國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司聯(lián)合相關(guān)單位研制的國際第1臺基于新型鐵基軟磁復合材料的50赫茲、10千伏/300千乏鐵心電抗器順利通過第三方型式試驗，后續(xù)將在國網(wǎng)江蘇省電力有限公司等單位掛網(wǎng)應用。

據(jù)介紹，傳統(tǒng)硅鋼電抗器因其固有的氣隙結(jié)構(gòu)，導致鐵心中存在漏磁和振動，從而在鐵心和繞組中產(chǎn)生附加損耗，造成局部過熱和噪聲大等問題。這也是世界范圍內(nèi)的一個電網(wǎng)技術(shù)難題。

第1章 局放理論概述（WBTCD-9308出廠試驗局部放電分析儀操作十分方便）

在開始我們的實驗以前，我們首先應該對局部放電有個初步的了解，為什么要測量局部放電？局部放電有什么危害？怎樣準確測量局部放電？有了上述理論基礎(chǔ)可以幫助我們理解測量過程中的正確操作。

一、局部放電的定義及產(chǎn)生原因

在電場作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電，但尚未擊穿，（即在施加電壓的導體之間沒有擊穿）。這種現(xiàn)象稱之為局部放電。局部放電可能發(fā)生在導體邊上，也可能發(fā)生在絕緣體的表面上和內(nèi)部，發(fā)生在表面的稱為表面局部放電。發(fā)生在內(nèi)部的稱為內(nèi)部局部放電。而對于被氣體包圍的導體附近發(fā)生的局部放電，稱之為電暈。由此 總結(jié)一下局部放電的定義，指部分的橋接導體間絕緣的一種電氣放電，局部放電產(chǎn)生原因主要有以下幾種：

電場不均勻。

電介質(zhì)不均勻。

制造過程的氣泡或雜質(zhì)。經(jīng)常發(fā)生放電的原因是絕緣體內(nèi)部或表面存在氣泡；其次是有些設備的運行過程中會發(fā)生熱脹冷縮,不同材料特別是導體與介質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，也會逐漸出現(xiàn)裂縫；再有一些是在運行過程中有機高分子的老化，分解出各種揮發(fā)物，在高場強的作用下，電荷不斷地由導體進入介質(zhì)中， 在注入點上就會使介質(zhì)氣化。

二 、局部放電的模擬電路及放電過程簡介（WBTCD-9308出廠試驗局部放電分析儀操作十分方便）

介質(zhì)內(nèi)部含有氣泡，在交流電壓下產(chǎn)生的內(nèi)部放電特性可由圖1—1的模擬電路(a b c等值電路)予以表示；其中Cc是模擬介質(zhì)中產(chǎn)生放電間隙(如氣泡)的電容；Cb代表與Cc串聯(lián)部分介質(zhì)的合成電容；Ca表示其余部分介質(zhì)的電容。

I——介質(zhì)有缺陷(氣泡)的部份(虛線表示)

II——介質(zhì)無缺陷部份

圖1—1  表示具有內(nèi)部放電的模擬電路

圖1—1中以并聯(lián)有—對火花間隙的電容Cc來模擬產(chǎn)生局部放電的內(nèi)部氣泡。圖1—2表示了在交流電壓下局部放電的發(fā)生過程。

U(t)一一外施交流電壓

Uc(t)一一氣泡不擊穿時在氣泡上的電壓

Uc’(t)一一有局部放電時氣泡上的實際電壓

Vc一一氣泡的擊穿電壓

Y r一一氣泡的殘余電壓   

Us—局部放電起始電壓(瞬時值)

Ur一一與氣泡殘余電壓v r對應的外施電壓

Ir一一氣泡中的放電電流

電極間總電容Cx=Ca＋(Cb×Cc)/(Cb＋Cc)=Ca電極間施加交流電壓 u(t)時，氣泡電容Cc上對應的電壓為Uc(t)。如圖2—1所示，此時的Uc(t)所代表的是氣泡理想狀態(tài)下的電壓（既氣泡不發(fā)生擊穿）。

