1、局部放電（一）局部放電指紋固體絕緣、空氣中局部放電油中局部放電gis局部放電（二）放電信號的傳播特性（三）放電信號的數學模型（一）局部放電指紋(1)固體絕緣、空氣中局部放電由第二章局部放電的基本特性可知：分類標準：局部放電發生的位置和機理具體分類：(1)絕緣介質內部的局部放電；(2)絕緣介質表面的局部放電；(3)高壓電極尖端的電暈放電。討論主要內容：起始電壓和放電波形（一）絕緣介質內部的局部放電起始放電電壓：當氣隙上電壓升到氣隙擊穿電壓ucb時，施加于試樣兩端的電壓ui為起始放電電壓。按照電路圖計算的起始電壓值與實際測得值往往不完全相符，但差別一般不超過 士15%。放電波形第一組：外加電壓高低

2、的對比通常絕緣介質內部的氣泡放電，在橢圓示波器上可以看到正負半周放電脈沖的圖形基本上是對稱的。在放電初始（外加電壓較低時），局部放電總是出現在試驗電壓瞬時值上升接近90或270的相位上；隨著外加電壓的增高，出現放電脈沖的相位范圍逐漸擴展，甚至可以超過0和180，但在90和270之后的一段相位內不會出現放電脈沖。另外，各次放電大小不等、疏密度不均勻，放電量小的間隔時間短、放電次數多；放電量大的間隔時間長、放電次數較少。如下圖所示： 第二組：靠氣隙一邊的導體是高壓端和接地的對比當氣隙處于金屬（電極）與絕緣介質之間時，橢圓示波圖上的工頻正負半周放電波形是不對稱的。如果靠氣隙一邊的導體是高壓端，則放電

3、的波形是正半周放電大而稀，負半周放電小而密。如圖2.4所示，如果靠氣隙一邊的導體是接地的，則放電波形也反過來，即負半周是大而稀正半周是小而密。這是由于導體為負極性時發射電子容易，氣隙的擊穿電壓ucb降低，因此出現小而密。此處表明：內部局部放電的波形脈沖與氣隙在絕緣內部的位置有關第三組：氣隙內表面電阻高低時對比當氣隙內表面電阻高時，由于放電而產生的電荷只是集中在放電通道所對應的氣隙表面上，而不會均勻分布在氣隙的上下底的整個表面上。因此，在電荷聚集的地方產生很強的電場，使整個氣隙中的電場畸變而產生流柱型放電。當氣隙表面電阻較小時，放電產生的電荷能較快地分散到整個氣隙表面，使氣隙中的電場比較均勻。這

4、時氣隙中的放電屬于碰撞電離（湯姆遜放電）。由于大部分正離子要向負電極移動，運動時間較長（只有少數被負離子中和而消失），故放電波尾較長。圖2.5 絕緣介質內部氣隙放電脈沖波形，（a）氣隙內表面電阻高，（b）氣隙內表面電阻低此處表明：內部氣泡局部放電的波形脈沖受氣隙表面的電阻影響。（二）表面局部放電（實驗室）放電波形在不對稱電極系統中，表面局部放電只發生在一個電極的邊緣，放電波形是不對稱的，如圖2.7所示。當產生邊緣放電的電極是處于高壓時，在正半周出現的脈沖是大而稀，在負半周出現的脈沖是小而密。如果放電的電極接低壓端，不放電的電極接高壓端，則放電圖形的極性也隨之反過來，即負半周出現的脈沖是大而稀，

5、在正半周出現的脈沖是小而密。 如果電極是對稱的，即兩個電極邊緣場強是一樣的，產生放電的概率也基本相同，那么放電的圖形也是對稱的，即正負兩半波的放電基本相同。（與絕緣介質內部放電區別）（三）電暈放電在氣體中，高電壓導體周圍所產生的局部放電稱為電暈。如高壓傳輸線、高壓變壓器等電氣設備的高壓接線暴露在空氣中，都有可能產生電暈放電。電暈放電是在電場極不均勻的情況下，導體附近的電場強度達到氣體的擊穿場強時發生的。在負尖-正板放電系統中交流電場中，電暈放電是不對稱的，電暈放電總是首先出現在負半周，如圖2.8(a)所示；當電壓更高時放電才出現在正半周補充： 負電暈常見，即湯姆孫放電，頻譜低。 正電暈很少，只

