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1、中国矿业大学2013-2014学年第一学期电气工程专业专业综合实践分析报告实践项目专题 高电压局部放电实验 a 班 级 a姓 名 学 号 成 绩 a中国矿业大学信电学院2013年 12 月 5 日1 / 11综合实训 局部放电数字化测量1、训练目的该创新型实训目的在于使学生在查阅文献过程中，了解局部放电及其数字化测量的国内外发展现状，通过实验验证使学生掌握局部放电数字化测量的基本技能和实验数据分析的基本方法，培养学生严肃认证和实事求是的科学作风，启发他们的创新性思维，提高学生分析问题和解决工程技术问题的初步能力，为今后的科研工作和生产实践奠定基础。2、预习要求(1)阅读高电压技术以及在线监测与
2、故障诊断等相关教材中有关局部放电的基本理论以及局部放电的检测方法，特别是脉冲电流法的基本原理；(2)搜索目前国内外关于局部放电的研究现状，了解局部放电研究的重点、难点及其发展动态；(3)阅读局部放电测量标准IEC 60270：2000。 3、实验主要仪器设备1 操作控制箱TY 输入220V，输出0250V（AC），5kVA 2 高压试验变压器B TQSB（JZC）6/50型，输入0200V，输出050kV，6kVA 3 被试品三种缺陷模型（针板、球板和柱板） 4 保护电阻R 水电阻，按0.1/V配置5 罗氏线圈可以用检测阻抗6 耦合电容0.1F 7 局部放电检测仪交流（或两用），量程不低于20
3、0V 8 绝缘油电气绝缘用矿物油 9 绝缘板环氧树脂 4、实验原理 （1）局部放电产生及其危害 局部放电是在场作用下，导体间绝缘仅部分区域被击穿（没有贯穿施加电压的导体之间）的电气放电现象。 电气设备绝缘的薄弱部位或生产过程中绝缘产生的缺陷在高电场作用下发生局部放电是高压技术中普遍存在的问题，在一定的条件下，它会导致绝缘劣化、甚至击穿，主要表现为：绝缘内气体的击穿或小范围内固体或液体介质的局部击穿、绝缘表面放电或闪络以及金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等。 局部放电能量一般很小，所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度，但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱
4、的放电将产生累积效应将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。 （2）局部放电检测及其作用 按照放电类型来分，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。伴随局部放电会产生许多现象，有些是电气的，有些是非电气的，为此我们可以依据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光及分解物等，对设备进行绝缘情况的检测；测量局部放电的方法很多，但总的来说可分为电测法和非电测法两大类。因此对设备的局部放电信号进行监测，能够得到与绝缘性能相关的信息，并揭示其内部缺陷的类型和位置。5、实验内容 （1）制作三种典型的人工缺陷局部放电模型（针板、柱
5、板和球板模型），见图1； 图一 局部放电缺陷模型（2）利用传统局部放电测试仪器记录不同模型的分度系数，放电起始电压、放电熄灭电压及视在放电量等； （3）任选一种软件(Matlab,VB,VC,Labview)绘制局部放电图谱； （4）任选三种局部放电图谱，分别构建其局部放电统计特征参量，并编程进行提取。6、实验方法 （1）放电缺陷制作及放电电压确定 根据图1所示，制作三种放电模型并浸入矿物油中，分别模拟电晕、沿面和气隙放电，其模型实测外观见图2。 图2 放电模型实测外观图然后将其分别连接到图3所示的电路中；分别测量每种缺陷放电的起始电压、熄灭电压，并记录结果在表1中，每次试验测量10个值，取其
6、平均值作为其最终值；同时测量系统的分度系数。图3 实验原理图表1 放电记录表电极类型： 矿物油型号： 分度系数： 环境温度： 序号12345678910均值起始电压熄灭电压（2）放电信号采集 若采用示波器采集信号，按以下步骤： 阅读注意事项，按照图3进行接线； 打开示波器，观察背景噪声并记录； 实验变压器缓慢升压，升压过程中观察示波器，当产生稳定的局部放电信号后停止加压； 通过示波器观察局部放电信号的特点，并采集500周期的放电数据。 若采用采集卡采集信号，按以下步骤： 阅读注意事项，待检查按照图3进行接线无误后，打开桌面上快捷方式PDversion2，运行程序，进行上电测量；将采集通道、采集
7、模式和触发设置分别设置好后（其中采集通道的设置需根据信号通道的实际接入情况进行设置），按下“采集”按钮，即可进行采集，采集完成后，采集得到的最后一次原始信号将显示在原始信号视图的第一个图中。第一个信号视图显示的是最后一次采集得到的原始信号，按下“去噪”按钮；第二个图将显示原始信号去噪后的信号视图，按下“包络”按钮，第三个图将显示去噪后的信号的包络，原去噪后的信号图被覆盖。按下“大显示”按钮后，将弹出两个大的信号视图分别显示放大后原始信号和对应的包络。 放电谱图视图说明：谱图显示的是最大放电幅度对相位分布，谱图2显示的是放电次数对放电幅度分布，谱图3显示的是平均放电幅度对相位分布，谱图4显示的是
8、放电次数对相位分布，谱图5显示的是由放电幅度、放电次数和放电相位构成的三维谱图。 其中“数据预处理选项”主要功能是对原始信号、去噪信号和包络信号进行大图显示和数据保存，需要说明的是，显示和保存的都将只是采集到的最后一个工频周期的放电信号。数据保存在excel文件中，原始数据本应为一维数组，但考虑到数据量较大，以一维数组形式无法进行保存，故分成100列进行保存，数据顺序应为由上至下，由左至右。 “PRPD谱图处理”选项的主要功能是进行谱图的显示和谱图数据的保存，用户可以根据需要选择所需要显示的谱图进行显示和数据保存。数据都将保存在excel文件中，其中三维谱图数据以二维数组的形式保存于excel