Uc(t)=U(t)×Cb/Cc＋Cb

外施電壓U(t)上升時，氣泡上電壓Uc(t)也上升，當U(t)上升到Us時，氣泡上電壓Uc達到氣泡擊穿電壓,氣泡擊穿，產(chǎn)生大量的正、負離子，在電場作用下各自遷移到氣泡上下壁，形成空間電菏，建立反電場，削弱了氣泡內(nèi)的總電場強度，使放電熄滅，氣泡又恢復絕緣性能。這樣的一次放電持續(xù)時間是極短暫的，對一般的空氣氣泡來說，大約只有幾個毫微秒(10的負8次方到10的負9次方秒)。所以電壓Uc(t)幾乎瞬間地從Vc降到Vr，Vr是殘余電壓；而氣泡上電壓Uc‘(t)將隨U(t)的增大而繼續(xù)由Vr升高到Vc時，氣泡再—次擊穿，發(fā)生又—次局部放電，但此時相應的外施電壓比Us小，為(Us-Ur)，這是因為氣泡上有殘余電壓Vr的內(nèi)電場作用的結(jié)果。Vr是與氣泡殘余電壓Yr相應的外施電壓，如此反復上述過程，即外施電壓每增加(Us-Ur)，就產(chǎn)生一次局部放電．直到前—次放電熄滅后，Uc’(t)上升到峰值時共增量不足以達Vc(相當于外施電壓的增量Δ比(Us-Ur)小)為止。

此后，隨著外施電壓U(t)經(jīng)過峰值Um后減小，外施電壓在氣泡中建立反方向電場，由于氣泡中殘存的內(nèi)電場電壓方向與外電場方向相反，故外施電壓須經(jīng)(Us+Ur))的電壓變化，才能使氣泡上的電壓達到擊穿電壓Vc，(假定正、負方向擊穿電壓Vc相等)，產(chǎn)生一次局部放電。放電很快熄滅，氣泡中電壓瞬時降到殘余電壓Vr(也假定正、負方向相同)。外施電壓繼續(xù)下降，當再下降(Us-Ur)時，氣泡電壓就又達到Vc從而又產(chǎn)生一次局部放電。如此重復上述過程，直到外施電壓升到反向蜂值一Um的增量Δ不足以達到(Us-Ur)為止。外施電壓經(jīng)過一Um峰值后，氣泡上的外電場方向又變?yōu)檎较?，與氣泡殘余電壓方向相反，故外施電壓又須上升(Us+Ur)產(chǎn)生第—次放電，熄滅后，每經(jīng)過Us—Ur的電壓上升就產(chǎn)生一次放電，重復前面所介紹的過程。如圖1—2所示。

由以上局部放電過程分析，同時根據(jù)局部放電的特點（同種試品，同樣的環(huán)境下，電壓越高局部放電量越大）可以知道：一般情況下，同一試品在一、三象限的局部放電量大于二、四象限的局部放電量。那是因為它們是電壓的上升沿。（第三象限是電壓負的上升沿）。這就是我們測量中為什么把時間窗刻意擺在一、三象限的原因。

三、局部放電的測量原理：（WBTCD-9308出廠試驗局部放電分析儀操作十分方便）

四、局部放電的表征參數(shù)（WBTCD-9308出廠試驗局部放電分析儀操作十分方便）

局部放電是比較復雜的物理現(xiàn)象，必須通過多種表征參數(shù)才能全方位的描繪其狀態(tài)，同時局部放電對絕緣破壞的機理也是很復雜的，也需要通過不同的參數(shù)來評定它對絕緣的損害，目前我們只關(guān)心兩個基本參數(shù)。

視在放電電荷——在絕緣體中發(fā)生局部放電時，絕緣體上施加電壓的兩端出現(xiàn)的脈動電荷稱之為視在放電電荷，單位用皮庫（pc）表示，通常以穩(wěn)定出現(xiàn)的很大視在放電電荷作為該試品的放電量。

放電重復率——在測量時間內(nèi)每秒中出現(xiàn)的放電次數(shù)的平均值稱為放電重復率，單位為次/秒，放電重復率越高，對絕緣的損害越大。

第2章  局放測試的試驗系統(tǒng)接線（WBTCD-9308出廠試驗局部放電分析儀操作十分方便）

在了解了局部放電的基本理論之后，在本章我們的重點轉(zhuǎn)向?qū)嶋H操作，我們先介紹局部放電測試中常用的三種接法，隨后我們再介紹整個系統(tǒng)的接線電路，然后我們再分別介紹幾種典型的試品的試驗線路。

一、局放電測試電路的三種基本接法及優(yōu)缺點。

（1）   標準試驗電路，又稱并聯(lián)法。適合于必須接地的試品。其缺點是高壓引線對地雜散電容并聯(lián)在 CX上，會降低測試靈敏度。

（2）接法的串聯(lián)法，其要求試品低壓端對地浮置。其優(yōu)點是變壓器入口電容、高壓線對地雜散電容與耦合電容CK并聯(lián)，有利于提高試驗靈敏度。缺點是試樣損壞時會損壞輸入單元。

