變壓器的感應耐壓試驗

感應耐壓試驗中變頻電源的獲取

感應耐壓試驗中變頻電源的獲取

目前，市面上有倍頻感應電壓發生器可以直接使用，它們的原理與獲得變頻電壓的方法有關，無外乎以下四種；如果沒有倍頻感應發生器，也可以用以下四種方法獲取倍頻感應電壓：（1）利用兩臺電動機組取得高頻電源用一臺三相異步鼠籠電動機，驅動一臺三相轉子為繞線式的異步電動機，即異步倍頻發生器。其原理圖如下圖所示。啟動過程中，先啟動鼠籠式電動機M1至額定轉速，然后用與鼠籠式電動機相序相反的三相電源，經調壓器TR對繞線式異步電動機M1定子勵磁，便在定子中產生與其轉子旋轉方向相反的旋轉磁場。由于驅動繞線式發動機轉子的速度與旋轉磁場的速度接近，但旋轉方向相反，于是便在繞線式轉子繞組中感應出數倍于系統頻率的電壓，其值得大小可由調壓器調整定子勵磁而定。值得注意的是，在啟動過程中，必須先啟動鼠籠式電動機，再合上調壓器逐漸升壓。（2）晶閘管變頻調壓逆變電源這種方法是應用晶閘管逆變技術來產生高頻電源，這種變頻電源重量輕，可利用380V低壓交流電源，裝置兼有調壓作用。（3）用星形——開口三角形接線的變壓器獲得三倍頻電源將三臺單相變壓器的一次繞組接成星形，二次繞組接成開口三角形，由三臺單相變壓器構成3倍頻發生器遠離如圖12-24所示：一次側接工頻電源，適當過勵磁，由于正弦波電流在飽和的鐵心中產生非正弦的磁通，由此感應的電動勢也是非正弦波。而其中主要成分是基波和三次諧波分量。因變壓器的一次繞著接成星形，所以三次諧波沒有通路，在二次的三角形開口端，三相繞組基波感應電動勢的向量和為零，而三次諧波感應電動勢相位相同，因此，從開口三角形輸出150Hz的高頻電壓。（4）高頻發電機組它是由一個電動機拖動一個高頻的周期發電機所組成。發電機組的調壓是通過改變勵磁變壓器，用勵磁機來調節對發電機轉子的勵磁，從而達到發電機的定子輸出電壓平滑可調的目的。

通過本知識點的學習，使學生掌握感應耐壓的變頻電源獲取方法，為今后的課程學習打下了良好的基礎。變壓器的感應耐壓試驗

感應耐壓試驗接線

（1）全絕緣的變壓器對于全絕緣的變壓器，可按圖所示的接線，在變壓器低壓側施加兩倍及以上頻率的耐壓試驗，而在變壓器高壓側感應出相應的高電壓來進行耐壓試驗。試驗時由互感器監視電壓和電流

這種試驗主要是考驗變壓器縱絕緣的電氣強度，其是否承受住了感應耐壓，還需根據試驗前后的空載損耗試驗才能判斷。若感應耐壓試驗后變壓器的空載損耗比感應耐壓試驗前明顯增大，則說明變壓器縱絕緣在感應耐壓時可能被擊穿。需要補充說明的是，在這種接線的感應耐壓試驗中，只能滿足變壓器高壓側三線之間達到試驗電壓，而中性點對地的感應試驗電壓很低，因此，對中性點和線圈的主絕緣，還需進行一次外施工頻交流耐壓試驗，以考驗其電氣強度。（2）分級絕緣的變壓器對于分級絕緣的三相變壓器，對其主絕緣的試驗，不能用外施工頻交流耐壓試驗的方法進行。同時，因為分級絕緣的線圈是接成星形的，若用感應耐壓試驗方法，當線圈出線端相電壓達到試驗電壓時，其相對地的電壓僅為,所以不能用上圖所示的接線方法對主絕緣進行感應耐壓試驗。根據變壓器設計的絕緣水平和試驗標準的要求，分級絕緣的變壓器，其相間及相對地的絕緣水平相同，如220kV級的變壓器，相間及相對地的試驗電壓為400kV，110kV級的變壓器，相間及相對地的試驗電壓為200kV，所以對這些變壓器進行感應耐壓時，相間及相對地不可能同時達到試驗電壓的要求。因此，分級絕緣的變壓器，只能采用單相感應耐壓進行試驗。此時，縱絕緣與主絕緣的試驗同時用感應的方法進行，一方面試驗了縱絕緣的電氣強度，另一方面也試驗了線圈對地和相間絕緣的電氣強度。為了達到上述目的，在對分級絕緣的變壓器進行感應耐壓試驗時，要分析被試品的結構，比較不同的接線方式，計算出線端及相對地的試驗電壓，選用滿足試驗電壓的接線。一般要借助輔助變壓器或非被試相線圈支撐，輪換三次，才能完成一臺變壓器的感應耐壓試驗。上圖為YNd11接線的分級絕緣變壓器A相進行感應耐壓試驗的一種接線圖。非被試相B、C兩相的首端并聯接地，并與被試相A相串聯，高頻電源加于變壓器低壓側a相和c相之間。當高頻電源電壓達到變壓器低壓側兩倍額定電壓，且高壓側三相都處于額定分接位置時，高壓側A相繞組的感應電壓也達到額定電壓的兩倍，B、C相上的感應電壓則只達到其額定電壓。由于B、C兩相并聯后與A相串聯，這樣就抬高了A相出線端的對地電位，使A相出線端與地及與B、C相出線端間的電壓均達到3倍額定相電壓。調整高壓側分接位置，可進一步改變此倍數，使其滿足高壓側出線端對地及出線端間試驗電壓的要求。例如220kV分級絕緣的變壓器，試驗規程規定高壓側出線端對地及相間試驗電壓為400kV，3倍的額定線電壓已接近此值，只要適當改變分接位置，即可使被試相對地的電壓達到此試驗電壓。對B、C相進行類似于A相的試驗，則各相的縱絕緣、各相出線端對地及相間的主絕緣都得到試驗。

