直流局部放電測(cè)試技術(shù)在電容器老化判斷中的應(yīng)用

摘要

本文在有較強(qiáng)環(huán)境干擾情況下通過(guò)對(duì)電容器進(jìn)行一系列直流局部放電試驗(yàn)，比較不同工作壽命的同批電容器的局部放電信號(hào)的典型差異，初步得出不同工作壽命的電容器的直流局部放電最大放電量和放電次數(shù)有較明顯的差異。

1 前言

高壓儲(chǔ)能電容器放電單元的關(guān)鍵器件，在軍事和民用兩方面都有重要用途，僅僅通過(guò)打耐壓等定性檢測(cè)手段已不能滿足實(shí)際的需求，實(shí)際上許多耐壓合格的高壓電器仍然存在于正常工作條件工作條件下絕緣破壞導(dǎo)致工作失效的現(xiàn)象。局部放電(PD)是在高壓電氣設(shè)備絕緣的某些薄弱環(huán)節(jié)中，在局部強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生的一種微弱放電現(xiàn)象，即絕緣介質(zhì)尚未發(fā)生破壞性擊穿，只有部分區(qū)域發(fā)生放電。發(fā)生局部放電說(shuō)明電介質(zhì)在局部點(diǎn)不夠均勻或存在絕緣介質(zhì)老化現(xiàn)象，因此記錄局部放電的特性，就能評(píng)價(jià)各種絕緣裝置的質(zhì)量，并能揭示其局部缺陷和預(yù)測(cè)貯存壽命。這些局部缺陷，實(shí)際上不可能通過(guò)普通高壓實(shí)驗(yàn)或某種典型特性(如介質(zhì)損耗角正切、絕緣電阻、耐壓強(qiáng)度、漏電流等)來(lái)定量判定的。而局部放電的指紋參量一般可與高壓電器絕緣缺陷的大小很好的相互印證這樣可以較準(zhǔn)確的判斷高壓電器的絕緣缺陷情況和工作壽命，改變過(guò)去只能定性判斷我所高壓器件絕緣狀況和不能預(yù)測(cè)工作壽命的局面，但對(duì)于不同的高壓器件或絕緣裝置這些指紋參量可能各不相同，需要大量局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)來(lái)研究判斷和歸納總結(jié) 。

2直流局放的特征與測(cè)試技術(shù)。

2.1直流局放的特征

直流局部放電與交流局部放電相比存在一些明顯的差別。根據(jù)文獻(xiàn)6中圖1，圖2絕緣中局部放電模型可以推斷，直流局部放電與交流局部放電有較大差異;這是由于發(fā)生交流局放時(shí)絕緣中場(chǎng)強(qiáng)E的分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比;發(fā)生直流局放時(shí)絕緣中場(chǎng)強(qiáng)E 的分布與介質(zhì)的電阻率成正比。由于一般絕緣中介質(zhì)的介電常數(shù)大于摻入物( 絕緣中的異物，如氣泡等)的介電常數(shù)，介質(zhì)的電阻率大于摻入物的電阻率，而介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般大于摻入物的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，因此直流局部放電起始局放電壓比交流局放高得多，發(fā)生的次數(shù)比交流局部放電發(fā)生的次數(shù)少許多，而且放電電荷也少得多，因此測(cè)試信號(hào)強(qiáng)度低，易被噪聲信號(hào)淹沒(méi)，這給直流局部放電測(cè)試帶來(lái)很大的困難。

2.2直流局放的測(cè)試技術(shù)