6、發生在500kv、220 kv系統中，如變壓器出口隔離開關打開時，會發生這類型的放電，與危險的局部放電很相似，很難區分。（重點學習）資料8給出了空氣中局部放電的脈沖波形及其分析：（1）電暈放電其中（d）為小板換大板后的波形，由此可知： 火花放電脈沖幅值十分大； 這些放電都大約從200ns開始的； 電極極板變大放電明顯加強。尖-尖放電與尖板放電負脈沖波形十分接近當電壓升高到一定程度，也會出現火花放電，此時脈沖上升沿變緩。（2）帶屏障的電暈放電（極板與電極間懸紙）波形特點：升壓過程中負脈沖先出現，正脈沖大而負脈沖小，正脈沖少而負脈沖多。隨著電壓的升高，正脈沖放電次數增加不多，放電量大；負脈沖次數增

7、多，放電量不大。有無紙板對比：1.起始放電不強烈時有無紙板波形相差不大。2.放電強度增加時，有紙板波形會變化，出現多個脈沖且脈沖有很尖的峰如下圖所示，（3）空氣中懸浮放電懸浮放電近似于一種電暈放電，波形和上面相似。（4）空氣中沿面放電1.電極間夾絕緣紙典型放電脈沖波形：正負脈沖同時存在，且波形基本相同；外加電壓升高時，脈沖波形變化不大，幅值變化大，放電次數增加，脈沖間隔變小。當電壓升高到一定值時，一次可以采到2個脈沖。2.電極間夾紙板進行沿面試驗時，其放電波形明顯不同，振蕩幅度變大，典型波形如下：資料9中固體環氧試樣中的局部放電時頻域波形特征：（包含一些重要數據，但其配圖不清楚此處沒附）以上各

8、種不同類型的人工模擬試樣在超寬帶范圍內的共性： 主放電脈沖寬度為納秒級，依此放電持續幾百納秒； 依此放電波形包含多個放電脈沖，脈沖整體呈現衰減趨勢； 局部放電的頻譜廣泛分布在整個測量頻域內，但是特征峰出席的頻率沒有預期那么高，一般均在100mhz以下。 在較低頻率（0-10mhz）和（40-75mhz）范圍內均有特征峰；此樣品在老化與未老化試樣在頻譜上的最大區別是：過熱老化試樣在200mhz左右出席特征峰；在其老化過程中，隨老化時間的增加，主放電脈沖寬度明顯減小，在頻域上，0-15mhz和40-60mhz的特征峰依舊保持，同時在150-200mhz和300-350mhz等頻段內逐漸出現特征峰。

9、資料20給出了空氣中不同試樣的局部放電特征及其與純凈變壓器油中局部放電的對比：（一）空氣中不同試樣的局部放電特征本文采用了4種試樣進行局部放電的試驗研究，包括:(1)人工制備的含助個氣泡的ldpe試樣;(2)人工制備的含多個小氣泡的ldpe試樣;(3)無氣泡的ldpe試樣;(4)經歷了水樹引發試驗后的xlpe試樣(水樹引發條件為5kv, 150小時)。結論：1.完好試樣出現穩定局部放電時，其試驗電壓在約5.4kv,要高于單氣泡試樣和多氣泡試樣的放電電壓2.邊緣放電的特點就表現為局放譜圖具有不對稱性3. 從圖 5-3 中可以觀察到:單氣泡試樣的放電譜圖比較接近絕緣內部放電的脈沖分布特點，即:放電

