電力電容器局部放電試驗(yàn)

1、第5章 電力電容器局部放電試驗(yàn)5.1 電力電容器局部放電的產(chǎn)生和危害 電力電容器采用浸漬紙、浸漬薄膜以及浸漬紙和薄膜組合的絕緣結(jié)構(gòu)。與其它絕緣結(jié)構(gòu)相比，電力電容器的重要特點(diǎn)是介質(zhì)的工作場(chǎng)強(qiáng)特別高，由于局部放電使電容膨脹，早期損壞以及發(fā)生爆炸的現(xiàn)象早已引起制造部門和運(yùn)行部門的重視。例如，在全膜電容器中，介質(zhì)損耗大大降低，熱擊穿可能性下降了，更加突出了電擊穿的可能性。因此，在設(shè)計(jì)制造全膜電容器時(shí)，首先應(yīng)考慮的就是局部放電問(wèn)題。 電容器是由幾種介質(zhì)串聯(lián)的組合絕緣，在交流電壓下，電壓分配與各層的電容量成反比，在直流電壓下，電壓分配與各層的絕緣電阻成正比，因此組合絕緣的耐電強(qiáng)度與各成分的耐電強(qiáng)度和搭配情

2、況有關(guān)。局部放電包括絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)氣隙中的放電和浸漬劑中的局部放電。局部放電可以發(fā)生在電容器極下面的絕緣層中，即均勻電場(chǎng)部分所包含的氣隙中，也可以發(fā)生在極板邊緣電場(chǎng)集中處。 絕緣中氣泡發(fā)生放電后，除了產(chǎn)生熱，破壞介質(zhì)的熱穩(wěn)定性之外，還產(chǎn)生離子或電子對(duì)介質(zhì)的撞擊破壞，以及形成臭氧和氮的氧化物，對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用。 當(dāng)氣隙厚度增加、介質(zhì)厚度增加或介質(zhì)的介電常數(shù)增加時(shí)，均使局部放電場(chǎng)強(qiáng)下降。在理想情況下可以很高，但如果浸漬劑干燥不夠，去氣不徹底或液體中含有雜質(zhì)，則會(huì)使電場(chǎng)發(fā)生畸變，產(chǎn)生電場(chǎng)集中，使下降很多。因此，電容器必須采取嚴(yán)格的真空浸漬。 另外，產(chǎn)生放電的原因是過(guò)電壓的作用使介質(zhì)內(nèi)部某處場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高

3、而產(chǎn)生局部放電。在交流電壓作用下，電容器絕緣中局部放電首先在場(chǎng)強(qiáng)較高的電極邊緣產(chǎn)生。用顯微鏡觀察油浸紙局部放電的破壞過(guò)程，當(dāng)電場(chǎng)足夠高時(shí)、首先在電極邊緣上的紙纖維發(fā)生斷裂，于是電極邊緣下的紙發(fā)生突起并出現(xiàn)小洞，此后小洞不斷擴(kuò)大延伸到下一層紙，這時(shí)部分纖維斷裂完全脫離了紙，擴(kuò)散到油中或沉積在損傷部位，但紙沒(méi)有炭化，最后多層紙均被損傷，在最薄弱點(diǎn)產(chǎn)生擊穿，在擊穿通道上生成整齊的炭化邊緣。當(dāng)遇到紙層中弱點(diǎn)時(shí)也會(huì)貫穿紙層，最后發(fā)生擊穿。 對(duì)絕緣材料研究表明，在局部放電作用下壽命是隨電場(chǎng)的增加而呈指數(shù)式下降的。大量的事實(shí)證明，電力電容器內(nèi)部局部放電是造成電容器膨脹和早期損壞的一個(gè)重要原因。5.2 電力電