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感應耐壓試驗的目的和原理

感應耐壓試驗的目的和原理前幾節所討論的交流耐壓試驗僅能檢查全絕緣變壓器的主絕緣，即高壓、中壓、低壓繞組間及對油箱、鐵心等接地部分的絕緣。

縱絕緣，即繞組匝間、層間、段間的絕緣沒有得到檢驗，但在變壓器絕緣事故中縱絕緣損壞的比重是相當大的。我們要設法使繞組匝間、層間、段間的電壓加大到正常工作時的1.7～2.0倍，以此來考核縱絕緣。進行倍頻感應耐壓試驗就是為了達到這一目的。另外，對于分級絕緣或半絕緣的電力變壓器和互感器，它們的中性點絕緣水平比繞組的首端低，其線圈的電壓值和對地絕緣水平，從線圈末端到首端逐步增加，所以，首、末兩端宜施加不同的試驗電壓，如圖所示

我們通常做的交流耐壓試驗對同一繞組首末兩端所加的電壓是一樣大的，顯然，對于分級絕緣的變壓器，外施工頻耐壓試驗無法進行。實踐證明，用三倍頻電源對串級式電壓互感器進行感應耐壓試驗，能有效地檢出主、縱絕緣的缺陷。感應耐壓試驗方法是從變壓器低壓側加進比額定電壓高的電壓，其他繞組開路。靠變壓器自身的電磁感應對變壓器各繞組感應出比額定電壓高的電壓來進行耐壓試驗。由于繞組各匝間、層間、段間都相應地提高了彼此之間的電位差，所以，它不僅對變壓器的主絕緣進行考驗，同時對縱絕緣也進行了考驗。但是，我們知道，變壓器鐵心的伏安特性曲線，一般設計在額定頻率和電壓下接近彎曲飽和部分。若用額定頻率的兩倍額定電壓施加于被試變壓器的低壓端，鐵心會飽和，必然使空載電流急劇增加，達到不能允許的程度。為了使在兩倍額定電壓下鐵心仍不飽和，可以采取提高頻率的方法。

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交流耐壓試驗的目的和意義

一、交流耐壓試驗的目的和意義

電力設備的絕緣結構在運行中可能會受到以下四種電壓

1.工頻工作電壓絕緣結構在其整個運行過程中，必須能夠長期連續地承受工頻最高工作電壓，通常稱之為系統最高運行相電壓。2.暫時過電壓它包括習慣上所指的工頻電壓升高和諧振過電壓。工頻電壓升高是由于空載線路的電容效應、甩負荷和不對稱接地引起的，諧振過電壓則起因于含鐵芯的非線性電感元件所引起的鐵磁效應或諧振，其幅值較高，持續時間較長，其頻率可以是工頻基波，也可以是高次或分次諧波。2.暫時過電壓它包括習慣上所指的工頻電壓升高和諧振過電壓。工頻電壓升高是由于空載線路的電容效應、甩負荷和不對稱接地引起的，諧振過電壓則起因于含鐵芯的非線性電感元件所引起的鐵磁效應或諧振，其幅值較高，持續時間較長，其頻率可以是工頻基波，也可以是高次或分次諧波。3.操作過電壓它是由于電力系統中的斷路器動作產生的。這種過電壓的波形很不規則，情況不同時變化甚大，可以是衰減震蕩波，或是非周期性電壓的沖擊波。我國電力系統的操作過電壓倍數如下：35kV為4.0倍；110～220kV為3.0倍；330kV為2.75倍；500kV為2.0倍。4.雷電過電壓它是由雷云放電產生的，幅值很高；作用時間很短。雷電過電壓往往造成電力設備的絕緣破壞，積極地預防雷電過電壓是電力系統安全運行的保證。總之，我們的電力設備的絕緣結構必須能耐受以上四種電壓，這就需要對我們的絕緣裕度進行考驗。而之前我們介紹的其他試驗方法的試驗電壓往往都低于電力設備的工作電壓，作為安全運行的保證還不夠有力。工頻耐壓試驗所采用的試驗電壓比運行電壓高得多，所以它可準確地考驗絕緣的裕度，能有效地發現較危險的集中性缺陷。但是交流耐壓試驗有一重要缺點：即對于固體有機絕緣，在較高的交流電壓作用時，會使絕緣中一些弱點更加發展，這樣，試驗本身就會引起絕緣內部的累積效應，加速絕緣缺陷的發展。所以我們首先應在耐壓試驗之前先進行前幾章我們介紹的幾種試驗。在進行了絕緣電阻測量、介損測試等試驗之后，要先對各項試驗結果進行綜合分析，看看該設備是否受潮或含有缺陷。如若發現存在問題，則需預先進行處理，待缺陷消除后方可進行耐壓試驗；其次恰當地選擇合適的耐壓試驗電壓值是一個重要問題。一般考慮到運行中絕緣的變化，耐壓試驗的電壓值應取得比出廠試驗電壓低些，而且不同情況的設備應不同對待，這主要由運行經驗確定。例如在大修前發電機定子繞組的試驗電壓常取1．3～1．5倍額定電壓，對于運行二十年以上的發電機，由于絕緣較老，可取1．3倍額定電壓來做耐壓試驗，但對與架空線路有直接連接的運行二十年以上的發電機，考慮到運行中大氣過電壓侵襲的可能性較大，為了安全，仍要求用1．5倍額定電壓來做耐壓試驗。

