变压器类设备局部放电测量

变压器类设备局部放电测量

山东临沂供电公司

李涛 2010年9月

一、局部放电的定义：

根据GB/T7354－2006《局部放电测量》中的定义，局部放电是指导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。当电力设备的绝缘内部存在气隙或生产过程中造成一些缺陷，在高电场强度作用下，气隙首先击穿，并会发生多次的重复击穿和熄灭，而周围的绝缘介质仍保持着绝缘性能，整个绝缘结构并未形成电极间的贯穿性放电通道。

局部放电一般存在于固体绝缘的空隙中，液体绝缘的气泡中，电极表面的尖锐部位或电场中的悬浮金属的表面；介质的沿面放电，层压材料中的放电，固体绝缘的表面和内层的树枝状爬电等也属于这一类。

二、局部放电的危害：

如果电气设备绝缘在运行电压下出现局部放电，这些微弱的放电会使绝缘材料受到电晕腐蚀、局部过热、紫外线辐射和氧化作用，产生的累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿，设备损坏。

如油纸绝缘在局部放电作用下会产生不饱和烃C2H2、H2、CH4和x蜡，蜡质会积留在固体绝缘上，放电产生的气体又使放电增加，造成在场强高的部位或绝缘纸有损伤的部位发生击穿，或沿着层间间隙爬电，或形成树枝状放电，在放电通道上会形成整齐的碳化层，最终贯穿绝缘。

虽然局部放电会使绝缘劣化而导致损坏，但它的发展是需一定时间的，发展时间与设备本身的运行状况及局部放电种类，与其产生的位置和设备的绝缘结构等多种因素有关。因此，一个绝缘系统寿命与放电量的关系分散性很大，这也是该项测试技术有待研究的一个课题。总的来讲，对一个绝缘系统的好坏判断是其局部放电越小越好。

三、局部放电测量的目的和意义

用传统的绝缘试验方法很难发现局部放电缺陷，并且lmin交流耐压试验还会损伤绝缘，影响设备以后的运行性能，随着电压等级提高，这个问题更为严重。因而，测试电气设备的局部放电特性是目前预防电气设备故障的一种好方法，可以发现潜在绝缘薄弱部位，通过局部放电试验的变压器类设备，在运行中可靠性是比较高的。

目前局部放电已列为变压器类设备的出厂、交接和预试项目，在国家电网公司《输变电设备状态检修试验规程》中列为诊断性试验项目，成为国内外广泛采用的一种评定绝缘质量的有重大意义的方法，是一种非破坏性试验。

1

进行局部放电测量的目的主要有：

1. 验证设备在规定电压下，局部放电量应小于规定数值； 2. 确定起始和熄灭放电电压； 3. 制定在规定电压下的放电标准。

四、局部放电特征参量及形成机理

（一）局部放电的主要特征参量

表征局部放电的主要特征有以下三个：

1. 视在放电量q：是指在试品两端注入一定电荷量，使试品端电压的变化量和局部放电时端电压变化量相同。此时注入的电荷量即称为局部放电的视在放电量，以皮库(pC)表示。实际上，视在放电量与试品实际点的放电量并不相等，后者不能直接测得。试品放电引起的电流脉冲在测量阻抗端子上所产生的电压波形可能不同于注入脉冲引起的波形，但通常可以认为这二个量在测量仪器上读到的响应值相等。

2. 局部放电起始电压Ui：是指试验电压从不产生局部放电的较低电压逐渐增加时，在试验中局部放电量超过某一规定值时的最低电压值。

3. 局部放电熄灭电压Ue：是指试验电压从超过局部放电起始电压的较高值逐渐下降时，在试验中局部放电量小于某一规定值时的最高电压值。 （二）局部放电的形成机理

根据放电类型来分，局部放电大致可分为绝缘材料内部放电、表面放电及高压电极的尖端放电。 1.内部放电

如绝缘材料中含有气隙、杂质、油隙等，这时可能会出现介质内部或介质与电极之间的放电，其放电特性与介质特性及夹杂物的形状、大小及位置都有关系。

在此以固体或液体绝缘中的气隙（空穴）为例来阐述局部放电的形成：

设在固体或液体电介质内部g处存在一个气隙或气泡，如图1（a）所示，Cg为该气隙的电容，Cb为与该气隙串联的绝缘部分的电容，Ca为其余完好绝缘部分的电容，由此可得其等值电路，如图1（b）所示，其中g为放电间隙，它的击穿等值于g处气隙发生的火花放电，Z为相应于气隙放电脉冲频率的电源阻抗。

2

图1 绝缘内部气隙局部放电的等值电路 (a) 示意图 （b）三电容等值电路

在电源电压uUmsint的作用下，Cg上分到的电压为ugCb如图2Umsint，

CbCg（a）中虚线所示。当ug达到该气隙的放电电压Us时，气隙内发生火花放电，放电产生的空间电荷建立反电场，使Cg上的电压急剧下降到剩余电压Ur时，火花熄灭，完成一次局部放电。随着外加电压的继续上升，Cg重新获得充电，当ug又达到Us时，气隙发生第二次放电，依此类推。气隙每放电一次，其电压瞬间下降UgUsUr，同时产生一个对应的局部放电电流脉冲，由于发生一次局部放电过程的时间很短，约为10-8s数量级，可以认为是瞬时完成的，故放电脉冲电流表现为与时间轴垂直的一条直线，如图2（b）所示。

图2 局部放电时的电压电流变化曲线

3

气隙放电时，其放电电荷量为

qr(CgCaCb)Ug （1）

CaCb因为CaCb，所以

qr(CgCb)Ug(CgCb)(UsUr) (2)

式中qr为实际放电量，但因Cg、Cb等在实际中无法测定，因此qr很难测得。

由于气隙放电引起的电压变动Ug将按反比分配在Ca和Cb上（因从气隙两端看，Ca和Cb串联连接），因而Ca上的电压变动Ua为

UaCbUg (3)

CaCb也就是说，当气隙放电时，被试品两端的电压会下降Ua，这相当于被试品放掉电荷q q(CaCb)UaCbUgCb(UsUr) (4) 式中q为视在放电量，通常以它作为衡量局部放电强度的一个重要参数。比较式（2）和式（4）可得

qCbqr (5)

CgCb由于CgCb，所以视在放电量q要比实际放电量qr小得多，但它们之间存在比例关系，因而q值可以相对地反映qr的大小。

在实际试验中，由于放电空穴两端的电压变化不能得知，则真实放电量qr是不能测得的。但由放电引起电源输入端的电压变化Ua可测到，绝缘介质整体电容可测得，则由局部放电引起的视在放电量q可求得。所以，在局部放电试验中，由局部放电仪测量所测得的值为由pC为单位表示的视在放电量，是在真实放电量不可能测出的情况下的一种变通方法，在实际运用中，通过由视在放电量的大小来判断绝缘的优劣。

由上述及图2可看出，内部局部放电总是出现在电源周期中的第一或第三象限，每周期的平均放电次数与外施电压u有关，每周放电次数随着u的上升与增加，大约呈直线关系，每个周期出现的局部放电脉冲可在局部放电测量仪的显示器上观察脉冲或放大波形分析，如图3所示。

4

当绝缘介质内出现局部放电后，外施电压在低于起始电压的情况下，放电也能继续维 持。该电压在理论上可比起始电压低一半，也即绝缘介质两端的电压仅为起始电压的一半，这个维持到放电消失时的电压称之为局放熄灭电压。而实际情况与理论分析有差别，在固体绝缘中，熄灭电压比起始电压约低5％--20％。在油浸纸绝缘中，由于局部放电引起气泡迅速形成，所以熄灭电压低得多。这也说明在某种情况下电气设备存在局部缺陷而正常运行时，局部放电量较小，也就是运行电压尚不足以激发大放电量的放电。当其系统有一过电压干扰时，则触发幅值大的局部放电，并在过电压消失后如果放电继续维持，最后导致绝缘加速劣化及损坏。