10、脈沖分布圖形基本是對稱的，而且主要集中在i、iii象限且其放電量是3種試樣中最大的4.從放電譜圖中可以觀察到:含有多個小氣隙的試樣出現穩定局部放電量所對應的放電電壓低于無氣隙試樣而高于含單個大氣泡試樣的放電電壓；，放電脈沖的分布譜圖也不完全對稱，不僅分布在i、iii象限，而且還擴展到ii, n象限（二）試樣在空氣中與在純凈變壓器油中局部放電的對比：1.出現的局部放電的放電電壓明顯的高于空氣中的放電電壓，且同樣的放電電壓下，油中的放電脈沖明顯的少于空氣中的；（lpde試樣）2.（水樹引發試驗的xlpe)在空氣與油中的局部放電圖譜區別：.從圖5-10和圖5-11中可以看出在空氣中和在變壓器油中兩者

11、的譜圖有很大的區別。 產生明顯局部放電的電壓，油中(8kv)要遠高于空氣中(4.1kv)； 空氣中的放電量明顯高于油中的。 是油中測得的局部放電明顯向、象限擴展。這種現象在低壓測量(空氣中，4.1kv)時不十分明顯，而在試驗電壓較高時(油中，8kv)表現的比較明顯；這些都證實了在空氣中存在邊緣效應等因素，使局部放電的放電電壓降低，而且也使最大放電量增大，放電脈沖數明顯增多。(2)油中局部放電資料4中給出了浸油變壓器中各種局部放電的特征：1.內部放電（圓柱-板電極，各介質電極間的氣隙） 其正負半周比較對稱，正半周起始放電強度（0度附近）較大，負半周230度附近放電強度較大； 正半周雖然起始放電強

12、度較大，但實際上，放電次數隨相位推移而增加，在45度左右放電次數最多。 負半周中峰值出現的相位比正半周要早；2.沿面放電（板-板電極） 正負半周對稱性較好，其放電圖成典型的矩形分布。 正負半周放電都出現在峰值附近，在30-120和210-300之間。 放電幅值遠遠大于其他放電。（此類放電強度大）3.油中氣泡放電（油中的大多數放電是從氣泡開始的） 正負半周放電不對稱，負半周放電次數多。4.懸浮電位體放電指紋 放電正半周集中在0-60、120-180，負半周集中在180-240、300-360。（由此可知，其放電集中在過零點的60） 對稱性較好，相位分布較寬，其放電圖成典型的矩形分布。資料8中給出

13、了油中各種局部放電的脈沖波形：（1）油隙放電相對于空氣而言，油隙放電不穩定，（補：臟污電極放電也很不穩定）它與空氣中的尖板放電不同之處在于：油隙中正負脈沖幾乎同時出現，波形基本一致，而且電壓升高，脈沖幅值變化不大。但當升高到一定程度時，脈沖幅值突然增大，正負脈沖波形不再接近，負脈沖頻率變大，而正脈沖波形變得很不規則，持續時間變大。如下圖：（2）油中懸浮放電在電壓升高的過程中，剛開始僅有正脈沖如下圖（a），當電壓繼續升高，幅值變化不大，脈沖出現的頻率會逐漸變大，電壓再升高，幅值會突然增強，并帶有振蕩如下圖（b）：（3）油浸紙板內的氣泡放電波形特點：正負脈沖比較接近，一定電壓范圍內，隨電壓的升高；

14、放電量增大，次數增多，波形變化不大，當電壓達到一定值時，波形會畸變。（4）沿面放電本文提出：對于同一種固體材料，在空氣和油中沿面放電脈沖波形比較接近。資料34給出了油紙絕緣在不同電極下的不同類型的局部放電圖及其特征：注：tests were performed to investigate pd activity in objects having the following configurations:1. needle-plane electrodes2. pseudo-rogowski electrodes (quasi-uniform field):2a on pressboard2

15、b on paper3. cylindrical electrode (with orthogonal and tangential field components):3a on pressboard3b on paper4. air/oil interfacesfig. 1. pd patterns recorded from an electrode configuration consisting of a pseudo-rogowski electrode placed on a pressboard sheet. the ellipse in fig. 1a bounds a cl

16、uster of discharges of surface nature. test voltages: 11 kv, =1.1(left), 18 kv, =1.8 (right). ( is the ratio between applied voltage and pd inception voltage)the figure indicates clearly that pd activity shows a behavior which is typical of pd developing in a short gap bounded by two insulation surf