4、容器局部放電測(cè)量參數(shù)及技術(shù)規(guī)定5.2.1 評(píng)定電力電容器局部放電的參數(shù) 目前，在電力電容器局部放電試驗(yàn)中主要有放電量、起始放電電壓以及放電熄滅電壓等。一、放電量q 有的產(chǎn)品（如耦合電容器）規(guī)定，在測(cè)量電壓下放電量不超過(guò)某一數(shù)值為合格；在另一些產(chǎn)品中（如移相、串聯(lián)等電容器）只規(guī)定在測(cè)量電壓下一定時(shí)間內(nèi)放電量不變大就為合格。 放電量q隨電壓作用時(shí)間的變化趨勢(shì)分析是判斷試品質(zhì)量的重要手段，如圖5.1中曲線a中放電量隨電壓作用時(shí)間變化而增加不多，而曲線b卻增加很多，顯然試品a的質(zhì)量好于b。圖5.1 放電量隨施加電壓時(shí)間的變化(a) 好試品 (b) 劣試品二、局部放電起始電壓和熄滅電壓 試驗(yàn)電壓從不發(fā)生

5、局部放電的較低電壓逐漸增加，當(dāng)觀察到的放電量超過(guò)規(guī)定值時(shí)，外加電壓的最低值為局部放電的起始電壓。這里的規(guī)定值是隨試品容量不同而變化的：當(dāng)試品容量小于40nF時(shí)，規(guī)定值為3pC；當(dāng)試品電容大于或等于40nF時(shí)，規(guī)定值為，其中為試品電容以nF計(jì)。這主要是考慮到脈沖電流法的靈敏度大約是與成反比，因此，大時(shí)最小可測(cè)放電量就相應(yīng)增大。 電容器技術(shù)條件規(guī)定，整臺(tái)電容器做局部放電試驗(yàn)時(shí)，施加電壓不得超過(guò)額定耐受試驗(yàn)電壓，若起始放電電壓高于，則不必測(cè)量；若，則應(yīng)記下值。通常都是的，因而整臺(tái)電容器的起始放電電壓往往是通過(guò)測(cè)量元件的起始放電電壓來(lái)評(píng)估的。 在第3章中已提到，油紙絕緣中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在試驗(yàn)電壓上升過(guò)程測(cè)

6、得的放電量值，比下降過(guò)程在同一電壓下測(cè)得的值小。使曲線呈回滯曲線。電容器油的吸氣性能愈差，回滯曲線所圍的面積就愈大，放電起始電壓與熄滅電壓之比就愈大。、和比值愈高，說(shuō)明電容器承受高電壓的能力愈強(qiáng)，在過(guò)電壓作用后能很快恢復(fù)而不會(huì)造成破壞。一般電容器的約為0.7，約為1.151.2(為額定電壓)。5.2.2 電力電容器局部放電測(cè)量技術(shù)規(guī)定不同類型的電力電容器對(duì)局部放電有不同的要求，主要產(chǎn)品的局部放電試驗(yàn)見(jiàn)表5.1。表5.1 幾種電容器局部放電測(cè)試技術(shù)規(guī)定產(chǎn)品種類預(yù)加電壓(kV)保持電壓(kV)測(cè)量電壓(kV)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)備 注并聯(lián)電容器2.15un, 1s1.2un, 10min1.5un, 10mi

7、n 在后10min內(nèi)不應(yīng)看到放電量增加un為額定電壓串聯(lián)電容器4.5un, 1s1.6un, 10min斷路器電容器1.8un, 1s1.1un, 10min (1) 試驗(yàn)電壓應(yīng)為正弦波，其頻率為50Hz或60Hz，試驗(yàn)電路應(yīng)有適當(dāng)阻尼，以降低由于過(guò)渡過(guò)程引起的過(guò)電壓，使電容器達(dá)到熱平衡后再按表5.1的加壓程序進(jìn)行試驗(yàn)； (2) 測(cè)試前后測(cè)量電容，兩次測(cè)量值之差應(yīng)不超過(guò)元件中一根熔絲斷開所造成的差值； (3) 試驗(yàn)在整臺(tái)電容器上進(jìn)行，但如果因被試電容太大，在整臺(tái)上測(cè)局部放電不能得到滿意的精度或設(shè)備容量不夠時(shí)，可用模擬的較小電容器進(jìn)行試驗(yàn)。耦合電容器的局部放電試驗(yàn)應(yīng)將交流電壓施加于疊柱的高壓端子