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，见图4。内介质与电极间的边缘处，在r点的电场有一平行于介质表面的分量，当电场足够强时则产生表面放电。在某些情况下，空气中的起始放电电压可以计算。 表面局部放电的波形与电极的形状有关，如电极为不对称时，则正负半周的局部放电 幅值是不相等的，见图5。当产生表面放电的电极处于高电位时，在负半周出现的放电脉冲较大、较稀;正半周出现的放电脉冲较密，但幅值小。此时若将高压端与低压端对调，则放电图形亦相反。

5

图4 介质表面出现的局部放电 图5 表面局部放电波形

3.电晕放电（电极尖端在气体中的放电）

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 电极运动，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。

在交流电压下，当高压电极存在尖端，电场强度集中时，电晕一般出现在负半周，放电波形见图6，或当接地电极也有尖端点时，则出现负半周幅值较大，正半周幅值较小的放电。

图6

五、局部放电测量方法

电气设备绝缘内部发生局部放电时将伴随着出现许多外部现象，有些外部现象属于电现象，如产生电流脉冲、引起介质损耗增大、产生电磁波辐射等；有些属于非电现象，如产生光、热、噪声、气压变化和分解物等。可以利用这些现象对局部放电进行检测，根据被检测量的性质不同，局部放电的检测方法可分为电气检测法和非电检测法两大类。在大

6

多数情况下，非电检测法的灵敏度较低，多用于定性检测，即只能判断是否存在局部放电，而不能作定量的分析。目前应用得比较广泛和成功的是电气检测法，特别是测量绝缘内部气隙发生局部放电时的脉冲电流，它不仅可以灵敏地检出是否存在局部放电，还可判定放电强弱程度。 （一）非电检测法 1.超声波法

利用测超声波检测技术来测定局部放电的位置及放电程度，这种方法较简单，不受环境条件。但灵敏度较低，不能直接定量。在进行局部放电测量中当发现变压器有大于5DO0pC的故障放电，超声波声测量方法常用于放电部位确定及配合电测法的补充手段。但声测法有它独特的优点，即它可在试品外壳表面不带电的任意部位安置传感器，可较准确地测定放电位置，且接收的信号与系统电源没有电的联系，不会受到电源系统的电信号的干扰;因此进行局部放电测量时，以电测法和声测法同时运用，两种方法的优点互补，再配合一些信号处理分析手段，则可得到很好的测量效果。 2.光检测法

利用光电倍增技术来测定局部放电产生的光，由此来确定放电的位置及其发展过程。这种方法灵敏度较低，局限性大，对于绝缘内部的局部放电，只有在透明介质中才能检测，目前，一种利用光纤将局部放电所发出的光量经光电传感器从设备内部引出来的整套仪器正在研究开发之中。实践证明，光检测法较适宜于暴露在外表面的电晕放电和沿面放电的检测。 3.热检测法

由于局部放电在放电点会发热，当故障较严重时，局部热效应明显，这时可用预先埋入的热电偶来测量各点温升，从而确定局部放电部位。这种方法既不灵敏又不能定量，因而很少在现场测量使用。 4.测分解物法

油纸绝缘材料在局部放电作用下会分解产生各种气体，分析局部放电时产生的化学生成物，例如用色谱分析仪测量高压电气设备的油中，由于放电产生的微量可燃性气体，从而推断局部放电的程度，从而判断故障类型，已在生产实际中广泛应用，并取得较好的效果。各种气体中对判断故障有价值的气体有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢、一氧化碳、二氧化碳等。

绝缘中存在局部放电时，当放电较小并在故障点引起的温度高于正常温度不多时。由

7

油裂解的产物主要是甲烷和氢;当局部放电故障扩大，形成局部爬电或火花、电弧放电时，会引起局部高温，产生乙炔、乙烯和一氧化碳、二氧化碳，如利用五种特征气体的三比值法，可用来判断变压器故障性质，但实际上对电力设备进行绝缘故障判断时，仅根据一次测量数据往往是不够的，宜利用色谱分析，观察各有害气体随时间的增量，并和局部放电超声测量和电测法数据作比较，进行综合判断，才能更加有效地判断故障性质。 当故障涉及到固体绝缘时，会引起一氧化碳和二氧化碳含量的明显增长。但根据现有 统计资料，固体绝缘的正常老化过程与故障情况下劣化分解，表现在油中一氧化碳的含量 上，一般情况下没有严格的界限;二氧化碳含量的规律更不明显。因此，在考察这两种气 体含量时更应注意结合具体变压器的结构特点，如油保护方式、运行温度、负荷情况、运 行历史等情况加以分析，以尽可能得出正确的结论。 （二）电气检测法

1.无线电干扰测量法（RIV法）

由于局部放电会产生频谱很宽的脉冲信号（从几千赫到几十兆赫），所以可以利用无线电干扰仪测量局部放电的脉冲信号，通过试品两端直接耦合，或天线等其他采样元件耦合，测量试品的局部放电脉冲信号。 2.介质损耗法（放电能量法）

由于局部放电伴随着能量损耗，所以可以用电桥来测量被试品的tg值随外施电压的变化，由局部放电损耗变化来分析被试品的状况。

油纸电容型电流互感器和套管在实际运行中出现过多例，介损超标，取油样色谱分析氢和甲烷等成分明显异常，局放超标。 3．脉冲电流法

由于局部放电产生的电荷交换，产生高频电流脉冲，通过与试品连接的检测回路产生电压脉冲，将此电压脉冲经过合适的宽带放大器放大后由仪器测量或显示出来。这种方法灵敏度高，是目前国际电工委员会推荐进行局部放电测试的一通用方法，也被我们今天普遍采用。

（三）脉冲电流法的试验回路和测量仪器 1.试验回路

测量局部放电的基本回路有3种，如图7所示，其中图7(a)、(b)可统称为直接法测量回路；(c)称为平衡法测量回路。

8

图7 局部放电测量的基本回路

(a)测量阻抗与耦合电容器串联回路（并联法）；(b)测量阻抗与试品串联回路（串联法）；(c)平衡回路

图中：Zf—高压滤波器；Cx—试品等效电容；Ck—耦合电容；Zm—测量阻抗；Z—调平

衡元件；M—测量仪器 第一种回路主要包括： a.试品等效电容Cx。

b.耦合电容Ck。Ck在试验电压下不应有明显的局部放电。

c.测量阻抗Zm。测量阻抗是一个四端网络的元件，它可以是电阻R或电感L的单一元件，也可以是电阻电容并联或电阻电感并联的RC和RL电路，也可以由电阻、电感、电容组成RLC调谐回路。调谐回路的频率特性应与测量仪器的工作频率相匹配。测量阻抗应具有阻止试验电源频率进入仪器的频率响应。连接测量阻抗和测量仪器中的放大单元的连线，通常为单屏蔽同轴电缆。

图8 RC型检测阻抗原理图 图9 RLC型检测阻抗原理图

对RC型，当电容C较小时，检测阻抗上的波形与流过被试品的脉冲电流相似，但其频

带较宽、噪声较大，被试品的工频充电电流大时使检测阻抗上工频分量不能完全滤除，从而影响测量。

RC型一般用于平衡测量回路，R值一般选用200－1200Ω，电容C即为电缆分布电容，实际应用时不需另加。

RLC型对局部放电脉冲检测有很高的灵敏度，而对被试品工频的充电电流呈现低阻抗，

9

频带较窄，噪音水平较低。缺点是波形易呈现振荡，但适当选择R（2-3kΩ)可使振荡阻尼抑制，所以普遍采用RLC型检测阻抗。

d.根据试验时干扰情况，试验回路接有一阻塞阻抗Zf，以降低来自电源的干扰，也能适当提高测量回路的最小可测量水平。

e.测量仪器M。

三种试验回路的选择原则：

a.试验电压下，试品的工频电容电流超出测量阻抗Zm允许值，或试品的接地部位固定接地时，可采用图7(a)试验回路。

b.试验电压下，试品的工频电容电流符合测量阻抗Zf允许值时，可采用图7(b)试验回路。

c.试验电压下，图7(a)、(b)试验回路有过高的干扰信号时，可采用图7(c)试验回路。 d.测量阻抗的选取应使Ck和Cx串联后的等效电容值在测量阻抗所要求的调谐电容C的范围内，否则会降低测量灵敏度。

