第5章电力电容器局部放电试验

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1、局部放电及其测量46 第 5 章 电力电容器局部放电试验5.1 电力电容器局部放电的产生和危害电力电容器采用浸渍纸、浸渍薄膜以及浸渍纸和薄膜组合的绝缘结构。与其它绝缘结构相比，电力电容器的重要特点是介质的工作场强特别高，由于局部放电使电容膨胀，早期损坏以及发生爆炸的现象早已引起制造部门和运行部门的重视。例如，在全膜电容器中，介质损耗大大降低， 热击穿可能性下降了，更加突出了电击穿的可能性。因此，在设计制造全膜电容器时，首先应考虑的就是局部放电问题。电容器是由几种介质串联的组合绝缘，在交流电压下，电压分配与各层的电容量成反比，在直流电压下， 电压分配与各层的绝缘电阻成正比，因此组合绝缘的耐电强度

2、与各成分的耐电强度和搭配情况有关。局部放电包括绝缘结构内气隙中的放电和浸渍剂中的局部放电。局部放电可以发生在电容器极下面的绝缘层中，即均匀电场部分所包含的气隙中，也可以发生在极板边缘电场集中处。绝缘中气泡发生放电后，除了产生热， 破坏介质的热稳定性之外，还产生离子或电子对介质的撞击破坏，以及形成臭氧和氮的氧化物，对介质产生化学腐蚀作用。当气隙厚度增加、介质厚度增加或介质的介电常数增加时，均使局部放电场强下降。在理想情况下iE 可以很高，但如果浸渍剂干燥不够，去气不彻底或液体中含有杂质，则会使电场发生畸变，产生电场集中，使iE 下降很多。因此，电容器必须采取严格的真空浸渍。另外，产生放电的原因是

3、过电压的作用使介质内部某处场强过高而产生局部放电。在交流电压作用下， 电容器绝缘中局部放电首先在场强较高的电极边缘产生。用显微镜观察油浸纸局部放电的破坏过程，当电场足够高时、首先在电极边缘上的纸纤维发生断裂，于是电极边缘下的纸发生突起并出现小洞，此后小洞不断扩大延伸到下一层纸，这时部分纤维断裂完全脱离了纸，扩散到油中或沉积在损伤部位，但纸没有炭化，最后多层纸均被损伤，在最薄弱点产生击穿，在击穿通道上生成整齐的炭化边缘。当遇到纸层中弱点时也会贯穿纸层，最后发生击穿。对绝缘材料研究表明，在局部放电作用下寿命是随电场的增加而呈指数式下降的。大量的事实证明，电力电容器内部局部放电是造成电容器膨胀和早期

4、损坏的一个重要原因。5.2 电力电容器局部放电测量参数及技术规定5.2.1 评定电力电容器局部放电的参数目前，在电力电容器局部放电试验中主要有放电量、起始放电电压以及放电熄灭电压等。一、放电量q有的产品 （如耦合电容器）规定， 在测量电压下放电量不超过某一数值为合格；在另一些产品中（如移相、串联等电容器）只规定在测量电压下一定时间内放电量不变大就为合格。放电量 q 随电压作用时间的变化趋势分析是判断试品质量的重要手段，如图5.1 中曲线 a中放电量随电压作用时间变化而增加不多，而曲线b 却增加很多，显然试品a 的质量好于b。第 5 章电力电容器局部放电试验47 b a 30201001020时

5、间(min)放电量q(pC)图 5.1 放电量随施加电压时间的变化(a) 好试品(b) 劣试品二、局部放电起始电压iU 和熄灭电压eU试验电压从不发生局部放电的较低电压逐渐增加，当观察到的放电量超过规定值时，外加电压的最低值为局部放电的起始电压。这里的规定值是随试品容量不同而变化的：当试品容量小于 40nF 时，规定值为3pC；当试品电容大于或等于40nF 时，规定值为)pC(10/5.1xC，其中xC 为试品电容以nF 计。这主要是考虑到脉冲电流法的灵敏度大约是与xC成反比， 因此，xC 大时最小可测放电量就相应增大。电容器技术条件规定，整台电容器做局部放电试验时，施加电压不得超过额定耐受试