通過本知識點的學習，使學生掌握交流耐壓的目的意義，為今后的課程學習打下了良好的基礎。交、直流耐壓試驗

直流耐壓試驗的目的和意義

直流耐壓試驗的目的和意義

直流耐壓試驗也能確定絕緣的電氣強度，與交流耐壓試驗相比，它的優點是：

首先，可使試驗設備輕小，也即大容量試品（電纜、電容器等）進行交流耐壓試驗時，試驗設備容量往往過大（為使試驗及調壓設備輕便，可以采用諧振試驗線路以減小電源設備容量）。其次、在絕緣進行直流耐壓試驗的同時，可通過測量泄漏電流來觀察絕緣內部集中性缺陷。試驗的接線同前面介紹的泄漏電流試驗相同。圖為一臺30MW，10．5kV汽輪發電機各相繞組的直流泄漏電流試驗曲線，當試驗電壓升至14kV時，A相泄漏電流突然急劇增加，經檢查，A相端部對綁環有一處放電。第三、直流耐壓試驗比交流耐壓試驗更能發現電機端部的絕緣缺陷。其原因是直流下沒有電容電流從線棒流出，因而無電容電流在半導體防暈層上造成的壓降，故端部絕緣上的電壓較高，有利于發現絕緣缺陷。第四、在電力電纜進行直流耐壓試驗時，通常也利用泄漏值尋找缺陷。當測得三相泄漏值相差過大或增長較快時，可依具體情況提高試驗電壓或延長耐壓時間來發現缺陷。第五、直流耐壓試驗對絕緣損傷較小，如果被試絕緣中有氣泡時，在直流電壓作用下，當作用電壓較高，以至于在氣泡中發生局部放電后，在電場作用下，氣泡中的正負電荷將分別反向移動，停留在氣泡壁上，如圖所示。這樣，便使得外電場在氣泡里的強度不斷減弱，從而抑制了氣泡內部的局部放電過程，當正、負電荷慢慢地通過周圍的泄漏電流中和后，才會再發生一次放電。如果在交流電場中，每當電壓改變一次方向，空間電荷非但不減弱，反而會加強氣泡里的電場強度，因而加強了局部放電的發展。不僅如此，作交流耐壓試驗時，每個半波里都要發生局部放電。這種局部放電會促使油和有機絕緣材料的分解與老化、變質等，并使其絕緣性能降低，擴大其局部缺陷。因此直流耐壓試驗加壓時間可以較長，一般采用5～10min。當然，直流耐壓試驗也是有缺點的。由于電力設備的絕緣大多數都是組合電介質，在直流電壓作用下，其電壓是按電阻分布的，所以交流電力設備在交流電場下的弱點用直流電壓做試驗就不易被發現。所以，與交流耐壓試驗相比，直流耐壓試驗的缺點是：對絕緣的考驗不如交流下接近實際和準確。直流耐壓試驗電壓的選取，系參考交流耐壓試驗電壓和交直流下擊穿強度之比，并主要根據運行經驗來確定。例如：對發電機定子繞組取2～2．5倍額定電壓；對電力電纜，3KV、6KV、10kV的取5～6倍額定電壓；20KV、35kV的取4～5倍額定電壓；35kV及以上的則取3倍額定電壓。直流耐壓的時間可以比交流耐壓長些，例如發電機試驗時是每級1/2額定電壓地分段升高，每階段停留一分鐘，以觀察并讀取泄漏電流值。電力電纜試驗時，在額定電壓下持續5分鐘，以觀察并讀取泄漏電流值。

通過本知識點的學習，使學生掌握直流耐壓的目的意義，為今后的課程學習打下了良好的基礎。交、直流耐壓試驗

交流耐壓試驗的試驗接線

交流耐壓試驗的試驗接線

交流耐壓試驗的接線如圖

圖中3為調壓器,5為高壓試驗變壓器。一般用高壓試驗變壓器及調壓器產生可調高壓，試驗電壓的波形應接近正弦。調壓器應盡量采用自耦式，它不僅體積小，漏抗也小，因而試驗變壓器激磁電流中的諧波分量在調壓器上產生的壓降也小，故試驗變壓器原邊電壓波形畸變較小，副邊電壓波形也就接近正弦。如自耦調壓器的容量不夠，則可以采用移圈式調壓器，不過后者的漏抗較大，會使電壓波形發生畸變，為改善波形可在試驗變壓器原邊并聯一電感、電容串聯組成的濾波器把諧波濾去。而試驗變壓器選擇時應注意其高壓側的額定電壓應高于被試品的試驗電壓；其額定輸出電流也應大于被試品所需的電流；