平衡法是利用两台试品相互作为祸合电容并平衡抑制干扰，或将电容值差别不大的另一电容器作为祸合电容。平衡法的测量灵敏度略低于直测法，但它的抗干扰能力却比直测法高得多。 2.测量仪器

2.1测量仪器的频带

常用的测量仪器的频带可分为宽频带和窄频带两种，其由下列参数确定：

图10 测量仪器的频带 (a)宽频带 (b)窄频带

a.下限频率f1上限频率f2其定义为：对一恒定的正弦输入电压的响应A，宽频带仪器分别自一恒定值下降3dB时的一对(上、下限)频率；窄频带仪器分别自峰值下降6dB时的一对(上、下限)频率，如图10所示。

b.频带宽度Δf：宽频带和窄频带两种仪器的频带宽度均定义为

Δf=f2-f1

宽频带仪器的Δf与f2有同一数量级；窄频带仪器Δf的数量级小于f2的数量级。

10

c.谐振频率f0：窄频带仪器的响应具有谐振峰值，相应的频率称为谐振频率f0。 2.2现场测量时仪器的选择

现场进行局部放电试验时，可根据环境干扰水平选择相应的仪器。当干扰较强时，一般选用窄频带测量仪器，例如f0=(30~200)KHz，Δf=(5~15)KHz；当干扰较弱时，一般选用宽频带测量仪器，例如f1=(10~50)KHz，f2=(80~400)KHz。 2.3指示系统

局部放电的测量仪器按所测定参量可分不同类别。目前有标准依据的是测量视在放电量的仪器，这种仪器的指示方式，通常是示波屏与峰值电压表(pC)或数字显示并用。用示波屏是必须的。示波屏上显示的放电波形有助于区分内部局部放电和来自外部的干扰。

放电脉冲通常显示在测量仪器的示波屏上的李沙育(椭圆)基线上。测量仪器的扫描频率应与试验电源的频率相同。 3.视在放电量的校准

由于无法测量绝缘的实际放电量，目前的定量测试是用一方波电源经一已知的小电容在试品两端施加一电荷Q0，使其在放大器输人阻抗两端所得到的量值U0与试品的真实放电量作用在输人阻抗的效果一样。

确定整个试验回路的换算系数K，称为视在放电量的校准，换算系数K受回路Cx、Ck、

Cs(高压对地的杂散电容)及Zm等元件参量的影响。因此，试验回路每改变一次必须进行一次校准。

3.1校准的基本原理

视在放电量校准的基本原理是：以幅值为U0的方波通过串接小电容C0注入试品两端，此注入的电荷量为

Q0U0C0

式中 U0——方波电压幅值，V；

C0——电容，pF； Q0——电荷量，pC。 3.2校准方波的波形

校准方波的上升时间应使通过校准电容C0的电流脉冲的持续时间比1/f2要短，校准方波的上升时间不应大于0.1μs，衰减时间通常在100μs到1000μs范围内选取。

目前大都选用晶体管或汞湿继电器做成小型电池开关式方波发生器，作为校准电源。 3.3直接校准

11

将已知电荷量Q0注入试品两端称为直接校准，其目的是直接求得指示系统和以视在放电量Q表征的试品内部放电量之间的定量关系，即求得换算系数K。这种校准方式是由国家标准GB7354－2003《局部放电测量》推荐的。直接法和平衡法测量回路的直接校准电路，如图11所示，其方法是：接好整个试验回路，将已知电荷量Q0=U0C0注入试品两端，则指示系统响应为LN。取下校准方波发生器，加电压试验，当试品内部放电时，指示系统响应为LX。由此则可得换算系数Kh为

图11 直接校准的接线

(a)直接法测量的直接校准接线；(b)平衡法测量的直接校准接线

Kh=(LX/LN)10（N1-N2）

则视在放电量Q为

QU0C0Kh

式中 Q——视在放电量，pC；

U0——方波电压幅值，V； C0——电容，pF； Kh——换算系数。

为了使校准保证有一定的精度，C0必须满足

CCC001.CxkmCkCm C010pF

式中 Cm——测量阻抗两端的等值电容。 4.4间接校准

将已知电荷量Q0注入测量阻抗Zm两端称为间接校准，其目的是求得回路衰减系数K1。直接法和平衡法测量回路的间接校准电路，如图12所示。

12

图12 间接校准的接线

(a)直接法测量的间接校准接线；(b)平衡法测量的间接校准接线

图12中的Cs是高压对地的总杂散电容，其值随试品和试验环境的不同而变化，是个不易测得的不定值。因此，通常以测量的方式求得回路衰减系数K1，其方法是：接好整个试验回路，将已知电荷量Q0注入测量阻抗Zm两端，则指示系统响应为β。再以一等值的已知电荷量Q0注入试品Cx两端，则指示系统响应为β′。这两个不同的响应之比即为回路哀减系数K1，即

K111

)则视在放电量

QU0C0K1

直接法校准时，加电压试验的校准方波发生器需脱离试验回路，不能与试品内部放电脉冲直观比较。间接法校准时，校准方波发生器可接在试验回路并能与试品内部放电脉冲进行直观比较。因此，目前国内外的许多检测仪器均设计成具有间接校准的功能。 3.5校准时的注意事项

3.5.1校准方波发生器的输出电压U0和串联电容C0的值要用一定精度的仪器定期测定，校正周期一年一次；U0和C0的误差（或不确定度）应小于3％。如U0一般可用经校核好的示波器进行测定；C0一般可用合适的低压电容电桥或数字式电容表测定。方波上升沿时间应满足标准要求，每次使用前应检查校准方波发生器电池是否充足电。

3.5.2从C0到CX的引线应尽可能短直，C0与校准方波发生器之间的连线最好选用同轴电缆，以免造成校准方波的波形畸变。

3.5.3当更换试品或改变试验回路任一参数时，必须重新校准。

应用计算机控制的数字式局放仪时，同样需在加压进行测量前对测量回路进行方波校 正，根据不同的试品及测量方法注人一定量的校正脉冲信号，变压器的测量、校正可选用

13

500-1000pC的注入量;对少油式电器，如互感器、套管等可选择注入10－100pC。仪器自动选择合适的量程并显示测试的相应毫伏值或皮库值。

六、局部放电测量的试验设备

对于变压器、电磁式电压互感器等设备来说，要进行局部放电试验，需要先施加规定的试验电压，该电压远高于设备的额定电压，而变压器铁芯的伏安特性曲线，一般设计在额定频率和电压时接近弯曲部分。若在额定频率时，将试验电压电压施加于被试变压器的一侧绕组时，铁芯会饱和，必然使空载电流急剧增加，达到不能允许的程度:为了使在试验电压下，铁芯仍不致饱和，可采取提高电源频率的办法。这一点可用变压器感应电动势的公式来说明