8、和接地端子之間，并從較低電壓值迅速增加到預(yù)加電壓值，加壓程序見(jiàn)表5.2。表5.2 耦合電容器局部放電測(cè)量網(wǎng)絡(luò)接地方式1預(yù)加電壓>10s測(cè)量電壓>1min允許視在放電量（pC）星形點(diǎn)非有效接地1.3un1.1 un210021.1 un10星形點(diǎn)有效接地0.8×1.3un1.1 un10注：1、如果不能分清電容器接入網(wǎng)絡(luò)的種類，則應(yīng)取星型點(diǎn)絕緣。 2、這些值僅在制造廠和用戶雙方同意時(shí)才有效。表中施加電壓時(shí)間要大于1min，這是由于剛升到預(yù)定電壓時(shí)，局部放電有時(shí)由于有滯后現(xiàn)象不能馬上出現(xiàn)，同時(shí)電壓也還不穩(wěn)定，所以要延時(shí)1min以后測(cè)。5.3 電力電容器局部放電電測(cè)法5.3.1

9、 試驗(yàn)電源電力電容器的電容量比一般高壓設(shè)備如變壓器、套管等大得多。因此，測(cè)量時(shí)試驗(yàn)設(shè)備的容量也很大，如測(cè)量?jī)膳_(tái)100kvar(接成平衡回路)的試品，設(shè)備容量若無(wú)補(bǔ)償裝置時(shí)，要大于200kVA。目前單臺(tái)電力電容器的容量不斷增大，單臺(tái)224kvar的電容器已大批量生產(chǎn)，就要求有更大的設(shè)備容量。 圖5.2 L、C并聯(lián)時(shí)的電容電流和電感電流 圖5.3 L、C串聯(lián)時(shí)電容和電感上的電壓 為了減少試驗(yàn)變壓器的容量，采用補(bǔ)償電抗器與被試電容器并聯(lián)或串聯(lián)組成諧振回路。并聯(lián)諧振時(shí)電抗器通過(guò)的電感電流抵消電容電流，這就可以大大減少試驗(yàn)變壓器的容量，如圖5.2所示，和相互補(bǔ)償，使總電流減少。串聯(lián)諧振時(shí)，電感L和電容器

10、C兩端的電壓會(huì)大大超過(guò)外施電壓，見(jiàn)圖5.3。采用串聯(lián)諧振回路，一方面可以在試品的兩端得到高電壓(試驗(yàn)電壓)，另一方面電源波形也較好(電感起到一定的濾波作用)。同時(shí)，這種線路也比較完全，一旦試品擊穿，就失去諧振條件，電壓就跟隨著下降，對(duì)儀器也起到了一定的保護(hù)作用。 脈沖電流法要求試驗(yàn)電源如變壓器、電抗器等本身都不放電或只有較小的放電量。不然，這些設(shè)備本身的局部放電將給測(cè)量帶來(lái)很大的干擾。5.3.2 測(cè)試線路 前面所介紹的基本測(cè)量回路都可用于電力電容器的測(cè)試。但由于電力電容器的容量較大，如果耦合電容器較小，靈敏度更會(huì)大大降低。另外，為了提高抗干擾的能力，一般在電力電容器的測(cè)試中均采用平衡回路，其線

11、路如圖5.4所示。圖5.4 電力電容器局部放電測(cè)試回路5.3.3 測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題一、檢測(cè)阻抗的選擇 電力電容器的電容量從幾百皮法到幾百微法，比其它電工產(chǎn)品電容量的變化范圍大，故要準(zhǔn)備多個(gè)檢測(cè)阻抗。對(duì)不同容量的試品都能使試驗(yàn)電路的電容與檢測(cè)阻抗的一次電感相匹配，使測(cè)試回路的頻帶能在放大器的頻帶范圍之內(nèi)。隨著電容量增大，局部放電的測(cè)試靈敏度將降低，而電容器所允許的放電量又遠(yuǎn)比變壓器等低得多，所以選配合適全檢測(cè)阻抗對(duì)提高測(cè)量靈敏度就顯得更為重要了。 另外，電力電容器通常有較大的電容電流，并聯(lián)電容器單臺(tái)電容電流可能高達(dá)數(shù)十安培。測(cè)量局部放電時(shí)，要求檢測(cè)阻抗能承受較大的電流，在選用檢測(cè)阻抗時(shí)要特別注