試驗變壓器的輸出容量應大于試品所需容量，即：(kVA)為了限制擊穿或放電時的短路電流，防止耐壓試驗時在高壓側出現振蕩，回路中串有保護電阻R1。保護電阻R1的值不應太大或太小。太小起不到保護作用，太大又會使正常工作時由于負載電流而產生較大壓降與功率損耗。根據實際經驗一般取R1為0.1Ω/V，并應有足夠的容量。通常可利用線繞電阻或水阻作為保護電阻，與高壓試驗變壓器接地端串聯的電流表起監視被試絕緣狀況的作用。短路刀閘6是保護電流表的。為得到較好波形，試驗電源最好用線電壓。進行交流耐壓試驗時，被試品一般均屬電容性的，試驗變壓器在電容性負載下，由于電容電流在線圈上會產生漏抗壓降，使變壓器高壓側電壓發生升高現象，此即電容效應。這時變壓器高壓側電壓高于按變比換算的電壓，而且低壓側與高壓側之間的電壓有相角差，如果試品的容抗一旦與試驗變壓器的漏抗發生串聯電壓諧振，則電壓升高現象更為顯著。從電機學中可知，變壓器的簡化等值電路如圖所示。電路中r是變壓器電阻，XL是變壓器漏抗，Cx為被試品電容。這樣，電路就成為一簡單的R－L－C串聯回路。顯然，由于Cx上的電壓和XL上的電壓相位差180，如圖所示，可以看出被試品上電壓UCx會比電源電壓U1高。由于電容效應的存在，就要求直接在被試品兩端測量電壓。那么，我們是如何直接在被試品兩端測電壓呢？為使測量準確，通常用7所示的電壓互感器或高壓靜電電壓表進行測量。而在被測的電壓較高，不能直接用指示儀表測量時，通常采用電容分壓器測量，在測量時應對其變比予以校準。8為保護球隙，我們將球隙8的放電電壓調至耐壓試驗電壓的1．1倍，這是為了防止被試品因誤操作或諧振過電壓時試品上出現超過試驗的電壓而被損壞。

通過本知識點的學習，使學生掌握交流耐壓的接線和設備作用，為今后的課程學習打下了良好的基礎。交、直流耐壓試驗

交流耐壓試驗步驟

交流耐壓試驗步驟

1.應對試驗現場設好圍欄，掛好標志牌，并派專人監視；

2.試驗前應將被試設備的表面擦拭干凈；3.調整保護球隙，使其放電電壓為試驗電壓的110%～120%，連續試驗三次，應無明顯差別，檢查過流保護裝置動作的可靠性；4.按試驗接線圖接好線后，檢查調壓器是否在“零位”，調壓器3應從零升壓，，在試驗電壓以下可以稍微快一點，以后則應徐徐均勻升壓，一般應在20秒鐘內升至試驗電壓值。試驗過程中要注意電壓表及其他表計的變化，一旦發現異常應立即降壓。5.升壓至試驗電壓后，加壓一分鐘。規定這個時間是為便于觀察被試品的情況；同時也是為使已開始擊穿的缺陷來得及暴露出來。耐壓時間不能超過一分鐘，以免使絕緣擊穿。6.加壓一分鐘后，緩慢降低電壓；7.試驗結束后，要先放電，再拆線。

通過本知識點的學習，使學生掌握交流耐壓的步驟，為今后的課程學習打下了良好的基礎。交、直流耐壓試驗

直流高壓的測量

直流高壓的測量

直流高壓的測量方法有三種，一是高阻器與微安表串聯的測量系統；二是電阻分壓器與低壓電壓表的測量系統；三是高壓靜電電壓表。

1.高阻器與微安表串聯的測量系統如圖12-12所示。圖中R1、R2組成的電阻分壓器，在直流電壓作用下沒有電容電流，所以電阻分壓器R1中只有電流I流過，若R1為分壓器的高壓臂電阻，R2為低壓臂電阻，則U1＝IR1電流I一般用微安表測量。如用靜電電壓表測量，則＝

其中分壓比是

R1數值的選擇視被測電壓大小而定，一般取流過R1的電流為數百微安至1毫安。R1值太高會造成測量誤差，因高電壓下高壓臂會有電暈電流，沿絕緣材料的泄漏電流等（均是微安級）使上二式發生誤差。若R1中的工作電流大大超過雜散電流，則這種雜散電流的影響便可不計。2.電阻分壓器與低壓電壓表測量系統,則被測的直流試驗電壓為：電阻分壓器的高壓臂R1實質上也是高阻器，其低壓臂的電阻R2較小，它的兩端跨接電壓表，用來測量直流試驗電壓。若低壓電壓表的指示值為Ｕ２，分壓器的分壓比為

根據所接電壓表的形式可測量出直流電壓的算術平均值、有效值或最大值。3.高壓靜電電壓表。高壓靜電電壓表是測量直流電壓均方根值的一種很方便的儀表，用它有可以直接測量幾伏到幾百千伏的直流電壓。它的優點是：內阻大，基本上不吸收功率。當電壓脈動因素不超過20%時，可以認為有效值與算術平均值是接近相等的。合格的靜電電壓表是能夠滿足上述對電壓平均值測量準確度的要求的，只是它不能測量電壓的脈動。

通過本知識點的學習，使學生掌握直流高壓的測量方法，為今后的課程學習打下了良好的基礎。交、直流耐壓試驗

直流高壓試驗的注意事項

直流高壓試驗的注意事項

對直流高壓試驗來說，特別需要注意：試驗裝置應能在試驗電壓下供給被試品的泄漏電流、吸收電流、內外局部放電電流及被試品擊穿前瞬時臨界泄漏電流的需要，不得引起過大的內部壓降以至使測量結果造成較大的誤差。應該估計到：某些被試品在擊穿前瞬時的臨界泄漏電流是相當大的，例如，極不均勻電場長氣隙擊穿或沿面閃絡，特別是濕污狀態下的沿面閃絡，擊穿前瞬時的臨界泄漏電流將達安培級。在這樣大的泄漏電流下，如欲不至引起過大的動態壓降，最根本和有效的措施是增大交流電源的容量，同時要安裝適當電容量的濾波電容器。

對絕緣作直流耐壓試驗時，為避免在電源合閘的過渡過程中產生過電壓，應從相當低的電壓值開始施加電壓。在75％試驗電壓值以下時，應以均勻速度緩慢地升高電壓，以保證試驗人員能從儀表上精確讀數。超過75％試驗電壓值后，應以每秒2％試驗電壓的速度上升到100％試驗電壓值，在此值下保持規定時間后，切除交流電源，并通過適當的電阻使濾波電容器放電。