E=4.44fWBS＝KfB

式中 E感应电动势(V); f—电源频率(50Hz); w—线圈匝数; S—铁芯截面积(m2); B—磁通密度(T); K－比例常数。

由上式可知，若保持B不变，因K值为常数，当需要电动势增加一倍时，则频率必须相应增加一倍，因此试验电源的频率要大于额定电源频率的两倍及以上，即一般不低于100Hz，但不宜高于400Hz。这是因为铁芯中的损耗随频率上升而显著增加。

因此，变压器等要进行局部放电测量，其所使用的试验电源一般采用50Hz的倍频会其他合适频率，这就需要能产生倍频电压的试验设备，目前常用的有以下几种： （一）中频无刷励磁同步发电机组

同步发电机组基本原理接线如图13所示。图中，电源装置、同补偿电抗器、中间升压变压器以及必要的外围测量设备联合使用。

14

电源主要由三相异步电动机和无刷励磁的中频同步发电机组成中频发电机组，再配以启动、控制、测量和保护系统组成。其工作原理为:中频发电机发出一定频率(250Hz)的单相或三相交流电能，经中间变压器升压，同时用补偿电抗器来调整补偿被试变压器的电容性电流，以获得所需的试验电压。这种工作原理和方式可以得到所需频率的试验电压，电网电源仅用来驱动发电机组和提供直流励磁电源，使试验电源与电网电源实现隔离，从而消除了试验回路来自电网系统的干扰，无刷励磁方式也大大降低了电源本身的干扰水平。 试验时，发电机组及其控制部分安装在一辆标准挂车上，挂车有全封闭的车厢，为便于在观测局部放电的同时控制施加电压，通过远方操作控制箱，可随意控制升降电压的速度及出口开关与励磁开关的分合。

（二）大功率变频电源(用大功率三极管组成可变频率的电压放大器作为交流电源)

它是由数千只大功率三极管组成，通过推挽放大的形式将一频率可调的低电压、小功率的交流信号放大为几百千瓦的变频电源，该种设备有一定的先进性，它具有频率可调（30－400Hz）、不产生脉冲形干扰等特点，目前该装置的工作可靠性有很大提高，可以满足长时间(60min以上)输出几百千瓦的大功率的要求,而且具有接线简单、干扰小、一机多用的优点，缺点是无法隔离来自电网系统的干扰。国内目前应用较多。

对于用晶闸管逆变器产生所需频率的交流电源，由于存在脉冲干扰，不适用于局放测量，但可与其它设备组合成串联谐振装置进行耐压试验。 （三）用星形一开口三角形接线的变压器获取三倍频电源

将三台单相或一台三相变压器一次侧接成星形，二次侧接成开口三角形，一次侧通电源后，即可在开口三角形侧获得三倍频电压。在变压器的星形侧，加上对称的三相正弦波电源，并升高电压让铁芯磁路饱和，使铁芯中磁通所含三次谐波的成分增多，相应在铁芯线圈上感应的三次谐波电压也增高。这样，在接成开口三角形的绕组中，就有基波和三次谐波电压。由于三相基波的相量相互差120度，在开口三角形中串接起来其和为零，三次谐波是同相的，故得到三相三次谐波的相量和，于是在开口三角形侧便可得到三倍频率的电源。

但该装置的效率低，输入输出容量比为5：1，不易获取大容量的输出，主要用于电磁式电压互感器的局部放电测量。

七、变压器类设备的局部放电测量

（一）电力变压器局部放电测量－变压器绕组连同套管的长时感应电压试验带有局部放电测量（ACLD）

15

电力变压器是电力系统中很重要的设备，通过局部放电测量判断变压器的绝缘状况是 相当有效的，并且已作为衡量电力变压器质量的重要检测手段之一。

高压电力变压器主要采用油一纸绝缘，这种绝缘由电工纸层和绝缘油交错组成。由于大型变压器结构复杂、绝缘很不均匀。当设计不当，造成局部场强过高、工艺不良或外界原因等因素造成内部缺陷时，在变压器内必然会产生局部放电，并逐渐发展，最后造成变压器损坏。电力变压器内部局部放电主要以下面几种情况出现:

（1）绕组中部油一纸屏障绝缘中油通道击穿; （2）绕组端部油通道击穿;

（3）紧靠着绝缘导线和电工纸(弓}线绝缘、搭接绝缘、相间绝缘)的油间隙击穿; （4）线圈间(匝间、饼间)纵绝缘油通道击穿; （5）绝缘纸板围屏等的树枝放电; （6）其他固体绝缘的爬电;

（7）绝缘中渗入的其他金属异物放电等。

1.测量的周期：①220kV及以上或120MVA及以上交接时；②220kV及以上大修更换绝缘部件或部分线圈后；③110kV变压器对绝缘有疑问时；④必要时。 2.试验的基本接线及实施 2.1基本接线：

变压器局部放电试验的基本原理接线，如图14所示。

图14 变压器局部放电试验的基本原理接线

图(a)单相励磁基本原理接线；(b)三相励磁基本原理接线； (c)在套管抽头测量和校准接线 Cb—变压器套管电容

由于变压器局放试验电压较高，利用变压器套管电容作为耦合电容Ck，并在其末屏端

16

子对地串接测量阻抗Zk，属于并联法接线。 2.2现场试验的实施

为便于说明，在此以常见的SFSZ10-180000/220型变压器进行A相局放测量为例,试验设备采用调频式变频电源。 2.2.1局部放电试验前准备工作

⑴填写工作票， 编写作业控制卡、质量控制卡，办理工作许可手续；

⑵向工作班成员交待工作内容、人员分工、带电部位和现场安全措施，进行危险点告知，并履行确认手续后开工；

⑶准备试验用设备、仪器、仪表及工具，所用仪器仪表良好，所用仪器、仪表、工具应在合格周期内；

序名 称 单 位 号 1. 干湿温度计 只 倍频试验电源：推挽放大调频式变频电源（或中频2. 套 电动发电机组）、中间变压器、补偿电抗器 局部放电测量系统：局部3. 放电测试仪、测量阻抗、套 校准方波发生器 交流分压器及峰值电压4. 套 表 5. 试验导线（包括专用线） 根 6. 塑料带 盘 电源线（单根铜缆70mm27. 根 以上） 8. 高空作业车 辆 9. 安全带 根 10. 围栏 根 11. 均压帽 个 12. 钳形电流表 块 数 量 1 1 1 1 6 1 3 1 2 3 6 2 ⑷查阅被试变压器的试验资料，各项试验包括油务试验结果合格。

⑸变压器已抽真空注满合格的绝缘油，静置时间达到有关规定的要求（110kV变压器24小时，220kV变压器48小时，500kV变压器72小时），并已多次放气，油位指示正常。 ⑹将被试变压器放电。

⑺检查变压器外壳、铁心及夹件应可靠接地；各侧套管表面应洁净，末屏可靠接地；各套

17

管电流互感器二次绕组所有端子短路接地。

⑻拆除变压器各侧外部接线，外部引线应与各侧线端保持足够的安全距离并固定好。 ⑼高压侧分接开关置于Ⅰ分接，并进行直流电阻核准。 ⑩试验现场周围装设试验围栏，必要时派专人看守。

⑾抄录铭牌、记录天气情况和温、湿度、安装位置、试验日期。 2.2.2试验设备、仪器的选择

根据被试变压器的电容量、空载电流等选择变频电源、中间变压器、补偿电抗器的容量，110kV-220kV电压等级变压器变频电源的容量一般选择200kW，对于容量240MVA及以下的，在适当的试验频率下可以不用补偿电抗器。500kV一般选择300kW或以上，需投入补偿电抗器。

测量阻抗可根据套管的电容量选用，变压器套管电容量一般几百皮法，通常选3号，调谐范围在100－1500pF。 2.2.3接线及检查:

采用单相连接的方式逐相地将试验电压加在变压器线端进行试验,一般采用对称加压法，频率可以选择50Hz的倍频或其它合适的频率；测量回路以高压（或中压）套管作为耦合电容器，将检测阻抗串接入套管末屏和地之间；用电容分压器及峰值电压表接在中间变压器出线端子上，测量试验电压。接线方式以A相为例如图15。 ①将所用试验设备、仪器仪表的所有接地端子可靠接地。

②将变压器各侧中性点接地，如有平衡绕组且通过套管引出，应将其接地。高、中压绕组各线端悬空，安装好均压帽。将测量阻抗接入被试相高压套管的末屏与地之间，将阻抗输出通过信号电缆接至局部放电测试仪，非被试相套管末屏应可靠接地。

③连接好变频电源、中间变压器、交流分压器及峰值电压表，将380V试验电源接入变频电源，检查所有试验设备、仪表仪器接线正确、指示正确后，操作人员征得试验负责人许可，合上开关，空升加压回路，无异常后，降压至零，断开电源，将中间变压器输出接至变压器低压绕组被试相两端，应确保加压引线和周围物体的绝缘距离，必要时用绝缘杆将引线支撑牢固。

④将校准方波发生器接入被试相高压套管线端和地之间，选择合适的电荷量注入变压器被试相（通常为500或1000pC），进行校准。校准完毕，取下方波发生器。

18

图15 现场变压器局部放电测量原理接线图

图中：T－中间变压器 Tr－被试变压器 L－补偿电抗器 CT－钳形电流表 Z－检测阻抗

Vp：峰值电压表 C1、C2－交流分压器 PD－局放测试仪

2.2.4实施感应耐压及局部放电测量

①检查所有试验设备、仪表仪器接线正确、指示正确，操作人员征得试验负责人许可后，合上电源开关，准备开始升压励磁。选择某一频率，然后先升至较低的电压，调整频率，使被试品端的电压达到最大，此时，回路达到谐振状态。然后按下列规定的施加试验电压的时间顺序及施加试验电压的数值升压进行试验:

a)按照GB1094.3－1985《电力变压器 第三部分 绝缘水平和绝缘试验》设计制造的变压器，施加试验电压的时间顺序如下：

图中U1为预加电压，U1=3Um/3；U2为测量电压，U2=1.5（1.3）Um/3；Um为设备

最高工作电压。

b)按照GB1094.3－2003《电力变压器 第三部分 绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》设计制造的变压器，施加试验电压的时间顺序如下：

19

图中U1为预加电压，U1=1.7Um/3；U2为测量电压，U2=1.5Um/3；Um为设备最高工作电压；试验时间C=120×(f

额定

/f

试验

)（当f

试验

≤2f

额定

时，T=60s；当f

试验

＞2f

额定

时，C

按上式计算，但不应少于15s）。

在升压至U2的过程中应注意记录起始放电电压。

②在整个试验时间内应连续观察放电波形,并按一定的时间间隔记录一次放电量,放电量的读取以相对稳定的最高脉冲为准,偶尔发生的较高的脉冲可忽略,但应作好记录备查。整个试验期间试品不发生击穿。

③试验过程应有人监护并呼唱，试验人员在试验中注意力应高度集中，随时警戒异常情况的发生。试验过程中保持观察,若出现异常，应停止试验，查明原因后再继续进行。 ④一相试验结束，在从U2降压的过程中应注意记录熄灭放电电压。降压至零，断开电源，用放电棒将试验回路接地，并充分放电。将励磁线、检测阻抗换至另一相，重新校准后，开始试验。（方法同上）

⑤全部试验结束，应先断开试验电源后，再开始拆线，最后拆除接地线。 2.2.5“多端测量——多端校准”局部放电定位法

任何一个局部放电源，均会向变压器的所有外部接线的测量端子传输信号，而这些信号形成一种独特的“组合A”。如果将校准方波分别地注入各绕组的端子，则这些方波同样会向变压器外部接线的测量端子传输信号，而形成一种校准信号的独特“组合B”。

如果在“组合A”(变压器内部放电时各测量端子的响应值)中，某些数据与“组合B”(校准方波注入时各测量端子的响应值)相应数据存在明显相关时，则可认为实际局部放电源与该对校准端子密切有关(参见表1)，这就意味着，通过校准能粗略的定出局部放电的位置。

实际方法如下：

20

当校准方波发生器接到一对规定的校准端子上时，应观察所有成对的测量端子上的响应，然后对其它成对的校准端子重复作此一试验。其校准部位应在线圈的各端子与地之间进行校准，但也可以在高压套管的带电端子与它们的电容抽头之间进行校准(对套管介质中的局部放电进行校准)，也可以在高压端端子与中性点端子，以及在高压绕组和低压绕组各端子间进行校准。

成对的校准和测量端子的所有组合，形成一个“组合B”即“校准矩阵”，从而作为对实际试验读数进行判断的依据。

图16表示一台带有第三绕组的超高压单相自耦变压器的局部放电定位例子，校准和试验都是在下表所列的端子上进行的。将1.5Um这一行的试验结果与各种校准结果进行对比，显然可见，它和“2.1——地”这一行的校准响应值相关。这可以认为在2.1端子出现了约1500pC这一数值的局部放电，并且还可以认为局部放电部位约是带电体(2.1端子)对地之间。其结构位置或许在串联线圈与公共 线圈之间的连线上某一位置，也可能在邻近线圈的端部。

上述方法主要用在当一个局部放电源是明显的、而且背景噪声又较低的情况下，但并不是总出现这种情况。当需确定所观察到的局部放电是否发生在高压套管介质中时，可利用由套管出线端子与套管电容抽头间的校准来分析。这一校准与套管中的局部放电组合有密切关系。

局部放电源与相应校准端子的关系

通道 校准 1.1——地2000pC 2.1——地2000pC 2.2——地2000pC 3.1——地2000pC 试 验 1.1 50 5 2 3 ＜0.5 ＜0.5 6

2.1 20 50 10 2 ＜0.5 ＜0.5 40 2.2 5 30 350 35 ＜0.5 0.5 25 3.1 10 8 4 25 ＜0.5 0.5 8 任 意 单 位 U=0 UUm/3 U1.5Um/3 21

图16 用“多端子测量”和“组合”法来确定局部放电源的位置

营丘站变压器局放测量，发现围屏爬电。从高、中压绕组所测放电量基本相等，判断放电点在高中压绕组间。

图17 围屏上树枝状爬电

3.试验标准及判据

①按照GB1094.3－1985《电力变压器 第三部分 绝缘水平和绝缘试验》设计制造的变压器，试验时线端电压在1.5Um/3下,视在放电量不应大于500pC；线端电压在1.3Um/3下,

22

视在放电量不应大于300pC；

②按照GB1094.3－2003《电力变压器 第三部分 绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》设计制造的变压器，试验时线端电压在1.5Um/3下，视在放电量不应大于500pC；

试验前，记录所有测量电路上的背景噪声水平，其值应低于规定的视在放电量的50%。 测量应在所有分级绝缘绕组的线端进行。对于自耦连接的一对较高电压、较低电压绕组的线端，也应同时测量，并分别用校准方波进行校准。

在电压升至U2及由U2再下降的过程中，应记下起始、熄灭放电电压。

在整个试验时间内应连续观察放电波形，并按一定的时间间隔记录放电量Q。放电量的读取，以相对稳定的最高重复脉冲为准，偶尔发生的较高的脉冲可忽略，但应作好记录备查。整个试验期间试品不发生击穿；在U2的第二阶段的30/60min内，所有测量端子测得的放电量Q，连续地维持在允许的限值内，并无明显地、不断地向允许的限值内增长的趋势，则试品合格。

如果放电量曾超出允许限值，但之后又下降并低于允许的限值，则试验应继续进行，直到此后30/60min的期间内局部放电量不超过允许的限值，试品才合格。 4.关于变压器出厂局部放电测量