12、意這一點(diǎn)，以免燒壞檢測(cè)阻抗，使設(shè)備損壞。選擇檢測(cè)阻抗的原則是首先考慮檢測(cè)阻抗所能承受的電流，然后在此基礎(chǔ)上盡量使調(diào)諧電容與檢測(cè)阻抗的一次電感相匹配，以提高測(cè)試電路的靈敏度。二、對(duì)整臺(tái)電容器測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題1、 要注意區(qū)別干擾信號(hào) 對(duì)整臺(tái)電容器進(jìn)行局部放電測(cè)量時(shí)，由于電壓較高，電源變壓器、電抗器及高壓引線的放電以及其它部位的放電(出線套管內(nèi)及引線對(duì)殼等處的放電)都與元件介質(zhì)內(nèi)部的局部放電混雜在一起，這時(shí)可根據(jù)不同的放電波形、放電脈沖的相位及放電波形隨加壓時(shí)間的變化來(lái)加以區(qū)別，并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。 在耦合電容器的測(cè)試中，由于電壓很高，允許的放電量又很小，所以還要特別注意排除高壓引線上的電暈放電

13、干擾，要在產(chǎn)品的高壓端戴上防暈罩，同時(shí)還要注意排除因金屬體處于懸浮電位造成的放電。2、電容器元件串并聯(lián)及電容器內(nèi)部電感對(duì)整臺(tái)電容器測(cè)試的影響（1） 電容器元件串并聯(lián)的影響電容器內(nèi)部是由很多元件串并聯(lián)組成的，不同產(chǎn)品其串并聯(lián)數(shù)也不同。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)局部放電發(fā)生在某一元件內(nèi)部時(shí)，從該元件兩端與從整臺(tái)電容器兩端測(cè)得的放電量是不同的，差異主要決定于元件串聯(lián)結(jié)構(gòu)。例如，有一臺(tái)由8個(gè)相同元件串聯(lián)組成的模擬電容器，每個(gè)元件都有一個(gè)抽頭，順序?yàn)?、29，現(xiàn)行取其中第5個(gè)元件進(jìn)行測(cè)量，即將校正脈沖接在5、6兩個(gè)抽頭，并將此元件作為試樣(即5、6兩個(gè)抽頭)，接到測(cè)試回路中，測(cè)得放電量為66pC，以后校正脈沖不

14、變(仍然接在5、6兩個(gè)抽頭上，而且注入的電荷也不變)，但以整臺(tái)電容器作為試樣，即將1、9兩端接到測(cè)試回路中，這時(shí)測(cè)得的放電量為8.5pC。約來(lái)原來(lái)的1/8。改換其他元件做同樣試驗(yàn)，得到的結(jié)果都很接近。這一現(xiàn)象不難解釋：在整臺(tái)試驗(yàn)時(shí)，放電只發(fā)生在一個(gè)元件內(nèi)，假定一個(gè)元件的電容為C，則式(15)中Cc=C，Cb=C/7，實(shí)際放電量qC為66pC，在整臺(tái)電容器兩端(1、9兩端)的視在放電電荷（pC） (5.1)實(shí)際測(cè)得的略大一些，這可能是由于各端頭的雜散電容的影響。（2） 電容器中電感的影響通常測(cè)量電容器局部放電時(shí)，都是把電容器看作純電容試品。電力電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較，其內(nèi)部連線有電感，引出線也有電感，串并聯(lián)元件本身也有電感，所以有時(shí)不能把它當(dāng)作純電容看待。其中引線電感比元