17、aces 6. some scattered discharges (see ellipse in fig. 1, left), display a nature that is typical of surface discharges (i.e., discharges moved by a tangential field in a practically non-bounded region). these discharges are likely generated at the electrode borders. by increasing the overvoltage, i

18、nternal pd becomes predominant, masking this secondary phenomenon.(a) (b) (d)(c)fig. 2. pd pattern recorded from an electrode configuration consisting of a cylindrical electrode placed on a pressboard sheet. test voltages: (a) 9 kv, v=1, (b) 11 kv, v=1.22 (c) 13 kv, v=1.44 (d) 16.7 kv, v=1.85, immed

19、iately before breakdown.the effect of surface pd was raised by using objects of type 3, i.e., realized using pressboard or paper layers sandwiched between a couple of cylindrical electrodes. results relevant to an electrode of type 3a (realized using pressboard) are reported in fig. 2. indeed, betwe

20、en 13 and 16 kv, surface pd incepted （開始）with significant magnitude and became, in terms of pd amplitude, the dominant phenomenon (the full scales are 4 mv, 10 mv, 20 mv and 5 v for figs 2a, 2b, 2c and 2d, respectively). this phenomenon led, eventually, to puncture the pressboard layer; fig. 4d show

21、s the pd pattern immediately prior breakdown. in fact, visual inspection pinpointed surface burning and a hole in the pressboard outside the area covered by the cylindrical electrode, supporting the speculation（推測） that surface discharges were the cause of breakdown.（a） (b)(c) (d)fig. 3. pd pattern

22、recorded from an electrode configuration consisting of a cylindrical electrode placed on a 6 kraft paper sheets. test voltages: (a) 3 kv, =1, (b) 3.6 kv, =1.2, (c) 6 kv, =2, (d) 14 kv, =4.6 , immediately before breakdown.test object 3b, realized in the same way as test object 3a, but using several p

23、aper layers instead of thick pressboard, did show similar behavior. indeed, close to pdiv, mainly internal pd were observed, while at the largest overvoltage, surface pd were predominant in terms of pd amplitude, see fig. 3. also in this case, pre-breakdown was characterized by a pd amplitude signif

24、icantly larger than the previous recording (10, 15 mv versus 3 v). indeed, fig. 3 reveals a feature of pd internal to paperlayers, i.e., an almost vertical bar at the starting phase of each polarity (see ellipses in fig. 3c). this feature can be helpful in determining whether pd is occurring close t

25、o pressboard or paper layers, thus evaluating their harmfulness.資料47給出了在實驗室內測試了油中紙板內部放電、油中紙板沿面放電、油中懸浮放電、油中氣泡放電和油中尖板放電5 種模型的對應的頻譜圖和放電圖譜。1.放電對應的頻譜圖：2.各個放電對應的放電圖譜：(1) 內部放電選取測試的中心頻率為620mhz 時可得最佳信噪比。試品在較低電壓下就放電, 正負半周的放電幾乎同時產生, 譜圖形狀也十分相似。放電起始時局放脈沖總是先出現在電壓幅值絕對值上升部位的相位上(約90及270處) ; 電壓升高后放電脈沖的相位范圍逐漸擴展, 甚至超過0

26、和180, 但90和270之后的一段相位內沒有放電產生, 電壓升高導致放電幅值增大及放電重復率增加。10 kv 下內部放電對應的二維和三維譜圖見圖4、5。(2) 沿面放電取測試中心頻率580mhz。正負半周的放電電壓幾乎相同, 放電起始時的局放脈沖幅值相差不大。20 kv 下沿面放電對應的二維和三維譜圖見圖6、7。可見正負半周的放電都出現在電壓峰值周圍, 相位在30 120和210 300的區間內, 譜圖形狀呈典型的矩形分布。電壓升高導致局放脈沖幅值增大及放電重復率增加, 而譜圖形狀變化不大。 (3) 懸浮放電選取測試的中心頻率為510mhz, 14 kv 下懸浮放電的譜圖見圖8、9。可見其相

