变压器局部放电测量试验探讨

山东省产品质量检验研究院 于虎娜 员雪峰

对于任何一种绝缘结构，包括变压器的绝缘结构，内部存在气泡(气隙)、杂质等是不可避免的，在同一电场下，介电常数小的气泡、杂质承受更高的电场强度，因此，当外施电压达到某一定值时，这些部位往往首先发生放电，这就是局部放电。

本文主要介绍了局部放电产生的原因、发生的机理、试验的目的、试品的条件、试验使用的设备、试验方法等，为相关试验人员提供参考。

一、局部放电

（一）产生的原因

局部放电产生的原因主要有以下几点：所采用的绝缘材料本身存在局部缺陷；绝缘结构中混入了气泡、水分或各种杂质；绝缘结构中存在某些电气连接不良；绝缘结构中个别区域电场强度过高。

（二）试验的目的

验证变压器电场强度设计、结构、制作、浇注工艺水平是否正常，考核变压器是否能在长期工作电压下正常运行。

二、试验使用设备

试验需要使用的设备主要有：

（一）变压器综合试验系统

为了防止试验时励磁电流过大，试验电源频率应适当大于变压器的额定频率，我们试验是通过变压器综合试验系统给试品供电，所提供的频率是200Hz。

（二）滤波器

在100kHz～400kHz衰减要达到50～60dB，我们的滤波器在20kHz～400kHz能达到80dB。

（三）无局放耦合电容器

耦合电容要求为无晕的，其电容量Ck≥10Co，Co值应在50～100pF，我们局放耦合电容的电容量为1000pF。

（四）测量阻抗

测量阻抗通常是一个有源或无源二端口网络，其主要作用是把输入电流转换成电压信号输出，然后通过信号传输系统传给测量仪器。同时对试验电压及其谐波的低频信号予以抑制。

（五）校准脉冲发生器

局放在测量前都要进行校准，校准脉冲发生器就是校准时提供已知数量的电荷（一般是10pC）。

电流脉冲一般由校准器产生，该校准器由能产生幅值为Uo的阶跃电压脉冲发生器和电容Co串联构成，因此校准脉冲提供重复的电荷，其电荷值为：qo＝UoCo

校准器对完整试验回路中的测量系统进行校准是为了确定局放测量系统的刻度因数。

（六）多通道数字式局部放电综合分析仪

数字局放仪器一般是用模拟测量系统或仪器测量视在电荷q，然后加一数字采集和处理系统。数字局放仪的数字部分用来处理模拟量信号以作进一步计算、存储相关参量和显示试验结果。

局部放电测量仪放大器的频带多是可变的，频带可在10～300kHz之间选择。对同一放电源，测量仪在不同的频带范围测量的结果是不同的。

在满足一定信噪比的条件下，频带选宽一些可提高测量的灵敏度，也可以使测得的放电波形失真小一些。对于变压器，为了消除励磁谐波和低频干扰，测量仪频带的下限通常选择40kHz，而上限选择300kHz。

三、试验方法

局部放电测量方法分为电测法和非电测法两大类。电测法应用较多的是脉冲电流法和无线电干扰电压法，主要用于局部放电的定量测量。非电测量法主要有声测法、光测法、红外摄像法和色谱分析法等。非电测法目前不用于定量测量，但通过测量非电信号，可测定局部放电部位。我们试验就是用的脉冲电流法。

（一）基本原理

如下图1所示，当试品Cx产生一次局部放电时，在其两端就会产生一个瞬时的电压变化Δu，此时在被试品Cx、耦合电容Ck和测量阻抗Zm组成的回路中产生一脉冲电流i。脉冲电流i流经测量阻抗Zm，在其两端产生一脉冲电压。传输电缆将脉冲电压信号传给测量仪器M，测量仪器M对此信号进行采集、放大和显示等处理，就可测定局部放电的一些基本量，如视在电荷量等。

图1 测量阻抗Zm与耦合电容Ck串联

变压器局部放电测量线路见下图2和图3。

图2 单相变压器局部放电测量的接线示意图

图3 三相变压器局部放电测量的接线示意图

图中C为无局放放电的高压耦合电容器（其电容值与校准发生器的电容Co相比应足够大），该电容器与测量阻抗Zm串联，且与每个被试高压绕组端子相连接。

（二）校准程序

完整试验回路中测量系统的校准是用来确定视在电荷测量的刻度因数k0。整个测量系统的校准是通过在两个校准端子之间输入已知的电荷来进行的。

为了避免连接引线的杂散电容引起测量误差，应尽量缩短电容器到校准端子的连线长度，另一端通过屏蔽电缆与校准脉冲发生器相连。

如果两个校准端子都不接地，则校准发生器本体的电容也可能引起误差。校准发生器最好由电池供电，以使其外形尺寸尽量小。

测量系统的校准是在试品不带电时进行的（通常在施加电压前进行），根据注入的电荷量q0和局部放电测量仪脉冲峰值表的读数l0或脉冲高度h0，得到电荷量刻度因数k0=q0/l0或k'0=q0/h0。刻度因数确定后，撤去脉冲发生器及C0，并保持其他条件不变，将电压升至试验电压，若被试变压器发生局部放电，局部放电测量仪荧光屏上便会出现放电脉冲信号，读取脉冲峰值表读数l或脉冲高度h，分别乘以其相应的刻度因数，即为被试变压器的视在电荷量。

（三）电压施加方式

局部放电测量应在Um≥3.6kV的绕组上进行。局部放电测量应在所有绝缘试验项目完成后进行。根据变压器是单相还是三相结构，来决定其低压绕组是由单相电源还是三相电源供电。试验电压波形应尽可能是正弦波，且试验频率应适当地比额定频率高些，以免试验期间励磁电流过大。