9、文件中，其余都只以一维数组的形式保存在excel文件中。 至于谱图图形文件的保存，可以选择fig图形中“file”里面的“save”进行保存。 7、思考题 （1）实验过程中如何确定局部放电的试验电压？ 因为波形可能严重畸变，使峰值与真有效值电压之间的幅值关系不是 2倍的倍数关系，可能造成一次绕组实际电压峰值过高，造成试品损坏必须在 被试品的高压侧接峰值电压表监测电压（2）在一个正弦周期中，不同类型的局部放电信号有何特点？ 局部放电是由于电气设备绝缘内部存在的，在一定外施电压下发生的局部的和重复的击穿和熄灭现象。随着绝缘内部局部放电的发生，将伴随着如光、热、噪音、电脉冲、介质损耗的增大和电磁波放
10、射等现象的发生。这种放电可能出现在固体绝缘的空穴中，也可能在液体绝缘的气泡中，或不同介电特性的绝缘层间，或金属表面的边缘尖角部位。所以以放电类型来分，大致可分为绝缘材料内部放电、表面放电及电晕放电。（1）内部放电在电气设备的绝缘系统中，各部位的电场强度往往是不相等的，当局部区域的电场强度达到电介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这种放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，发生在绝缘体内的称为内部局部放电。（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
11、能出现在导体和介质弯角表面处，见图3-3。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。图3-3 介质表面出现的局部放电（3）电晕放电 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，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。8、实训报告要求1、记录实验日期、天气情况、环境温度和湿度、大气压力等；实验日期天气情况环境温度湿度大气压力2013.11.15晴/多云16 / 62、阐述绝缘局部放电的产生机理，并分析
12、其干扰产生的原因及其相应抑制措施；答：局部放电可能发生在导体周围也可能发生在绝缘体的表面或内部发生在表面的称为表面局部放电发生在内部的称为内部局部放电。以空气为基本散热和绝缘的干式变压器中它的绝缘系统是由各种不同材料、不同几何形状和尺寸组成的复合绝缘它们各自在外施电压作用下所承受电场强度是不同的这种不均匀性是客观存在的。于是在绝缘体内部或表面就会出现某些区域的电场强度高于平均电场强度某些区域的电场强度低于平均场强在高于平均电场强度的某些区域就会首先发生放电而其它区域仍然保持绝缘的特性这就形成了局部放电。干扰的来源可分为两大类：一是与电源电压有关的干扰，二是与电源电压无关的干扰。与电源电压无关的
13、干扰相对比较广泛，但一般影响较小，主要指无线电广播、临近电路中开关动作、整流电机、高压试验场中的冲击发生器放电等；而与电源电压有关的干扰通常随试验电压的增加而增加，如高压测试验变压器中的局部放电、高压连接线及屏蔽罩上的电晕放电、周围金属物接地不良而产生的火花等。对于与电源电压有关的干扰，一般可以从试验回路升至试验电压时测量仪器中的读数检测出来，试验时试品可采用在试验电压下不放电的电容器（或其他的电器）代替，或试品不与高压线路连接。3、根据采集的数据，采用matlab重现试验所得的局部放电信号。答：matlab程序time, volt=xlsread(c:matlabworknine team,
14、sheet1,a24:b20062);plot (time, volt)附图如下：局部放电信号重现4、根据采集的局部放电信号，对其进行去噪处理，并理解局部放电相位分布模式(PRPD),分别构建最大放电量（QMAX）、平均放电量（QAVE）和放电次数（n）关于相位（）的二维PRPD图谱，同时提取相应的局部放电统计特征量；进而仿真局部放电过程。选做（10）采用matlab，构建放电次数关于相位的二维PRPD图谱n-，编程提取该图谱的偏斜度Sk；答：将数据导入matlab后，调用M文件Untitled1.m放电次数关于相位的二维PRPD图谱n-sk = 96.75665、综合利用物理、化学、工程电介
15、质以及气体放电理论，简要分析局部放电对绝缘的破坏。答：局部放电对绝缘设备的破坏要经过长期、缓慢的发展过程才能显现。通常情况下局部放电是不会造成绝缘体穿透性击穿的，但是却有可能使机电介质的局部发生损坏。如果局部放电存在的时间过长，在特定的情况下会导致绝缘装置的电气强度下降，对于高压电气设备来讲是一种隐患。9、实验注意事项 (1)实验时要远离高压设备，站在安全距离以外； (2)加压要缓慢进行且不宜过高，保证放电现象明显即可； (3)调压与观测信号与密切配合，遇有异常要跳闸； (4)实验过程中请将手机关闭，以免对信号测试带来影响； (5)实验结束后关掉电源，并将实验设备摆放整齐。10 实验小节: 局
16、部放电是发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，这种放电能量很小所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。但若电气设备在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱的放电将产生累计效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化，并使局部缺陷扩大，最后导致绝缘击穿，传统的试验方法很能发现局部放电缺陷，因此测试电气设备的局部放电是预防电气设备故障的一种好方法。附件Matlab绘制二维图谱及计算偏斜度的代码：vlot=PD_out(:,2);phase=PD_out(:,1);n=zeros(1,360);a=1:360;for i=1:2625 pp = ceil(phase(i); n(pp)=n(pp)+1;endplot(a,n)n_a=sum(n)/360;sk=0;for i=1:360 sk=sk+(n(i)-n_a)2/360;endsk 友情提示：方案范本是经验性极强的领域，本范文无法思考和涵盖全面，供参考!最好找专业人士起草或审核后使用。