變壓器局部放電測量試驗探討

山東省產品質量檢驗研究院 于虎娜 員雪峰

對于任何一種絕緣結構，包括變壓器的絕緣結構，內部存在氣泡(氣隙)、雜質等是不可避免的，在同一電場下，介電常數小的氣泡、雜質承受更高的電場強度，因此，當外施電壓達到某一定值時，這些部位往往首先發生放電，這就是局部放電。

本文主要介紹了局部放電產生的原因、發生的機理、試驗的目的、試品的條件、試驗使用的設備、試驗方法等，為相關試驗人員提供參考。

一、局部放電

（一）產生的原因

局部放電產生的原因主要有以下幾點：所采用的絕緣材料本身存在局部缺陷；絕緣結構中混入了氣泡、水分或各種雜質；絕緣結構中存在某些電氣連接不良；絕緣結構中個別區域電場強度過高。

（二）試驗的目的

驗證變壓器電場強度設計、結構、制作、澆注工藝水平是否正常，考核變壓器是否能在長期工作電壓下正常運行。

二、試驗使用設備

試驗需要使用的設備主要有：

（一）變壓器綜合試驗系統

為了防止試驗時勵磁電流過大，試驗電源頻率應適當大于變壓器的額定頻率，我們試驗是通過變壓器綜合試驗系統給試品供電，所提供的頻率是200Hz。

（二）濾波器

在100kHz～400kHz衰減要達到50～60dB，我們的濾波器在20kHz～400kHz能達到80dB。

（三）無局放耦合電容器

耦合電容要求為無暈的，其電容量Ck≥10Co，Co值應在50～100pF，我們局放耦合電容的電容量為1000pF。

（四）測量阻抗

測量阻抗通常是一個有源或無源二端口網絡，其主要作用是把輸入電流轉換成電壓信號輸出，然后通過信號傳輸系統傳給測量儀器。同時對試驗電壓及其諧波的低頻信號予以抑制。

（五）校準脈沖發生器

局放在測量前都要進行校準，校準脈沖發生器就是校準時提供已知數量的電荷（一般是10pC）。

電流脈沖一般由校準器產生，該校準器由能產生幅值為Uo的階躍電壓脈沖發生器和電容Co串聯構成，因此校準脈沖提供重復的電荷，其電荷值為：qo＝UoCo

校準器對完整試驗回路中的測量系統進行校準是為了確定局放測量系統的刻度因數。

（六）多通道數字式局部放電綜合分析儀

數字局放儀器一般是用模擬測量系統或儀器測量視在電荷q，然后加一數字采集和處理系統。數字局放儀的數字部分用來處理模擬量信號以作進一步計算、存儲相關參量和顯示試驗結果。

局部放電測量儀放大器的頻帶多是可變的，頻帶可在10～300kHz之間選擇。對同一放電源，測量儀在不同的頻帶范圍測量的結果是不同的。

在滿足一定信噪比的條件下，頻帶選寬一些可提高測量的靈敏度，也可以使測得的放電波形失真小一些。對于變壓器，為了消除勵磁諧波和低頻干擾，測量儀頻帶的下限通常選擇40kHz，而上限選擇300kHz。

三、試驗方法

局部放電測量方法分為電測法和非電測法兩大類。電測法應用較多的是脈沖電流法和無線電干擾電壓法，主要用于局部放電的定量測量。非電測量法主要有聲測法、光測法、紅外攝像法和色譜分析法等。非電測法目前不用于定量測量，但通過測量非電信號，可測定局部放電部位。我們試驗就是用的脈沖電流法。

（一）基本原理

如下圖1所示，當試品Cx產生一次局部放電時，在其兩端就會產生一個瞬時的電壓變化Δu，此時在被試品Cx、耦合電容Ck和測量阻抗Zm組成的回路中產生一脈沖電流i。脈沖電流i流經測量阻抗Zm，在其兩端產生一脈沖電壓。傳輸電纜將脈沖電壓信號傳給測量儀器M，測量儀器M對此信號進行采集、放大和顯示等處理，就可測定局部放電的一些基本量，如視在電荷量等。

圖1 測量阻抗Zm與耦合電容Ck串聯

變壓器局部放電測量線路見下圖2和圖3。

圖2 單相變壓器局部放電測量的接線示意圖

圖3 三相變壓器局部放電測量的接線示意圖

圖中C為無局放放電的高壓耦合電容器（其電容值與校準發生器的電容Co相比應足夠大），該電容器與測量阻抗Zm串聯，且與每個被試高壓繞組端子相連接。

（二）校準程序

完整試驗回路中測量系統的校準是用來確定視在電荷測量的刻度因數k0。整個測量系統的校準是通過在兩個校準端子之間輸入已知的電荷來進行的。

為了避免連接引線的雜散電容引起測量誤差，應盡量縮短電容器到校準端子的連線長度，另一端通過屏蔽電纜與校準脈沖發生器相連。

如果兩個校準端子都不接地，則校準發生器本體的電容也可能引起誤差。校準發生器最好由電池供電，以使其外形尺寸盡量小。

測量系統的校準是在試品不帶電時進行的（通常在施加電壓前進行），根據注入的電荷量q0和局部放電測量儀脈沖峰值表的讀數l0或脈沖高度h0，得到電荷量刻度因數k0=q0/l0或k'0=q0/h0。刻度因數確定后，撤去脈沖發生器及C0，并保持其他條件不變，將電壓升至試驗電壓，若被試變壓器發生局部放電，局部放電測量儀熒光屏上便會出現放電脈沖信號，讀取脈沖峰值表讀數l或脈沖高度h，分別乘以其相應的刻度因數，即為被試變壓器的視在電荷量。

（三）電壓施加方式

局部放電測量應在Um≥3.6kV的繞組上進行。局部放電測量應在所有絕緣試驗項目完成后進行。根據變壓器是單相還是三相結構，來決定其低壓繞組是由單相電源還是三相電源供電。試驗電壓波形應盡可能是正弦波，且試驗頻率應適當地比額定頻率高些，以免試驗期間勵磁電流過大。