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局部放电分类及试验方法介绍

2025-06-26

局部放电的分类


局部放电是由于电气设备绝缘内部存在的弱点,在一定外施电压下发生的局部的和重复的击穿和熄灭现象。随着绝缘内部局部放电的发生,将伴随着如光、热、噪声、电脉冲、介质损耗的增大和电磁波放射等现象的发生。这种放电可能出现在固体绝缘的空穴中,也可能在液体绝缘的气泡中,或不同介电特性的绝缘层间,或金属表面的边缘尖角部位。所以以放电类型来分,大致可分为绝缘材料内部放电、表面放电及电晕放电

1.内部放电

如果绝缘材料中含有气隙、杂质、油隙等,由于介质内电场分布不均匀,或空穴与介质完好部分电压分布造成的电场强度分布不均,发生在绝缘体内的放电称为内部局部放电。通常所指的测量局部放电是指测量电气设备绝缘内部发生的放电。

2.表面放电

如在电场中介质有一平行于表面的场强分量,当其这个分量达到击穿场强时,则可能出现表面放电。这种情况可能出现在套管法兰处、电缆终端部,也可能出现在导体和介质弯角表面处。

3.电晕放电

电晕放电是在电场极不均匀的情况下,导体表面附近的电场强度达到气体的击穿场强时所发生的放电。在高压电极边缘,尖端周围可能由于电场集中造成电晕放电。电晕放电在负极性时较易发生,也即在交流时它们可能仅出现在负半周。电晕放电是一种自持放电形式,发生电晕时,电极附近出现大量空间电荷,在电极附近形成流注放电。现以棒一板电极为例来解释,在负电晕情况下,如果正离子出现在棒电极附近,则由电场吸引并向负极运动,离子冲击电极并释放出大量的电子,在尖端附近形成正离子云。负电子则向正极运动,然后离子区域扩展,棒极附近出现比较集中的正空间电荷而较远离电场的负空间面电荷则较分散,这样正空间电荷使电场畸变。因此负棒时,棒极附近的电场增强,较易形成。

局部放电试验方


1、电测法

脉冲电流法:应用广泛的高频脉冲电流法,是测量局部放电引起的在试样两端所产生的电压(瞬时)变化或脉冲电流变化,通过检测阻抗接入到测量回路中来检测,可获得视在放电量。包括直接法和平衡检测法,其中直接法现场测量困难大、干扰多,平衡法中的电桥测量干扰抑制比大,但中频下进行大型变压器现场局部放电试验时,需考虑容性补偿问题。

无线电干扰电压法(RIV 法):测量线路与脉冲电流直测法的测量电路相似,可利用接收线圈接收局放发出的电磁波,选频放大器可选择不同中心频率以获得最大信噪比。常用于电缆等设备的局部放电检测,能检测到较低水平的局部放电信号,对判断设备绝缘状况有一定作用。

超高频法:通过超高频传感器接收变压器内部局部放电产生的超高频电磁波进行检测并抗干扰。具有频带高、灵敏度好、抗电磁干扰能力强等优点,可用于电力变压器、GIS 等设备的局部放电检测与定位,能有效避开低频段的电磁干扰。

介质损耗分析法:局部放电会使介质损耗大大增加,可通过测量介质损耗的值来测量局部放电能量,判断绝缘材料和结构的性能情况,特别适用于测量低气压中存在的辉光或者亚辉光放电,通常采用电桥法检测介质损耗。

2、非电测法

超声波法:局部放电会产生超声波信号,利用超声波传感器接收这些信号来检测局部放电。可进行局放定位,是当前非常有用的辅助监测手段,适用于变压器、开关柜等设备,能在一定程度上避开电气干扰,但灵敏度相对较低,受传播介质和距离影响较大。

紫外成像法:局部放电会产生紫外线,通过紫外成像仪捕捉这些紫外线信号,将其转换为可见图像,直观显示局部放电的位置和强度。主要用于户外高压电气设备,如绝缘子、避雷器等的局部放电检测,可在不接触设备的情况下快速定位放电点,但对内部放电检测效果有限。

气相色谱法:对油浸式电气设备,局部放电会使绝缘油分解产生各种气体,通过分析油中溶解气体的成分和含量,判断是否存在局部放电及放电的严重程度。该方法能够反映设备内部的整体绝缘状况,但无法监测突发性故障,检测周期较长。

局部放电波形分析和图谱识别


1、局部放电波形分析

1.1时域波形特征

脉冲幅值:局部放电产生的脉冲幅值反映了放电能量的大小。一般来说,幅值越大,放电能量越高,可能意味着绝缘缺陷越严重。例如,在高压电缆的局部放电检测中,如果观察到脉冲幅值突然增大,可能表示电缆绝缘内部出现了新的、更严重的缺陷,如绝缘层的破损或气隙的扩大。