對電壓的極性或正、負極性電壓施加的次序，在有關的標準中有規定，一般規定為：如確認某一極性對絕緣作用較嚴重，可只做這一極性的耐壓試驗。直流耐壓試驗完畢后，首先應切斷高壓電源，一般需待試品上的電壓降至一半的試驗電壓以下，將被試品經電阻接地放電，最后直接接地放電。對于大容量試品，需放電5min以上，以使試品上的充電電荷放盡。另外，對附近的電力設備有感應靜電電壓的可能時，也應予以放電或事先短接。對于現場組裝的倍壓整流裝置，要對各級電容器逐級放電后，才能進行更改接線或結束試驗，拆除接線。

通過本知識點的學習，使學生掌握直流耐壓試驗中要注意的事項，為今后的課程學習打下了良好的基礎。交、直流耐壓試驗

直流耐壓試驗的試驗接線

直流耐壓試驗的試驗接線直流耐壓試驗的接線圖與泄漏電流測試相同，比交流耐壓試驗多一個高壓硅堆整流裝置，其目的是把交流高壓轉變為直流高壓。根據變壓器、電容器、硅堆等元件參數可以組成不同的整流電路，其中常用的有半波整流電路、倍壓整流電路和串級整流電路等。如欲得更高的電壓并充分利用變壓器的功率，則可采用如圖所示的電路。如電源變壓器輸出電壓峰值為，則被試品上可以得到對稱的電壓，其峰值最大可達2U。應該注意，達種電路中被試品的兩極都不允許接地，必須將被試品的兩極對地絕緣起來，其耐壓值分別達和。這在實際工作中常常是很不方便的，有時甚至是不可能的，欲避免此缺點，可采用如圖所示的電路。此時被試品可以有一極接地，但電源變壓器高壓繞組出線端A對地絕緣應耐，而出線端B的對地絕緣應耐+,這就不能采用通用的一端接地的試驗變壓器，所以，仍然是不夠理想的。

如欲得更高的電壓，可采用串接整流電路如圖采用這種電路需注意兩點：

(1)串接級數增加時；壓降和脈動度增大甚烈。

(2)當被試品擊穿時，除右邊電容柱經對已擊穿的被試品放電外，左邊電容柱也將經Ｄ１、Ｄ２、Ｒf對已擊穿的被試品放電，這就要求保護電阻的值應有足夠大，以保證流過和的放電電流對和無損。)

通過本知識點的學習，使學生掌握直流耐壓的接線和設備作用，為今后的課程學習打下了良好的基礎。局部放電的測量

變壓器超聲波法定位

超聲波法定位

變壓器的結構復雜而龐大，定位問題顯得更為突出。目前已提出了很多方法，其中最主要的是電測法的多端測量定位和聲測法定位兩種方法。局部放電產生的超聲波在媒質中是定向傳播，可以通過各種方法從測得的超聲波信號來作圖或計算出放電的位置。（1）多點測量計算方法

在變壓器外殼的同一側面上，安放m個接收超聲波信息的探頭，用直角空間坐標標明各探頭及放電源的位置，如x1、x2和x3為局部放電點的坐標，如xi1、xi2和xi3為第i個探頭所在位置的坐標。設xi4為第i個探頭接收到的超聲波信號的時延，x4為等值波速度，于是m個測量點可以列出m個方程在這組方程中，要求出四個未知的變量，即x1、x2、x3和x4，可以采用迭代法，由計算機求出方程組的最小二乘法最優解。這種方法最大的優點是波速不取固定數而由計算得出。要取得比較準確的結果，探頭數不能太少，一般要取20個左右。（2）作圖法

根據測量探頭的位置和放電信號到達各探頭的時延的差別，用作圖的方法來確定放電的位置，由于測試的方法不同，作圖法又可分為好幾種，這里列舉兩種主要的。一種是用兩個探頭同時接收超聲波信號，移動其中的一個探頭，使超聲波信號同時到達兩個探頭，假定超聲波傳播到這兩個探頭的速度也相等，則可以判斷放電點發生在通過兩個探頭連線的中點，并與連線垂直的平面上。如圖所示，將一探頭固定在位置①，移動另一部探頭到位置②時，兩個探頭接收到的超聲波信號時延相等，則放電可能在ABCD平面上，因為在這個平面上的任何一點，到①、②兩點的距離都是相等的；然后，將探頭移到位置③、④，若接收到的超聲波信號時延相等，則放電發生在EFGH面上，但放電點是同一個，它同時存在于這兩個面上，說明它只可能發生在這兩個面的相交線上，最后，再把探頭放在BC線上的位置⑤、⑥，同樣可以測得放電發生在IJKL面上，于是最后可以確定這三個面的交點P就是放電的位置。

如果超聲波從P點傳播到m點的等效速度v是已知的，則只要測出傳播到m點的時延tm,就可以計算出P點位置，而不必在⑤、⑥兩點進行測量或者測得出超聲波傳播到m點和n點的時延差值Δt，也可按下式計算出另一種方法是用多探頭做V形圖。在變壓器的一側，沿著兩條相互垂直的x軸、y軸上安放若干個探頭，每個探頭測得的超聲波信號時延為t，再以x軸為水平軸，t軸為其垂直軸，可畫一條V形曲線，如圖所示。若超聲波從放電源傳播到各探頭的速度都相同，則V形曲線的最低點xp,即放電距離x軸的最近點，放電必發生在通過該點與x軸垂直的平面上。同樣的方法可以測得并畫出對應于y軸的V形曲線，由此亦可找到通過最近點yp，并與y軸垂直的平面，于是放電點要同時發生在這兩個平面上，則只可能落在兩個平面的相交線mn上。現假設放電發生在p點上，超聲波從p點傳播到xp和yp的速度為v，對應的時延為txp和typ，則可分別在兩個平面上各做直角三角形mpyp和mpxp，其中ypm=xp，p=vtyp，mxp=，pxp=vtxp，于是所以包含的幾何位置及時延都可以測出，無需知道超聲波的傳播速度，但必須滿足傳到各探頭的速度是相同的。