6、验电压TU，若起始放电电压iU 高于TU，则不必测量iU ；若TiUU，则应记下iU 值。通常都是TiUU的，因而整台电容器的起始放电电压往往是通过测量元件的起始放电电压来评估的。在第 3 章中已提到， 油纸绝缘中经常会出现在试验电压上升过程测得的放电量q值，比下降过程在同一电压下测得的q值小。使uq曲线呈回滞曲线。电容器油的吸气性能愈差，回滞曲线所围的面积就愈大，放电起始电压与熄灭电压之比就愈大。iU 、eU 和ieUU/比值愈高，说明电容器承受高电压的能力愈强，在过电压作用后能很快恢复而不会造成破坏。一般电容器的ieUU/约为 0.7，neUU/约为 1.151.2(nU为额定电压 )。5

7、.2.2 电力电容器局部放电测量技术规定不同类型的电力电容器对局部放电有不同的要求，主要产品的局部放电试验见表5.1。表 5.1 几种电容器局部放电测试技术规定产品种类预加电压 (kV) 保持电压 (kV) 测量电压 (kV) 测试标准备注并联电容器2.15un, 1s 1.2un, 10min 1.5un, 10min 在后 10min 内不应看到放电量增加un为额定电压串联电容器4.5un, 1s 1.6un, 10min 断路器电容器1.8un, 1s 1.1un, 10min (1) 试验电压应为正弦波，其频率为50Hz 或 60Hz，试验电路应有适当阻尼，以降低由于过渡过程引起的过电

8、压，使电容器达到热平衡后再按表5.1 的加压程序进行试验；局部放电及其测量48 (2) 测试前后测量电容，两次测量值之差应不超过元件中一根熔丝断开所造成的差值；(3) 试验在整台电容器上进行，但如果因被试电容太大，在整台上测局部放电不能得到满意的精度或设备容量不够时，可用模拟的较小电容器进行试验。耦合电容器的局部放电试验应将交流电压施加于叠柱的高压端子和接地端子之间，并从较低电压值迅速增加到预加电压值，加压程序见表5.2。表 5.2 耦合电容器局部放电测量网络接地方式1 预加电压 10s测量电压 1min允许视在放电量（pC）星形点非有效接地1.3un1.1 un2 1002 1.1 un3/

9、10 星形点有效接地0.81.3un1.1 un3/10 注： 1、如果不能分清电容器接入网络的种类，则应取星型点绝缘。2、这些值仅在制造厂和用户双方同意时才有效。表中施加电压时间要大于1min，这是由于刚升到预定电压时，局部放电有时由于有滞后现象不能马上出现，同时电压也还不稳定，所以要延时1min 以后测。5.3 电力电容器局部放电电测法5.3.1 试验电源电力电容器的电容量比一般高压设备如变压器、套管等大得多。因此，测量时试验设备的容量也很大，如测量两台100kvar(接成平衡回路)的试品，设备容量若无补偿装置时，要大于 200kVA。目前单台电力电容器的容量不断增大，单台224kvar

10、的电容器已大批量生产，就要求有更大的设备容量。ILIcILuCuue 图 5.2 L、C 并联时的电容电流和电感电流图 5.3 L、C 串联时电容和电感上的电压为了减少试验变压器的容量，采用补偿电抗器与被试电容器并联或串联组成谐振回路。并联谐振时电抗器通过的电感电流抵消电容电流，这就可以大大减少试验变压器的容量，如图5.2 所示，LI和CI相互补偿，使总电流I 减少。串联谐振时，电感L 和电容器C 两端的电压第 5 章电力电容器局部放电试验49 会大大超过外施电压，见图5.3。采用串联谐振回路，一方面可以在试品的两端得到高电压(试验电压 )，另一方面电源波形也较好(电感起到一定的滤波作用)。同

11、时，这种线路也比较完全，一旦试品击穿，就失去谐振条件，电压就跟随着下降，对仪器也起到了一定的保护作用。脉冲电流法要求试验电源如变压器、电抗器等本身都不放电或只有较小的放电量。不然，这些设备本身的局部放电将给测量带来很大的干扰。5.3.2 测试线路前面所介绍的基本测量回路都可用于电力电容器的测试。但由于电力电容器的容量较大，如果耦合电容器kC 较小，灵敏度更会大大降低。另外，为了提高抗干扰的能力，一般在电力电容器的测试中均采用平衡回路，其线路如图5.4 所示。滤波器L并L串测量仪调压器变压器kCxCmZmZ图 5.4 电力电容器局部放电测试回路5.3.3 测量时应注意的问题一、检测阻抗的选择电力