对于变压器出厂局部放电测量，国家电网公司在《国家电网公司十电网重大反事故措施》中有远高于国标的规定：测量电压为1.5Um/3时，220kV及以上电压等级变压器的局部放电试验的放电量：自耦变压器中压端不大于200pC，高压端不大于100pC；其他变压器不大于100pC。测量电压为1.5Um/3时， 110kV电压等级变压器的局部放电试验放电量不大于100pC。

多年的经验表明，这一要求有力的促进了制造厂家提高变压器的设计和制造工艺水平，要达到这一要求，各大变压器厂总结的经验有以下几条：

⑴设计时要控制各部分场强在允许的范围内，特别要注意对高压引线头和引线电场强度的控制。采用电气屏蔽法可有效的降低局部放电量（注意：金属屏蔽材料与电缆引线或绕组出头接触良好，不允许屏蔽处存在悬浮电位）

⑵制造过成中特别要注意器身中各部件的清洁度决不允许带入任何金属异物。

⑶装配过程中要注意各个附件的清洁度，对外购件要严格检查，对自行加工的零件也必须做到干净清洁，特别是焊接件、金工件要彻底清理加工过程中所残留的异物、杂物，也要注意在总装过程中所产生的金属异物的收集与清理。

23

⑷绝缘材料的使用要有选择，在高电场中忌用环氧玻璃布板和其他介电系数的材料，还要避免使用在真空处理时无法排出气体的绝缘制品。

⑸变压器真空注油时应保证真空度达到工艺要求，注油速度达到工艺要求；抽真空和静放时间要足够长，确保变压器所有绝件被油浸透。 （二）电流互感器局部放电测量

1.测量的周期：①交接时 ②大修后 ③必要时 2.试验的基本接线及实施 2.1基本接线：

共有三种基本接线方式：

T—试验变压器；Ca一被试互感器；Ck—耦合电容器；M—pD测量装置； Zm—测量阻抗；Z—滤波器(如果Ck为试验变压器的电容，则不要求滤波器)

图18 测量阻抗与试品串联回路

图19 测量阻抗与耦合电容器串联回路

24

T—试验变压器；Ca1—被试互感器；Ca2—无局放的试品(或耦合电容器Ck)；

M—局部放电测量仪器；Zm1、Zm2—测量阻抗；Z—滤波器

图20 平衡回路

2.2现场试验的实施

2.2.1局部放电试验前准备工作

⑴填写工作票，编写作业控制卡、质量控制卡，办理工作许可手续；

⑵向工作班成员交待工作内容、人员分工、带电部位和现场安全措施，进行危险点告知，并履行确认手续后开工；

⑶准备试验用设备、仪器、仪表及工具，所用仪器仪表良好，所用仪器、仪表、工具应在合格周期内；

序号 名 称 1 2 干湿温度计 2500V兆欧表 无局放试验变压器（包括调压器及控制装置、滤波器等）或无局放变频式串联谐振成套装置（变频电源、中间变压器、电抗器） 局部放电测量系统：局部放电测试仪、测量阻抗、校准方波发生器 交流分压器及峰值电压表 耦合电容器 试验导线（包括专用线） 高压无晕导线 塑料带 电源线 安全带 围栏 绝缘杆 均压环 单 位 只 台 数 量 1 1 3 套 1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 套 套 台 根 根 盘 根 根 根 根 个 1 1 1 若干 3 1 3 1 3 1 1 ⑷查阅被试互感器的试验资料，各项试验包括油务试验结果合格，互感器油位（或气体压力）指示正常，油浸绝缘的经长途运输颠簸或注油工序之后通常应静置规定的时间后再进行试验。

⑸将被试互感器放电。

⑹检查互感器外壳(如果有)、底座、末屏（如果有）应可靠接地，套管表面应洁净。 ⑺拆除互感器各侧外部接线，外部引线应与线端保持足够的安全距离并固定好。

25

⑻试验现场周围装设试验围栏，必要时派专人看守。

⑼抄录铭牌、记录天气情况和温、湿度、安装位置、试验日期。 2.2.2试验设备、仪器的选择

电流互感器进行局部放电测量通过外施加压进行，选用工频无局放试验变压器（串级），其内部放电量应小于规定的允许水平，根据被试品及耦合电容器、分压器的电容量选择试验变压器的容量，试验变压器的电压根据试验电压选择，一般试验变压器的电压应高于试验电压的1.2倍以上，试验变压器容量P＞ CxU2ω×10-3 （kVA），其中CX为被试品及耦合电容器、分压器的电容量（μF），U为试验电压（kV），ω＝2πf。

采用无局放变频式串联谐振装置进行交流耐压试验，应根据试品电容量、试验电压等选择变频电源的容量、中间变压器、电抗器的电压容量。

测量阻抗的选择，应使被试品的电容和耦合电容器的电容串联后的等值电容在测量阻抗所要求的调谐电容范围内，否则会降低灵敏度，一般互感器的电容量在几百皮法，可选2号或3号阻抗。 2.2.3接线及检查:

①将所用试验设备、仪器仪表的所有接地端子可靠接地。按图18接线时，将一次绕组两端短接，其它二次绕组短路，与外壳（如果有）、底座、末屏（如果有）一起通过测量阻抗接地，外壳也可直接接地。

按图19接线时，将一次绕组两端短接，其它二次绕组短路，与外壳（如果有）、底座、末屏（如果有）一起接地，测量阻抗接在耦合电容器低压端子和地之间。平衡回路略。 ②以图19回路为例，按下图连接好调压器、试验变压器、耦合电容器、交流分压器及峰值电压表（将耦合电容器作为高压臂）、低通滤波器，在被试互感器器端部加装均压环。将电源接入，检查所有试验设备、仪表仪器接线正确、指示正确后，操作人员征得试验负责人许可，合上开关，空升加压回路，无异常后，降压至零，断开电源，将试验变压器高压输出接至被试互感器一次绕组，应确保加压引线和周围物体的绝缘距离，必要时用绝缘杆将引线支撑牢固，试验变压器与被试互感器一次绕组、耦合电容器间的高压引线应选用试验电压下无晕的导线。 实际接线如图21所示。

③将校准方波发生器接入被试互感器两端，选择合适的电荷量注入（通常为50或100pC），进行校准。校准完毕，取下方波发生器。

26

图21 电流互感器局部放电测量接线图

图中：S1、S2－电源开关及闸刀 T1－调压器 T2－隔离变压器 F－低通滤波器 T3－无局放试验变压器 L－无晕高压引线 r－均压环 C0－校正电容 U0－校正方波发生器 CL－低压臂电容 V2－峰值

电压表 S3－切换开关 Zm－测量阻抗 PDM－局放测试仪

2.2.4实施局部放电测量

①检查所有试验设备、仪表仪器接线正确、指示正确，操作人员征得试验负责人许可后，合上电源开关，准备开始升压。升压必须从零（或接近于零）开始，且不可冲击合闸。升压速度在75％试验电压前是可以任意的，自75％试验电压以后开始均匀升压，约每秒2％速率的试验电压上升至试验电压。试验的加压时间程序有两种：一是结合耐压试验进行，即在耐压60s后不将电压回零，直接将电压降至局放测量电压停留60s进行局放测量；如果单独进行局放试验，则先将电压升至预加电压（工频交流耐压值的80％），停留10s后，将电压降至局放测量电压停留60s进行局放测量。

②测量完毕后，迅速均匀降压到零（或1/3试验电压以下），然后断开电源，用放电棒将被试绕组和试验变压器的高压部分接地，并充分放电。

③试验过程应有人监护并呼唱，试验人员在试验中注意力应高度集中，随时警戒异常情况的发生。试验过程中保持观察,若出现异常，应停止试验，查明原因后再继续进行。 ④全部试验结束，应先断开试验电源，用放电棒对被试互感器一次绕组充分放电并接地，再开始拆线，最后拆除接地线。 3.试验标准及判据