（3）平衡法試驗電路：要求兩個試品相接近，至少電容量為同一數(shù)量級其優(yōu)點是外干擾強烈的情況下，可取得較好抑制干擾的效果，并可消除變壓器雜散電容的影響，而且可做大電容試驗。缺點是須要兩個相似的試品，且當產(chǎn)生放電時，需設法判別是哪個試品放電。

值得提出的是：由于現(xiàn)場試驗條件的限制（找到兩個相似的試品且要保證一個試品無放電不太容易），所以在現(xiàn)場平衡法比較難實現(xiàn)，另外，由于采用串聯(lián)法時，如果試品擊穿，將會對設備造成比較大的損害，所以出于對設備保護的想法，在現(xiàn)場試驗時一般采用并聯(lián)法。

二、采用并聯(lián)法的整個系統(tǒng)的接線原理圖。

該系統(tǒng)采用脈沖電流法檢測高壓試品的局部放電量，由控制臺控制調(diào)壓器和變壓器在試品的高壓端產(chǎn)生測試局放所需的預加電壓和測試電壓，通過無局放藕合電容器和檢測阻抗將局部放電信號取出并送至局部放電檢測儀顯示并判斷和測量。系統(tǒng)中的高壓電阻為了防止在測試過程中試品擊穿而損壞其他設備，兩個電源濾波器是將電源的干擾和整個測試系統(tǒng)分開，降低整個測試系統(tǒng)的背景干擾。

根據(jù)上述原理圖可以看出，局部放電測試的靈敏度和準確度和整個系統(tǒng)密切相關(guān)，要想順利和準確的進行局部放電測試，就必須將整個系統(tǒng)考濾周到，包括系統(tǒng)的參數(shù)選取和連接方式。另外，在現(xiàn)場試驗時，由于是驗證性試驗，高壓限流電阻可以省掉。

三、幾種典型試品的接線原理圖。

（1）電流互感器的局放測試接線原理圖

（2）電壓互感器的局放測試接線原理圖

A．工頻加壓方式接線原理圖

為了防止電壓互感器在工頻電壓下產(chǎn)生大的勵磁電流而損壞，高壓電壓互感器一般采取自激勵的加壓方式。在電壓互感器的低壓側(cè)加一倍頻電源，在電壓互感器的高壓端感應出高壓來進行局部放電實驗。這就是通常所說的三倍頻實驗。其接線原理圖如下：

(3)高壓電容器.絕緣子的局放測試接線原理圖

(4) 發(fā)電機的局放測試接線原理圖

（5）變壓器的局部放電測試接線原理圖

我們僅僅是在原理性的總結(jié)了幾種典型試品的接線原理圖，至于各種試品的加壓方式和加壓值的多少，我們在做試驗的時侯要嚴格遵守每種試品的出廠檢驗標準或交接檢驗標準。

第三章  概述

WBTCD-9308智能局部放電檢測儀是我公司新推向市場的新一代數(shù)字智能儀器，該儀器在原有產(chǎn)品WBJF-2010、JF-2020局放儀的基礎(chǔ)上采用嵌入式ARM系統(tǒng)作為中央處理單元，控制12位分辨率的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)存放在雙端口RAM中。實現(xiàn)從模擬到數(shù)字的跨越。使用26萬色高分辨率TFT-LCD數(shù)字液晶顯示模組實時顯示放電脈沖波形，配備VGA接口，可外接顯示器。與傳統(tǒng)的模擬式示波管顯示局部放電檢測儀相比有以下特點：

1.彩色顯示器，雙色顯示波形，更清晰直觀；

2.可鎖定波形，更方便仔細查看放電波形細節(jié)；

3.自動測量并顯示試驗電源時基頻率，無需手動切換；

4.配備VGA接口，可外接大尺寸顯示器；

5.與示波管相比壽命更長。

6.具有波形鎖定、打印試驗報告功能

本儀器檢測靈敏度高，試樣電容覆蓋范圍大，適用試品范圍廣，輸入單元（檢測阻抗）配備齊全，頻帶組合多（九種）。儀器經(jīng)適當定標后能直讀放電脈沖的放電量。

本儀器是電力部門、制造廠家和科研單位等廣泛使用的局部放電測試儀器。

第四章  主要技術(shù)指標：

1．可測試品的電容范圍： 6PF—250uF。

2．檢測靈敏度（見表一）：

表一

（1）低端：10KHZ、20KHZ、40KHZ任選。

（2）頂端：80KHZ、200KHZ、300KHZ任選。

4、放大器增益調(diào)節(jié)：

粗調(diào)六檔，檔間增益20±1dB；細調(diào)范圍≥20dB。每檔之間數(shù)據(jù)為10倍關(guān)系：如第3檔檢測數(shù)據(jù)為98，則第2檔顯示數(shù)據(jù)為9.8，如在第3檔檢測數(shù)據(jù)超過120，則應調(diào)至第2檔來檢測數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)應乘以10才為實際測量值。