通過本知識點的學習，使學生掌握局部放電定位的問題，為今后的課程學習打下了良好的基礎。局部放電的測量

變壓器多端測量定位

多端測量定位

變壓器的結構復雜而龐大，定位問題顯得更為突出。目前已提出了很多方法，其中最主要的是電測法的多端測量定位和聲測法定位兩種方法。電力變壓器具有很多端子，如圖所示。圖中E、F為低壓繞組的接頭；A、B分別高壓繞組的高壓和中壓抽頭，C為高壓繞組的末端，M為套管的末屏抽頭（測量用的抽頭）；Z1、Z2、Z3都是檢測阻抗；D1、D2、D3都是局部放電檢測儀；P為校正脈沖發生器。由于局部放電產生的脈沖波通過繞組轉送到各測量端時，會產生不同的衰減，所以在各測量端上將會測得大小不同的局部放電信號。先用校正脈沖代表局部放電產生的脈沖，將此脈沖從不同的位置注入，在不同測量端上就會得到不同的響應，如在檢測儀器D1上測得的響應為а1，在D2上測得а2，在D3上測得а3，取它們之間的比值k1=a1/a2、k2=a2/a3、k3=a3/a1。當校正脈沖是從高壓端對地注入時測得的響應比值記為kA1、kA2和kA3。從低壓端對地注入時，測得的響應比值記為kE1、kE2和kE3，以此類推，可以將校正脈沖從不同位置注入時，測得的響應比值列一個表，見表表13-1響應比值表注入端比值AOBOEOAEk1k2k3kA1kA2kA3kB1kB2kB3kE1kE2kE3kAE1kAE2kAE3在變壓器進行局部放電試驗時，假定測量系統的靈敏度保持一定，測得的響應分別為ax1、ax2和ax2，則可求得響應比值為kx1=ax1/ax2、kx2=ax2/ax3、kx3=ax3/ax1，將這一組響應比值與表中各列的響應比值相比，與哪一列的比值比較接近，放電就可能發生在靠近該校正脈沖注入的位置。假如kx1、kx2和kx3分別與kA1、kA2和kA3很接近，則放電信號傳送到各測量端的衰減才會是相同的，也就是響應比值k才會是相同的。對于同一型號的變壓器，可以用同一個響應比值表在確定了放電位置之后，就應在代表放電位置的校正脈沖注入端上注入已知電荷q0，并在靠近的檢測阻抗上，如在Z2上，讀取相應讀數a2，則分度系數k=q0/a2。在變壓器試驗中出現的局部放電，也必須同樣選取在Z2上的相應讀數a2x，經過這樣定量測得的視在放電電荷量比較接近實際放電電荷量。

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局部放電試驗的步驟

局部放電試驗的步驟

局部放電試驗是非破壞性試驗項目，從試驗順序而言，應放在所有絕緣試驗之后。通常是以工頻耐壓作為預激磁電壓持續數秒，然后降到局部放電試驗電壓(一般為Um/的倍數，變壓器為1.5倍，互感器為1.1～1.2倍)，持續時間幾分鐘，測局部放電量；預激磁電壓是模擬運行中過電壓，預激磁電壓激發的局部放電量不應由局部放電試驗電壓所延續，概念是系統上有過電壓時所激發的局部放電量不會由長期工作電壓所延續。這一方法是使變壓器或互感器在Um/長期工作電壓下無局部放電量，以保證變壓器能安全運行，使局部放電起始電壓與局部放電熄滅電壓都能高于Um/。具體步驟:1.選擇試驗線路確定試驗電源局部放電試驗回路的連接方法見本章第六節，對試驗電源的要求如下：變壓器：一般采用50Hz的倍頻或其它合適的頻率。三相變壓器可三相勵磁，也可單相勵磁。電流互感器：一般可選用頻率為50Hz的試驗電源。電壓互感器：為防止勵磁電流過大，電壓互感器試驗的預加電壓，推薦采用150Hz或其它合適的頻率作為試驗電源。一般可采用電動機—發電機組產生的中頻電源，三相電源變壓器開口三角接線產生的150Hz電源，或其它形式產生的中頻電源。當采用磁飽和式三倍頻發生器作電源時，因容易造成波形嚴重畸變，使峰值與真有效值電壓之間的幅值關系不是倍的倍數關系，可能造成一次繞組實際電壓峰值過高，造成試品損壞，故必須在被試品的高壓側接峰值電壓表監測電壓。電壓波形應接近正弦形。當波形畸變時,應以峰值除以作為試驗電壓值。2．確定局放允許水平選擇標準脈沖進行校準依據DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規程》和有關反事故技術措施之規定，結合1997年以來新頒布的相關國家標準和行業標準，確定試品的局部放電允許水平（試驗判據）。確定試驗判據以后，可選擇標準脈沖進行試驗回路的校準。如局放允許水平為100PC，也可選擇100PC標準脈沖進行校準3．加壓測量（1）變壓器試驗：