①35～110kV互感器的局部放电测量可按10%进行抽测,若局部放电量达不到规定要求应增大抽测比例

②220kV及以上互感器在绝缘性能有怀疑时宜进行局部放电测量 ③局部放电测量时,应在高压侧监测电压

④局部放电测量的测量电压及允许的视在放电量应满足下表中的规定

27

测量电压（kV） 1.2Um/3 1.2Um（必要时） 视在放电量水平（pC） 环氧树脂及其他干式 50 100 油浸式和气体式 100 50 放电量的读取，以相对稳定的最高重复脉冲为准，偶尔发生的较高脉冲可以忽略，但应作好记录备查。试验期间试品不击穿，测得视在放电量不超过允许的限值，则认为试验合格。

（三）电磁式电压互感器局部放电测量

1.测量的周期：①交接时 ②大修后 ③必要时 2.试验的基本接线及实施 2.1基本接线：

共有三种基本接线方式：

T—试验变压器；Ca一被试互感器；Ck—耦合电容器；M—局放测试仪； Zm—测量阻抗；Z—滤波器(如果Ck为试验变压器的电容，则不要求滤波器)

图22 测量阻抗与试品串联回路

图23 测量阻抗与耦合电容器串联回路

28

T—试验变压器；Ca1—被试互感器；Ca2—无局放的试品(或耦合电容器Ck)；

M—局部放电测量仪器；Zm1、Zm2—测量阻抗；Z—滤波器

图24 平衡回路

实际上由于电磁式电压互感器按照一次绕组两端的绝缘水平可以分为非接地电压互感器（全绝缘）和接地电压互感器（分级绝缘）。非接地电压互感器是指包括接线端子在内的一次绕组各个部分都是按绝缘水平对地绝缘的电压互感器；接地电压互感器是指一 次绕组的一端直接接地的单相电压互感器，或一次绕组的星形联结点为直接接地的三相电压互感器。因此对于40.5kV及以下非接地电压互感器，应分别考虑主绝缘与纵绝缘的情况，其测量接线见图25a)和b）。

图25 电压互感器局部放电测量接线

(a）检验主绝缘情况;(b)检验纵绝缘悄况

测量主绝缘局部放电时，试验变压器可用普通工频无晕试验变压器，试验电压按标准选择。但当检验纵绝缘时，用工频电源供电就不行了，因为试验电压远高于试品运行电压，过高的工频电压施加于试品A端时，会由过励磁产生大电流而损坏设备。在这种情况下，电源应采用3倍频电源;3倍频电源可用3个5kVA的变压器过励磁由开口三角输出150Hz电压或用无局放变频电源装置。

电压等级为110kV及以上的电压互感器一般都为分级绝缘的串级式结构，这种互感器

29

要求的试验电压较高，现场试验时普遍采用三倍频电源在二次侧加压、一次侧感应出相应的达到试验电压值的高压，其试验接线如图26所示。图中，高压端部加装了均压装置，防止电晕产生。由于串激式电压互感器杂散电容较大，因而可利用杂散电容作为藕合电容，这种测量方法在条件较好的试验室也能有效地进行局部放电测量，但这种接线回路灵敏度较低。因此，当有条件时应采用图27的接线回路，耦合电容可用套管或相应电压水平的无局部放电的电压互感器或电流互感器构成，当回路干扰较大时应采用平衡回路，如图28所示。

图26 利用杂散电容代替拥合电容 图27 外接辆合电容回路

图28 现场抑制干扰的平衡回路接线法

另外，电压互感器用150Hz电源激磁加压时，由于不能在一次侧测量实际电压，通 常用变比换算，这时应考虑互感器的容升效应，考虑110kV互感器容升为8％，220kV互 感器容升为15%。 2.2现场试验的实施

2.2.1局部放电试验前准备工作

⑴填写工作票，编写作业控制卡、质量控制卡，办理工作许可手续；

30

⑵向工作班成员交待工作内容、人员分工、带电部位和现场安全措施，进行危险点告知，并履行确认手续后开工；

⑶准备试验用设备、仪器、仪表及工具，所用仪器仪表良好，所用仪器、仪表、工具应在合格周期内；

序号 名 称 1 2 干湿温度计 2500V兆欧表 无局放试验变压器（包括调压器及控制装置、滤波器等）或无局放三倍频试验装置或无局放变频电源装置 局部放电测量系统：局部放电测试仪、测量阻抗、校准方波发生器 耦合电容器 试验导线（包括专用线） 高压无晕导线 塑料带 电源线 安全带 围栏 绝缘杆 均压环 单 位 只 台 数 量 1 1 3 套 1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 套 台 根 根 盘 根 根 根 根 个 1 1 若干 3 1 3 1 3 1 1 ⑷查阅被试互感器的试验资料，各项试验包括油务试验结果合格，互感器油位（或气体压力）指示正常，油浸绝缘的经长途运输颠簸或注油工序之后通常应静置规定的时间后再进行试验。

⑸将被试互感器放电。

⑹检查互感器外壳(如果有)、底座、铁心（如果要求接地）应可靠接地，套管表面应洁净。 ⑺拆除互感器各侧外部接线，外部引线应与线端保持足够的安全距离并固定好。 ⑻试验现场周围装设试验围栏，必要时派专人看守。

⑼抄录铭牌、记录天气情况和温、湿度、安装位置、试验日期。 2.2.2试验设备、仪器的选择

电磁式电压互感器进行局部放电测量时，可选用工频无局放试验变压器直接加压在一次绕组，试验变压器的内部放电量应小于规定的允许水平。

如果励磁电流过大，可采用150Hz或其他合适的频率作为试验电源。现场受条件，试验电压一般可用电压互感器二次绕组自励磁产生，以杂散电容Cs取代耦合电容器Ck，以

31

三倍频试验装置（150Hz）作为试验电源，在次级低压侧读取试验电压时，必须考虑试品的容升电压。当干扰影响测量时，可采用邻近相的互感器接成平衡回路接线。可采用两组二次绕组串联励磁，以减小试验的励磁电流。

测量阻抗的选择，应使被试品的电容和耦合电容器的电容串联后的等值电容在测量阻抗所要求的调谐电容范围内，否则会降低灵敏度，一般互感器的电容量在几百皮法，可选2号或3号阻抗。 2.2.3接线及检查:

①将所用试验设备、仪器仪表的所有接地端子可靠接地。按图22接线时，将一次绕组接地端，各二次绕组一端，与外壳（如果有）、底座一起通过测量阻抗接地。按图23接线时，将一次绕组接地端、各二次绕组一端、外壳（如果有）、底座一起接地，测量阻抗接在耦合电容器低压端子和地之间。平衡回路略。

②按图25(a)回路接线，连接好调压器、试验变压器、耦合电容器、低通滤波器，在被试互感器端部加装均压环。将电源接入，检查所有试验设备、仪表仪器接线正确、指示正确后，操作人员征得试验负责人许可，合上开关，空升加压回路，无异常后，降压至零，断开电源，将试验变压器高压输出接至被试互感器一次绕组线端(A端)，应确保加压引线和周围物体的绝缘距离，必要时用绝缘杆将引线支撑牢固，试验变压器与被试互感器一次绕组、耦合电容器间的高压引线应选用试验电压下无晕的导线。