5、時間窗：

（1）窗寬：可調(diào)范圍15°-175°；

（2）窗位置：每一窗可旋轉(zhuǎn)0°- 180°；

（3）兩個時間窗可分別開或同時開。

6、放電量表：

0-100誤差<±3％（以滿度計）。

7、橢圓時基：

（1）頻率：50HZ、或外部電源同步（任意頻率）

（2）橢圓旋轉(zhuǎn)：以30°為一檔，可作360°旋轉(zhuǎn)。

（3）顯示方式：橢圓—直線。

8、試驗電壓表：

精度：優(yōu)于±3％（以滿度計）。

9、體積： 320×480×190（寬×深×高）mm³。

10、重量：約15Kg。

三、系統(tǒng)工作原理：

本機的局部放電測試原理是高頻脈沖電流測量法（ERA法）。

試品Ca在試驗電壓下產(chǎn)生局部放電時，放電脈沖信號經(jīng)藕合電容Ca送入輸入單元，由輸入單元拾取到脈沖信號，經(jīng)低噪聲前置放大器放大，濾波放大器選擇所需頻帶及主放大器放大（達到所需幅值與產(chǎn)生零標志脈沖）后，在示波屏的橢圓掃描基線上產(chǎn)生可見的放電脈沖，同時也送至脈沖峰值表顯示其峰值。

時間窗單元控制試驗電壓每一周期內(nèi)脈沖峰值的工作時間，并在這段時間內(nèi)將示波屏的相應顯示區(qū)加亮，用它可以排除固定相位的干擾。

試驗電壓表經(jīng)電容分壓器產(chǎn)生試驗電壓過零標志訊號，在示波屏上顯示零標脈沖，橢圓時基上兩個零標脈沖，通過時間窗的寬窄調(diào)節(jié)可確定試驗電壓的相位，試驗電壓大小由數(shù)字電壓表指示。

整個系統(tǒng)的工作原理可參看方框圖（圖一）。

四、結(jié)構(gòu)說明

本儀器為標準機箱結(jié)構(gòu)，儀器分前面板及后面板兩部分，各調(diào)節(jié)元件的位置及位置和功能見下圖說明。

1、4：長按改變門窗的位置

2、3：長按改變門窗的寬度

5：時鐘設置按鈕

6：按9號鍵鎖定后再按此鍵，即可打印試驗報告

7：分壓比設置按鈕

8：門開關(guān)，重復按可選擇左右門

9：波形鎖定按鍵

10：橢圓旋轉(zhuǎn)按鈕

11：顯示方式按鈕

12：取消按鈕

A、B、C通道選擇旋鈕與后面板A、B、C測量通道相對應

備注： 如需數(shù)據(jù)導出，步驟如下：

（1）在電腦上安裝好RS232通用串口線驅(qū)動。（驅(qū)動盤里有安裝介紹）及局放試驗報告編輯器軟件。

（2）將串口線和局放儀后面的數(shù)據(jù)接口連接好。   

（3）將需要保存的波形鎖定然后點擊 局放試驗報告編輯器

（4）點擊Start鍵生成鎖定后的數(shù)據(jù)，然后點擊測試報告如下圖所示：

（5）點擊測試報告后則會出現(xiàn)局放試驗報告編輯器可以根據(jù)需要填寫上面的內(nèi)容。

（6）填寫好表格后點擊生成報告數(shù)據(jù)會以Word文檔的形式出現(xiàn)，再將數(shù)據(jù)保存至電腦，如下圖所示：

第五章  操作說明

1、試驗準備：將機器后面板的三個開關(guān)都置于“關(guān)”的狀態(tài)

（1）檢查試驗場地的接地情況，將本儀器后部的接地螺栓用粗銅線（用編制銅帶）與試驗場地的接地妥善相接，輸入單元的接地短路片也要妥善接地。

（2）根椐試品電容Ca，藕合電容Ck的大小，選取合適序號的輸入單元（表一），表一中調(diào)諧電容量是指從輸入單元初級繞組兩端看到的電容（按Cx和Ck的串聯(lián)值粗略估算）。