試驗電壓應在不大于1/3規定測量電壓下接通電源，再開始緩慢均勻上升至規定測量電壓，保持5分鐘；然后試驗電壓升到預加電壓，5秒后降到規定測量電壓，30分鐘無上升趨勢時即可降低電壓到1/3測量電壓以下，方能切除電源。如對所測量的局放不穩定的變壓器，應延長測量時間，在不危及變壓器安全的前提下，達到局放穩定時為止。對局放大的變壓器，應測量局放的起始放電電壓和熄滅電壓，以便確定故障的性質。起始放電電壓：電壓從低值緩慢均勻上升，一直到放電量剛剛超過局放規定值，此時所加電壓即為起始放電電壓熄滅電壓：當電壓升過起始放電電壓后（一般高10℅），然后將電壓緩慢均勻下降，直到放電量剛剛小于局放規定值，此時所加電壓即為熄滅電壓，（2）互感器試驗：試驗電壓應在不大于1/3規定測量電壓下接通電源，再開始緩慢均勻上升到預加電壓保持10秒后，降到規定測量電壓，保持1分鐘以上，再讀取放電量；最后降至1/3測量電壓以下，方能切除電源。4．局部放電的觀測 讀取視在放電量值時應以重復出現的、穩定的最高脈沖訊號計算視在放電量，偶爾出現的較高的脈沖可以忽略。測量回路的背景噪音水平應低于允許放電水平的50%。當試品的允許放電水平為10pc或以下時,背景噪音水平可達到允許放電水平的100%。

通過本知識點的學習，使學生掌握局部放電測量的步驟，為今后的課程學習打下了良好的基礎。局部放電的測量

測量局部放電的方法

測量局部放電的方法

局部放電的產生，總是伴隨著高頻脈沖、電磁輻射、介質損耗、聲、光、熱和化學過程等現象。對絕緣內局部放電的探測，可根據這些不同的現象采用相應的方法來測量。局部放電的測量都是根據局部放電過程所產生的物理和化學效應，通過測量局部放電所產生的電荷交換、能量的損耗、放射的電磁波、發出的聲和光以及生成一些新的生成物的信息，來表征局部放電的狀態。這些信息中有電信息和非電信息兩大類，由此可分為電氣法和非電氣法兩大類。電氣法測量局部放電有脈沖電流法、介質損耗法、電磁輻射法。非電氣法測量局部放電有聲波法、測光法、測熱法、物理化學法。以下我們介紹兩種常用方法。1.脈沖電流法

脈沖電流法可以根據局部放電的等效電路來校定視在放電電荷，而且測量的靈敏度高，是目前應用最廣，也是IEC和我國有關標準推薦的方法。（1）測量原理絕緣體的某一區域發生局部放電時，絕緣體的兩端（即試品施加電壓的兩端）就會有瞬變（脈沖）電荷電荷q（視在放電電荷）出現，用一個耦合電容器和檢測阻抗Z與試品連接成一個回路，如圖所示。回路連接的方式有兩種，一種直測法，如圖(a)所示；另一種是平衡法（或稱橋式），如圖(b)所示。后者是把檢測阻抗分為Za,Zb兩部分，并在其中點接地。不論是哪一種方式，在檢測阻抗兩端采集到的ud總是與試品的視在放電電荷q存在一定的關系。（2）測試線路與裝置，隔離變壓器：這種變壓器在一次和二次兩個繞組之間附加兩層金屬屏蔽層，靠近一次繞組的就和一次繞組的末端相連接；靠近二次繞組的就和二次繞組末端相連接。這就把兩個繞組隔離，使從電源進來的高頻干擾不會通過原有的一次和二次繞組間的電容直接傳送到二次繞組，從電源地線來的干擾也不會傳入測試回路。兩個繞組的匝數比一般是1：1，有時為了同時起降壓作用，即把進線高壓（如6kV，10kV）變為測試系統用的低電壓（如220V，380V），也可設計其他適當的變比。調壓器：在局部放電測量中，對不同的試品要施加不同的電壓，同時在高壓試驗中，為了避免出現操作過電壓，一般都要求從較低電壓下開始逐步升高電壓。因此需要調壓器。試驗變壓器：局部放電測量都是在試品承受高壓下進行的，試驗變壓器就是能把低電壓升為高電壓的升壓變壓器，它與一般試驗變壓器不同的是本身不應發生局部放電，或放電量小于被測試品允許放電量的一半，故也稱無局放試驗變壓器。濾波器：低壓濾波器在低壓側，高壓濾波器接在高壓側。兩者都是低通濾波器，通頻帶截止頻率一般取5kHZ以下，因為測量局部放電信號的頻率一般取10kHZ以上。前者是用來濾掉從電源進來的高頻干擾及調壓器產生的高次諧波，后者除了進一步阻塞電源進來的高頻干擾之外，還可以阻塞試驗變壓器本身產生的局部放電信號，同時也能阻塞試品的局部放電信號通向試驗變壓器的入口電容，以免被測信號旁路而降低測量的靈敏度。這種濾波器最常用的由電感L及電容C組成的濾波器，通頻帶截止頻率可以按下式估算保護電阻：保護電阻是用來限制萬一變壓器負載短路時的電流，以免因試品擊穿或耦合電容器、濾波器等短路而燒壞變壓器，同時也可以改善負載短路時產生的過電壓在變壓器繞組上的電位分布，避免損壞變壓器。耦合電容器：耦合電容器的作用，一方面是把試品的放電信號耦合到檢測阻抗上來；另一方面是承受工頻高壓，使檢測阻抗上的工頻電壓降到很小（一般是在30V以下），以保證人身及儀器安全。由于放電脈沖信號頻率很高，對于這種信號，耦合電容器的阻抗Zk比檢測阻抗Zd小很多，因此絕大部分信號被檢測阻抗拾取；而對于工頻電壓，>>所以絕大部分工頻電壓降落在上。耦合電容器本身不應出現局部放電。檢測阻抗：檢測阻抗共分為多個類型，在檢測微弱放電信號時，應選擇合適的檢測阻抗，以保證足夠的靈敏度。檢測儀器：一種數字式測試系統，具有兩個、四個或六個測試輸入通道，每個通道相互獨立，帶有獨立的放大電路、濾波系統和獨立的12位高速A/D轉換器，每個通道具有幾兆緩存。每個輸入通道都由計算機控制，可同時進行信號采集。2．超聲波法當電氣設備絕緣內部發生局部放電時，在放電處產生了超聲波，向四周傳播開來，一直到電氣設備容器的表面。在設備的外壁，例如套管、互感器的瓷套外表面放上壓電元件，在交變壓力波的作用下，具有壓電效應的晶體便產生交變的彈性變形，晶體沿受力方向的兩個端面上便會出現交變的約束電荷。這一表面束縛電荷的變化便引起了端部金屬電極上電荷的變化或在外電路中引起交變電流。這是壓力波轉化為電氣量的過程，然后可對電氣量進行測量。