③将校准方波发生器接入被试互感器两端，选择合适的电荷量注入（通常为50或100pC），进行校准。校准完毕，取下方波发生器。

④用三倍频试验装置进行电压互感器局部放电试验的接线如图29所示。

图29 三倍频试验装置进行电压互感器局部放电试验的接线如图

图中 S1－电源开关 T1－三倍频变压器 T2－调压器 TV－被试电压互感器 V－电压表 A－电流表 L－补偿电抗器 Zm－测量阻抗 PDM－局放测试仪

将一次绕组接地端，与外壳（如果有）、底座一起通过测量阻抗接地，二次绕组一端接地，一个二次绕组接三倍频变压器输出，用来励磁，另一个接补偿电抗器，以补偿容性

32

电流。

对于非接地电压互感器，其试验接线与接地电压互感器一样，但要做两次试验，即轮流地对每一一次绕组端子施加电压，同时另一高压端子与二次绕组一个端子、底座和外壳（如果有）相联结。 2.2.4实施局部放电测量

①检查所有试验设备、仪表仪器接线正确、指示正确，操作人员征得试验负责人许可后，合上电源开关，准备开始升压。升压必须从零（或接近于零）开始，且不可冲击合闸。升压速度在75％试验电压前是可以任意的，自75％试验电压以后开始均匀升压，约每秒2％速率的试验电压上升至试验电压。试验的加压时间程序有两种：一是结合耐压试验进行，即在耐压60s后不将电压回零，直接将电压降至局放测量电压停留60s进行局放测量；如果单独进行局放试验，则先将电压升至预加电压（工频交流耐压值的80％），停留10s后，将电压降至局放测量电压停留60s进行局放测量。

②测量完毕后，迅速均匀降压到零（或1/3试验电压以下），然后断开电源，用放电棒将被试绕组和试验变压器的高压部分接地，并充分放电。

③试验过程应有人监护并呼唱，试验人员在试验中注意力应高度集中，随时警戒异常情况的发生。试验过程中保持观察,若出现异常，应停止试验，查明原因后再继续进行。 ④全部试验结束，应先断开试验电源，用放电棒对被试互感器一次绕组充分放电并接地，再开始拆线，最后拆除接地线。 3.试验标准及判据

①35～110kV互感器的局部放电测量可按10%进行抽测,若局部放电量达不到规定要求应增大抽测比例

②220kV及以上互感器在绝缘性能有怀疑时宜进行局部放电测量 ③局部放电测量时,应在高压侧（包括感应电压）监测施加的一次电压。 ④局部放电测量的测量电压及允许的视在放电量应满足下表中的规定

种类 110kV及以上 35kV 全绝缘结构 分级绝缘结构 测量电压（kV） 1.2Um/3 视在放电量水平（pC） 环氧树脂及其他干式 50 100 100 50 50 100 油浸式和气体式 20 50 50 20 20 50 1.2Um（必要时） 1.2Um 1.2Um/3 1.2Um/3 1.2Um（必要时） 放电量的读取，以相对稳定的最高重复脉冲为准，偶尔发生的较高脉冲可以忽略，但

33

应作好记录备查。试验期间试品不击穿，测得视在放电量不超过允许的限值，则认为试验合格。

八、局部放电测量时的干扰和抑制

(一)局部放电测量时的干扰来源

局部放电测量时的干扰主要有以下几种形式： a.电源网络的干扰。 b.各类电磁场辐射的干扰。

c.实验回路接触不良、各部位电晕及试验设备的内部入电。 d.接地系统的干扰。 e.金属物体悬浮电位的放电。 （二）干扰的抑制

抑制干扰措施很多。有些干扰，在变电所现场要完全消除往往是不可能的。实际试验时只要将干扰抑制在某一水平以下，能有效测量试品内部的局部放电就可以了。这在很大程度上取决于测试者的分析能力和经验。

干扰将会降低局部放电试验的检测灵敏度，试验时，应使干扰水平抑制到最低水平。 a.电源干扰。检测仪及试验变压器所用的电源是与低压配电网相连的，配电网内的各种高频信号均能直接产生干扰。因此，通常采用屏蔽式电源隔离变压器及低通滤波器抑制，效果甚好。

b.接地干扰。试验回路接地方式不当，例如两点及以上接地的接地网系统中，各种高频信号会经接地线耦合到试验回路产生干扰。这种干扰一般与试验电压高低无关。试验回路采用一点接地，可降低这种干扰。

c.电磁辐射干扰。邻近高压带电设备或高压输电线路，无线电发射器及其它诸如可控硅、电刷等试验回路以外的高频信号，均会以电磁感应、电磁辐射的形式经杂散电容或杂散电感耦合到试验回路，它的波形往往与试品内部放电不易区分，对现场测量影响较大。其特点是与试验电压无关。消除这种干扰的根本对策是将试品置于屏蔽良好的试验室。采用平衡法、对称法和模拟天线法的测试回路，也能抑制辐射干扰。

d.悬浮电位放电干扰。邻近试验回路的不接地金属物产生的感应悬浮电位放电，也是常见的一种干扰。其特点是随试验电压升高而增大，但其波形一般较易识别。消除的对策一是搬离，二是接地。

e.电晕放电和各连接处接触放电的干扰。电晕放电产生于试验回路处于高电位的导电

34

部分，例如试品的法兰、金属盖帽、试验变压器、耦合电容器端部及高压引线等尖端部分。试验回路中由于各连接处接触不良也会产生接触放电干扰。这两种干扰的特性是随试验电压的升高而增大。消除这种干扰是在高压端部采用防晕措施(如防晕环等)，高压引线采用无晕的导电圆管，以及保证各连接部位的良 好接触等。

f.试验变压器和耦合电容器内部放电干扰。这种放电容易和试品内部放电相混淆。因此，使用的试验变压器和耦合电容器的局部放电水平应控制在一定的允许量以下。

九、识别干扰的基本依据

识别干扰的基本依据局部放电试验的干扰是随机而杂乱无章的，因此难以建立全面的识别方法，但掌握各类放电时的时间、位置、扫描方向以及电压与时间关系曲线等特性，有助于提高识别能力。

a.掌握局部放电的电压效应和时间效应。局部放电脉冲波形与各种干扰信号随电压高低、加压时间的变化具有某种固有的特性，有些放电源(干扰源)随电压高低(或时间的延长)突变、缓变，而有些放电源却是不变的，观察和分析这类固有特性是识别干扰的主要依据。

b.掌握试验电压的零位。试品内部局部放电的典型波形，通常是对称的位于正弦波的正向上升段，对称地叠加于椭圆基线上，而有些干扰(如高电位、地电位的尖端电晕放电)信号是处于正弦波的峰值，认定椭圆基线上试验电压的零位，也有助于波形识别。但须指出，试验电压的零位是指施加于试品两端电压的零位，而不是指低压励磁侧电压的零位。目前所采用的检测仪中，零位指示是根据高压电阻分压器的低压输出来定的，电阻分压器的电压等级一般最高为50kV。根据高电位、地电位尖端电晕放电发生在电压峰值的特性，也可推算到试验电压的零位，只要人为在高压端设置一个尖端电晕放电即可认定。高压端尖端电晕放电的脉冲都严格地叠加于正弦波的负峰值。

图30 椭圆基线扫描方向识别

c.根据椭圆基线扫描方向。放电脉冲与各种干扰信号均在时基上占有相应的位置(即反映正弦波的电角度)，如前所述，试品内部放电脉冲总是叠加于正向(或反向)的上升段，根据椭圆基线的扫描方向，可确定放电脉冲和干扰信号的位置。方法是注入一脉冲(可用

35

机内方波)，观察椭圆基线上显示的脉冲振荡方向(必要时可用X轴扩展)即为椭圆基线的扫描方向，从而就能确定椭圆基线的相应电角度，如图30所示。

d.整个椭圆波形的识别。局部放电测试，特别是现场测试，将各种干扰抑制到很低的水平通常较困难。经验表明，在示波屏上所显示的波形，即使有各种干扰信号，只要不影响识别与判断，就不必花很大的精力将干扰信号全部抑制。

十、局部放电的基本图谱

36

37

38

39

40