脉冲宽度:局部放电脉冲宽度通常很窄,一般在纳秒级到微秒级。不同类型的局部放电,其脉冲宽度可能有所不同。例如,电晕放电的脉冲宽度相对较窄,而沿面放电的脉冲宽度可能稍宽一些。通过分析脉冲宽度,可以初步判断局部放电的类型。较窄的脉冲可能对应于发生在较小空间内的放电,如导体尖端的电晕放电;较宽的脉冲可能与涉及较大面积或较长路径的放电现象有关,如绝缘表面的沿面放电。

脉冲重复频率:重复频率与局部放电的起始和发展密切相关。在绝缘老化初期,局部放电可能间歇性发生,重复频率较低。随着绝缘缺陷的发展和恶化,重复频率会逐渐增加。例如,在变压器油纸绝缘系统中,当绝缘纸开始出现老化但程度较轻时,可能偶尔会检测到局部放电脉冲,重复频率较低;而当绝缘纸老化严重,内部气隙增多且连通性增强时,局部放电频繁发生,脉冲重复频率显著提高。

1.2相位关系

工频相位相关:局部放电通常与外加交流电压的相位有关。在交流电压作用下,局部放电主要发生在电压峰值附近或电压过零前后的某些特定相位区间。例如,对于典型的气隙放电,在正半周和负半周电压峰值附近会出现明显的放电脉冲,呈现出对称的分布特征。这是因为在电压峰值处,气隙内的电场强度达到最大值,容易引发气体电离从而产生局部放电。而沿面放电由于受到电极形状、绝缘表面状况等因素影响,其放电脉冲在工频相位上的分布可能与气隙放电有所不同,可能在电压过零附近也会出现较明显的放电,呈现出非对称的分布特点。通过分析局部放电脉冲与工频电压相位的关系,可以进一步识别放电类型和判断绝缘缺陷的位置及性质。

相位分布特性:对局部放电脉冲在一个工频周期内的相位分布进行统计分析,可以得到相位分布图谱。不同类型的局部放电具有不同的相位分布特性。例如,电晕放电的相位分布通常比较集中在电压峰值附近的较小相位区间内;而悬浮电位放电的相位分布可能相对较分散,在正半周和负半周都有分布,且与电压峰值的相关性不那么明显。相位分布特性可以作为区分不同局部放电类型的重要依据之一。

2、局部放电图谱识别

2.1、PRPD 图谱(相位分辨局部放电图谱)

电晕放电:在 PRPD 图谱上,电晕放电通常呈现出 “蝴蝶” 形状。在正、负半周电压峰值附近,会出现明显的、对称分布的两个簇状点群。这是因为电晕放电主要发生在电极表面电场强度集中的区域,当电压达到峰值时,电场强度足以使周围气体电离产生电晕放电。正、负半周的对称性是由于电场方向的周期性变化,但电极表面电场分布特性基本相同,导致正、负半周的电晕放电特征相似。

沿面放电:其 PRPD 图谱表现为在正、负半周电压峰值附近有放电点分布,但通常不对称。在靠近电压过零区域也可能有一定数量的放电点。这是因为沿面放电不仅与电场强度有关,还与绝缘表面的电场畸变、污秽程度等因素有关。绝缘表面的不均匀性使得放电在工频相位上的分布更为复杂,不像电晕放电那样具有明显的对称性。

内部放电(如气隙放电):图谱特征一般在正、负半周电压峰值附近出现两个明显的簇,但与电晕放电相比,簇的分布可能更紧凑,幅值范围相对较窄。这是因为气隙内部的电场分布相对稳定,放电条件相对一致,所以放电脉冲的幅值和相位分布相对集中。

原理:PRPD 图谱以工频电压相位为横坐标,局部放电脉冲幅值为纵坐标,每个放电脉冲在图谱上以一个点表示,通过多次测量积累大量数据点,形成具有特定分布特征的图谱。它反映了局部放电在工频电压周期内不同相位上的放电幅值分布情况。

图谱特征与放电类型识别

2.2、PRPS 图谱(相位分辨局部放电序列图谱)

原理:PRPS 图谱以工频电压相位为横坐标,局部放电脉冲计数(单位时间内的放电次数)为纵坐标。它反映了局部放电在工频电压周期内不同相位上的放电频次分布情况。通过对多个工频周期的放电脉冲进行统计,可得到 PRPS 图谱。

图谱特征与放电分析:与 PRPD 图谱相互补充,PRPS 图谱能更直观地显示局部放电在不同相位上的发生频率。例如,对于某些间歇性出现的局部放电,在 PRPD 图谱上可能因脉冲幅值较低而不太明显,但在 PRPS 图谱上可以通过特定相位区间内的脉冲计数变化来发现这种间歇性放电现象。同时,对比不同时间段测量得到的 PRPS 图谱,可以分析局部放电的发展趋势。如果特定相位区间内的脉冲计数随时间逐渐增加,说明该部位的局部放电有加剧的趋势,可能意味着绝缘缺陷在进一步恶化。


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