12、电容器的电容量从几百皮法到几百微法，比其它电工产品电容量的变化范围大，故要准备多个检测阻抗。对不同容量的试品都能使试验电路的电容与检测阻抗的一次电感相匹配，使测试回路的频带能在放大器的频带范围之内。随着电容量增大， 局部放电的测试灵敏度将降低，而电容器所允许的放电量又远比变压器等低得多，所以选配合适全检测阻抗对提高测量灵敏度就显得更为重要了。另外，电力电容器通常有较大的电容电流，并联电容器单台电容电流可能高达数十安培。测量局部放电时，要求检测阻抗能承受较大的电流，在选用检测阻抗时要特别注意这一点，以免烧坏检测阻抗，使设备损坏。 选择检测阻抗的原则是首先考虑检测阻抗所能承受的电流，然后在此基础上

13、尽量使调谐电容与检测阻抗的一次电感相匹配，以提高测试电路的灵敏度。二、对整台电容器测量时应注意的问题1、 要注意区别干扰信号对整台电容器进行局部放电测量时，由于电压较高， 电源变压器、 电抗器及高压引线的放电以及其它部位的放电(出线套管内及引线对壳等处的放电)都与元件介质内部的局部放电混杂在一起， 这时可根据不同的放电波形、放电脉冲的相位及放电波形随加压时间的变化来加以区别，并采取相应的改进措施。在耦合电容器的测试中，由于电压很高， 允许的放电量又很小，所以还要特别注意排除高压引线上的电晕放电干扰，要在产品的高压端戴上防晕罩，同时还要注意排除因金属体处于悬局部放电及其测量50 浮电位造成的放电

14、。2、电容器元件串并联及电容器内部电感对整台电容器测试的影响（1）电容器元件串并联的影响电容器内部是由很多元件串并联组成的，不同产品其串并联数也不同。由试验结果可知，当局部放电发生在某一元件内部时，从该元件两端与从整台电容器两端测得的放电量是不同的，差异主要决定于元件串联结构。例如， 有一台由8 个相同元件串联组成的模拟电容器，每个元件都有一个抽头，顺序为1、2 9，现行取其中第5 个元件进行测量，即将校正脉冲接在 5、6 两个抽头，并将此元件作为试样(即 5、6 两个抽头 )，接到测试回路中，测得放电量为66pC，以后校正脉冲不变(仍然接在5、 6 两个抽头上，而且注入的电荷也不变)，但以整

15、台电容器作为试样， 即将 1、9 两端接到测试回路中，这时测得的放电量为8.5pC。约来原来的1/8。改换其他元件做同样试验，得到的结果都很接近。这一现象不难解释：在整台试验时， 放电只发生在一个元件内，假定一个元件的电容为C，则式 (1 5)中 Cc=C ，Cb=C /7，实际放电量qC为 66pC，在整台电容器两端(1、9 两端 )的视在放电电荷8.2566/8cbb caCCCqq（pC）(5.1) 实际测得的略大一些，这可能是由于各端头的杂散电容的影响。（2）电容器中电感的影响通常测量电容器局部放电时，都是把电容器看作纯电容试品。电力电容器的内部结构比较，其内部连线有电感，引出线也有电感，串并联元件本身也有电感，所以有时不能把它当作纯电容看待。 其中引线电感比元件电感大得多，所以电容器中固有电感主要为与电容相串联的引线电感所决定。电容器的电感一般在0.10.3 H 之间。电容器中固有电感对局部放电测量的影响有两方面：一方面是由于此电感存在，只能从测试回路的频率响应特性，从而影响测量的结果；另一方面是由于局部放电测量时，只能从电容器的外部端头上注入校正脉冲，即电荷不是真正注入到试品电容Cx两端， 而是注入到Cx与电感 L 串联的两端，这样测得的结果与没有电感存在时是有差别的，这些在实际测量中都应做具体分析。