通過本知識點的學習，使學生掌握局部放電測量的方法，為今后的課程學習打下了良好的基礎。局部放電的測量

測量局部放電的目的

測量局部放電的目的

局部放電分散發生在極微小的空間內，所以它幾乎不影響當時整體絕緣物的抗電強度。測量局部放電的目的局部放電時產生的電子、離子往復沖擊絕緣物，會使絕緣逐漸分解、破壞，分解出化學活動的物質（例如臭氧、氧化氮等），使絕緣物氧化、腐蝕；同時，使該處的局部電場畸變更大，進一步加劇局部放電的強度；

測量局部放電的目的局部放電處也可能產生局部的高溫，使絕緣物老化破壞。繼而降低絕緣物的絕緣壽命或影響設備的安全運行。測量局部放電的目的局部放電的危害程度，一方面決定于放電的強度和放電次數的多少；另一方面也決定于絕緣材料的耐放電性能和放電作用下絕緣的破壞機理。

通過本知識點的學習，使學生掌握局部放電測量的目的，為今后的課程學習打下了良好的基礎。局部放電的測量

局部放電的定義

一、局部放電的定義

高壓電氣設備內常用的固體絕緣物不可能做得十分純凈致密，難免會不同程度的包含一些分散性的異物，如各種雜質、氣泡、空隙、水份和污穢等，有些是原材料不純所致，有些是運行中絕緣物的老化、分解等過程中產生的，而且在運行中這些缺陷還會逐漸發展。由于這些異物的電導和介電系數不同于絕緣物，故在外施電壓作用下電氣設備的電場強度往往是不相等的，當異物局部區域的電場強度達到該區域介質的擊穿場強時，該區域就會出現放電，但這放電并沒有貫穿施加電壓的兩導體之間，即整個絕緣系統并沒有擊穿，仍然保持絕緣性能，這種現象稱為局部放電。

二、局部放電產生的效應

局部放電是一種復雜的物理過程，有電、聲、光、熱等效應，還會產生各種生成物。從電學特性方面分析，產生放電時，在放電處有電荷交換、有電磁波輻射、有能量損耗。最引人注目的是反映到試品施加電壓的兩端，有微弱的脈沖電壓出現。局部放電會逐漸腐蝕、損壞絕緣材料，使放電區域不斷擴大，最終導致整個絕緣體擊穿。因此必需把局部放電限制在一定水平之下。高電壓電工設備都把局部放電的測量列為檢查產品質量的重要指標，產品不但出廠時要做局部放電試驗，而且在投入運行之后還要經常進行測量。

通過本知識點的學習，使學生掌握局部放電的概念及危害，為今后的課程學習打下了良好的基礎。局部放電的測量

局部放電的類型

局部放電的類型

局部放電是一種復雜的物理過程，有電、聲、光、熱等效應，還會產生各種生成物。從電學特性方面分析，產生放電時，在放電處有電荷交換、有電磁波輻射、有能量損耗。最引人注目的是反映到試品施加電壓的兩端，有微弱的脈沖電壓出現。1.內部局部放電發生的絕緣內部的局部放電如圖所示如圖所示，當工頻高壓施加于這個絕緣體的兩端時，如果氣泡上承受的電壓沒有達到氣泡的擊穿電壓，則氣泡上的電壓就隨外加電壓的變化而變化。若外加電壓足夠高，則當上升到氣泡的擊穿電壓時，氣泡發生放電，放電過程使大量中性氣體分子電離，變成正離子和電子或負離子，形成了大量的空間電荷。這些空間電荷，在外加電場作用下遷移到氣泡壁上，形成了與外加電場方向相反的電壓，如圖所示，這時氣泡上的剩余電壓應是兩者的疊加結果即氣泡上的實際電壓小于氣泡的擊穿電壓，于是氣泡的放電暫停。氣泡上的電壓又隨外加電壓的上升而上升，直到重新到達時，又出現第二次放電。第二次放電過程產生的空間電荷，同樣又建立起反向電壓，假定第一次的放電累積的電荷都沒有泄漏掉，這時氣泡中反向電壓為又使氣泡上實際的電壓下降到Ｕr，于是放電又暫停。之后氣泡上的電壓又隨外加電壓上升而上升，當它達到時又產生放電。這樣在外加電壓達到峰值前，若放電n次，則放電產生的空間電荷所建立的內部電壓為。在外加電壓過峰值后，開始下降，當氣泡上的電壓達到時，即時，氣泡又發生放電，但這時放電產生的空間電荷的移動方向，決定于內部空間電荷所建立的電場方向，于是中和掉一部分原來累積的電荷，使內部電壓減少了一個。氣隙上的電壓降達到時，放電又暫停。之后氣隙上的電壓又隨外加電壓下降向負值升高，直到重新達到-時，放電又重新發生。假定每次放電產生的都一樣，并且，則當外加電壓（瞬時值）過零時放