27、位分布很寬, 集中出現0 90、150 270和330 360相位范圍內, 譜圖形狀呈典型的矩形分布。電壓升高導致放電脈沖幅值增大及放電重復率增加, 而譜圖形狀變化不大。(4) 油中氣泡放電將干燥的絕緣紙板(厚1 mm ) 夾在圓柱電極與板電極之間, 浸入變壓器油中。因紙板事先并未浸油, 紙板表面和紙板內部附有較多氣泡, 電極加壓時易發生油中氣泡放電。選取測試的中心頻率為520mhz。其正負半周的放電幾乎在相同電壓下產生,起始放電幅值也相差不大。9 kv 下油中氣泡放電譜圖見圖10、11。可見正負半周的放電都出現在電壓峰值周圍, 在30 140和220 320的區間內, 譜圖形狀呈錐形對稱分布

28、。(5) 油中尖板放電采用尖板電極結構, 將厚1 mm 的油浸紙或紙板緊貼電極, 尖電極與紙板間距為1 mm , 將整個電極系統浸入變壓器油中。選取測試的中心頻率為620mhz, 加壓至10 kv 時出現放電, 16 kv 時針電極尖端出現火花, 32 kv 時紙板擊穿。針尖端出現火花時, 在紙板上留有樹枝狀的炭化痕跡, 這將導致紙板的擊穿電壓降低。連續記錄了從開始放電到紙板被擊穿為止的超高頻放電特性。15 kv 下的放電譜圖見圖12、13。正負半周的放電都出現在電壓峰值周圍, 在60 120和230 300的區間內譜圖形狀呈錐形不對稱分布, 正半周的放電次數和放電幅值比負半周要少得多。電壓升

29、高導致放電量增大及放電重復率增加, 而譜圖形狀變化不大。（3）gis局部放電資料2中給出了gis設備內部缺陷產生局部放電的特征a. gis設備中的導體表面存在突出物，如毛刺、尖角等這種缺陷易發生電暈放電，在穩定的運行電壓下一般不會引發絕緣擊穿，但在沖擊電壓下可能導致絕緣擊穿。發生在導體周圍的電暈放電，由于氣體中的分子是自由移動的，因此gis設備中的電暈放電過程與空氣中的電暈放電相似，在施加電壓的正負峰值附近發生局放脈沖，隨電壓增加，局放脈沖加大，頻度增加。b. gis設備中固體絕緣材料內部的缺陷gis設備中絕緣子內部的氣隙放電在工頻正負兩個半周內基本相同，即正負半周放電指紋基本對稱。放電脈沖一

30、般出現在試驗電壓幅值絕對值的上升部分，放電頻率依賴于所加電壓大小，只有在放電強烈時，才會擴展到電壓絕對值下降部分的相位上，且每次放電的大小不相等。（與上面重復）c. 絕緣子表面的缺陷(如污穢等)有助于表面電荷的增加，可能會形成表面放電，導致絕緣子表面的絕緣劣化，甚至擊穿。其放電特征是:在電流最大相位過零時發生小電荷的局放脈沖，隨電壓上升有不規則的脈沖出現。（實際設備）d. 自由導電微粒和固體導體上金屬突起放電的相位分布有著明顯不同。這個特征通常可以用來區分缺陷的類型。1.固體導體上金屬突起放電由于導電粒子不浮動，其放電特征是:在施加電壓峰值附近發生大局放脈沖，隨電壓上升局放電平不變，頻度增加。2.gis設備中自由導電微粒有積累電荷能力，在交流電壓作用卜，靜電力可使導電微粒在gis筒內跳動，如直立旋轉、舞動運動等。這種運動與放電的出現在很人程度上是隨機的，這一過程與所加電壓人小以及微粒的特性有關。如果一個跳動的微粒接近或運動至gis設備中的高場強區時，伴隨產生的局部放電有可能形成導電通道，造成絕緣擊穿。 其放電特征:在施加電壓峰值附近較大局放脈沖，并發生散開，隨電壓上升，頻度增加，電平無較大變化。相對而言. gis內殘留的金屬碎屑或金屬顆粒產生的各種效應是最為嚴重的，因此，金屬顆粒的放電對gis設各