輸入單元應盡量靠近被測試品，輸入單元插座經(jīng)8米長電纜與后面板上輸入插座相接。

（3）試品接入輸入單元的方法主要有以下幾種：

圖中：Ca——試品    Ck——藕合電容    Z——阻塞阻抗  R3、C3、R4、C4——橋式接法中平衡調(diào)節(jié)阻抗。

（4）在高壓端接上電壓表電阻或電容分壓器，其輸出經(jīng)測量電纜接到后面板試驗電壓輸入插座30。

（5）在未加試驗電壓的情況下，將JF-2006校正脈沖發(fā)生器的輸出接試品兩端。

2、使用步驟

（1）開機準備：將時基顯示方式置于“橢圓”。

（2）放電量的校正：按圖接好線后，在未加試驗電壓之前用LJF-2006校正脈沖發(fā)生器予以校正。

注意：方波測量盒應盡量靠近試品的高壓端。紅端子引線接高壓端。

然后調(diào)節(jié)放大器增益調(diào)節(jié)，使該注入脈沖高度適當（示波屏上高度2cm以下），使數(shù)字表讀數(shù)值與注入的已知電量相符。調(diào)定后放大器細調(diào)旋鈕的位置不能再改變，需保持與校正時相同。

校正完成后必須去掉校正方波發(fā)生器與試驗回路的連接。

（3）測試操作：

接通高壓試驗回路電源，零標開關(guān)至“通”位置，緩緩升高試驗電壓，橢圓上出現(xiàn)兩個零標脈沖。

旋轉(zhuǎn)“橢圓旋轉(zhuǎn)”開關(guān)，使橢圓旋轉(zhuǎn)到預期的放電處于很有利于觀測的位置，連續(xù)升高電壓，注意第1次出現(xiàn)的持續(xù)放電，當放電量超過規(guī)定的很低值時的電壓即為局部放電起始電壓。

在規(guī)定的試驗電壓下，觀測到放電脈沖信號后，調(diào)節(jié)放大器粗調(diào)開關(guān)（注意：細調(diào)旋鈕的位置不能再變動），使顯示屏上放電脈沖高度在0.2~2cm之間（數(shù)字電壓表上的PC讀數(shù)有效數(shù)字不能超過120.0），超過120至需要降低增益檔測量。

注意：本儀器使用數(shù)字表顯示放電量，其滿度值定為100超過該值即為過載，不能保證精度，超過該值需撥動增益粗調(diào)開關(guān)轉(zhuǎn)換到低增益檔。

試驗過程中常會發(fā)現(xiàn)有各種干擾，對于固定相位的干擾，可用時間窗裝置來避開。合上開關(guān)用一個或兩個時間窗，并調(diào)節(jié)門寬位置來改變橢圓上加亮區(qū)域（黃色）的寬度和位置，使其避開干擾脈沖之處，用時間窗裝置可以分別測量產(chǎn)生于兩個半波內(nèi)的放電量。

三倍頻感應法的試驗步驟：將高頻電源接入儀器后面板的高頻電源插座，并將電源開關(guān)置于“開”的位子，其他試驗方式同前試驗。

打印報告：完成試驗后，若需要記錄試驗數(shù)據(jù)，只需要按鎖定按鍵，然后按打印按鈕就可以直接打印試驗數(shù)據(jù)報告。

在國家電網(wǎng)有限公司科技指南項目的支持下，新型工頻電抗器項目組開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能鐵基軟磁復合材料，體電阻率較現(xiàn)有材料有明顯提升，直流偏置磁場下的磁導率、衰減率顯著下降，具有優(yōu)異的抗飽和能力。以新型軟磁復合材料為基礎(chǔ)，通過全新的磁路結(jié)構(gòu)設計，項目組全方位突破了基于鐵基軟磁復合材料的鐵心電抗器無氣隙設計技術(shù)，研制出全新結(jié)構(gòu)的10千伏、百千乏級鐵心電抗器。與同規(guī)格硅鋼電抗器相比，新型工頻電抗器運行工況下噪聲降低3～5分貝，繞組溫升降低5～8開爾文，大幅提高了設備的服役可靠性和環(huán)保水平，為公司在電力設備降噪與可靠運行等領(lǐng)域提供了全新的產(chǎn)品，有助于提升我國在軟磁復合材料應用及電工裝備研發(fā)方面的科研能力和技術(shù)水平。

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