局部放電的測(cè)試都是以局部放電所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象為依據(jù)，通過(guò)能表述該現(xiàn)象的物理量的測(cè)量來(lái)表征局部放電的狀態(tài)。因此測(cè)試的方法很多，有脈沖電流法( 測(cè)試兩端電荷的變化)，電橋法+測(cè)試放電能量損耗)，無(wú)線電干擾電壓法( 測(cè)試放電產(chǎn)生的無(wú)線電干擾電壓)，以及許多非電檢測(cè)法( 測(cè)試局部放電所產(chǎn)生的聲、光、熱、以及放電生成物等)。其中脈沖電流法的靈敏度最高，而且可以分別測(cè)得放電量、放電重復(fù)率、平均電流以及放電能量等，是最基本最廣泛采用的一種方法。根據(jù)測(cè)試回路的特點(diǎn)，脈沖電流法又分為“ 直測(cè)法”和“ 平衡法”兩種。本文即采用脈沖電流測(cè)試法中的直測(cè)法，即直接測(cè)試局部放電所產(chǎn)生的脈沖電流在檢測(cè)阻抗兩端響應(yīng)的脈沖電壓，測(cè)試回路見圖!。圖!屬于并聯(lián)檢測(cè)回路，耦合電容的耐壓比被測(cè)電容器高許多，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生內(nèi)部局部放電，將耦合電容與檢測(cè)阻抗串聯(lián)，這樣電路的檢測(cè)阻抗得到較好的保護(hù)( 相比串聯(lián)回路)。耦合電容的作用是將試品局部放電產(chǎn)生的脈沖信號(hào)耦合到檢測(cè)阻抗上去，經(jīng)選頻放大后由測(cè)試電纜送局部放電測(cè)試儀上進(jìn)行信號(hào)處理。

3直流局放試驗(yàn)

本文應(yīng)用傳統(tǒng)的電脈沖檢測(cè)法對(duì)我所高壓儲(chǔ)能電容器進(jìn)行了局部放電測(cè)試，由于屏蔽措施不具備，對(duì)環(huán)境噪聲采取了回避的辦法，對(duì)信號(hào)的分析以最大放電量和具有一定放電量的放電次數(shù)為準(zhǔn)。測(cè)試接線圖如圖1。

測(cè)試時(shí)我們選取了同一批次同一型號(hào)的新電容器和已進(jìn)行不同放電次數(shù)試驗(yàn)的電容器進(jìn)行直流局部放電對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)于環(huán)境噪聲我們采取回避的方法，即通過(guò)對(duì)比測(cè)試無(wú)局放電容器和待測(cè)高壓儲(chǔ)能電容器的局部放電統(tǒng)計(jì)圖，認(rèn)為環(huán)境噪聲在測(cè)試的一小段時(shí)間內(nèi)是不變的。通過(guò)大量試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)干擾絕大部分集中在固定的區(qū)域，判斷測(cè)試結(jié)果時(shí)我們將該區(qū)域的信息不予考慮，只考慮其余區(qū)域的局部放電信息。圖2給出了新電容器和已經(jīng)進(jìn)行1600 次放電試驗(yàn)的同型號(hào)同批次電容器的局部放電統(tǒng)計(jì)圖，圖的上半部分是測(cè)試當(dāng)時(shí)的環(huán)境噪聲測(cè)試圖，下半部分為電容器局部放電測(cè)試圖。從圖2可以得到以下結(jié)論：

(1)通過(guò)圖形比較，我們能初步判斷儲(chǔ)能電容器的新舊或使用程度，也能判斷出不同電容器的電氣性能的優(yōu)良。

(2)具有一定放電次數(shù)的電容器與同型號(hào)同批次新電容器的局部放電統(tǒng)計(jì)參量有較大的區(qū)別，經(jīng)過(guò)一定壽命試驗(yàn)后，由于電容器的絕緣介質(zhì)老化，其最大放電量和具有一定放電量的放電次數(shù)都比新電容器大許多.

(3)通過(guò)對(duì)已進(jìn)行一定壽命試驗(yàn)的電容器以及不同貯存時(shí)間的同型號(hào)電容器進(jìn)行直流局部放電試驗(yàn)，可以建立最大放電量和具有一定放電量的放電次數(shù)與壽命次數(shù)或貯存時(shí)間的關(guān)系，為電容器的質(zhì)量判斷提供定量依據(jù)。

4結(jié)論

直流局部放電試驗(yàn)是一個(gè)要求很高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們?cè)谄胀▽?shí)驗(yàn)室條件下對(duì)電容器進(jìn)行了一系列局部放電試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明直流局部放電的特征參數(shù)可以比較明顯的區(qū)分不同工作壽命的電容器，為以后的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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