1、第5章 電力電容器局部放電試驗5.1 電力電容器局部放電的產生和危害 電力電容器采用浸漬紙、浸漬薄膜以及浸漬紙和薄膜組合的絕緣結構。與其它絕緣結構相比，電力電容器的重要特點是介質的工作場強特別高，由于局部放電使電容膨脹，早期損壞以及發生爆炸的現象早已引起制造部門和運行部門的重視。例如，在全膜電容器中，介質損耗大大降低，熱擊穿可能性下降了，更加突出了電擊穿的可能性。因此，在設計制造全膜電容器時，首先應考慮的就是局部放電問題。 電容器是由幾種介質串聯的組合絕緣，在交流電壓下，電壓分配與各層的電容量成反比，在直流電壓下，電壓分配與各層的絕緣電阻成正比，因此組合絕緣的耐電強度與各成分的耐電強度和搭配情

2、況有關。局部放電包括絕緣結構內氣隙中的放電和浸漬劑中的局部放電。局部放電可以發生在電容器極下面的絕緣層中，即均勻電場部分所包含的氣隙中，也可以發生在極板邊緣電場集中處。 絕緣中氣泡發生放電后，除了產生熱，破壞介質的熱穩定性之外，還產生離子或電子對介質的撞擊破壞，以及形成臭氧和氮的氧化物，對介質產生化學腐蝕作用。 當氣隙厚度增加、介質厚度增加或介質的介電常數增加時，均使局部放電場強下降。在理想情況下可以很高，但如果浸漬劑干燥不夠，去氣不徹底或液體中含有雜質，則會使電場發生畸變，產生電場集中，使下降很多。因此，電容器必須采取嚴格的真空浸漬。 另外，產生放電的原因是過電壓的作用使介質內部某處場強過高

3、而產生局部放電。在交流電壓作用下，電容器絕緣中局部放電首先在場強較高的電極邊緣產生。用顯微鏡觀察油浸紙局部放電的破壞過程，當電場足夠高時、首先在電極邊緣上的紙纖維發生斷裂，于是電極邊緣下的紙發生突起并出現小洞，此后小洞不斷擴大延伸到下一層紙，這時部分纖維斷裂完全脫離了紙，擴散到油中或沉積在損傷部位，但紙沒有炭化，最后多層紙均被損傷，在最薄弱點產生擊穿，在擊穿通道上生成整齊的炭化邊緣。當遇到紙層中弱點時也會貫穿紙層，最后發生擊穿。 對絕緣材料研究表明，在局部放電作用下壽命是隨電場的增加而呈指數式下降的。大量的事實證明，電力電容器內部局部放電是造成電容器膨脹和早期損壞的一個重要原因。5.2 電力電

4、容器局部放電測量參數及技術規定5.2.1 評定電力電容器局部放電的參數 目前，在電力電容器局部放電試驗中主要有放電量、起始放電電壓以及放電熄滅電壓等。一、放電量q 有的產品（如耦合電容器）規定，在測量電壓下放電量不超過某一數值為合格；在另一些產品中（如移相、串聯等電容器）只規定在測量電壓下一定時間內放電量不變大就為合格。 放電量q隨電壓作用時間的變化趨勢分析是判斷試品質量的重要手段，如圖5.1中曲線a中放電量隨電壓作用時間變化而增加不多，而曲線b卻增加很多，顯然試品a的質量好于b。圖5.1 放電量隨施加電壓時間的變化(a) 好試品 (b) 劣試品二、局部放電起始電壓和熄滅電壓 試驗電壓從不發生

5、局部放電的較低電壓逐漸增加，當觀察到的放電量超過規定值時，外加電壓的最低值為局部放電的起始電壓。這里的規定值是隨試品容量不同而變化的：當試品容量小于40nF時，規定值為3pC；當試品電容大于或等于40nF時，規定值為，其中為試品電容以nF計。這主要是考慮到脈沖電流法的靈敏度大約是與成反比，因此，大時最小可測放電量就相應增大。 電容器技術條件規定，整臺電容器做局部放電試驗時，施加電壓不得超過額定耐受試驗電壓，若起始放電電壓高于，則不必測量；若，則應記下值。通常都是的，因而整臺電容器的起始放電電壓往往是通過測量元件的起始放電電壓來評估的。 在第3章中已提到，油紙絕緣中經常會出現在試驗電壓上升過程測

6、得的放電量值，比下降過程在同一電壓下測得的值小。使曲線呈回滯曲線。電容器油的吸氣性能愈差，回滯曲線所圍的面積就愈大，放電起始電壓與熄滅電壓之比就愈大。、和比值愈高，說明電容器承受高電壓的能力愈強，在過電壓作用后能很快恢復而不會造成破壞。一般電容器的約為0.7，約為1.151.2(為額定電壓)。5.2.2 電力電容器局部放電測量技術規定不同類型的電力電容器對局部放電有不同的要求，主要產品的局部放電試驗見表5.1。表5.1 幾種電容器局部放電測試技術規定產品種類預加電壓(kV)保持電壓(kV)測量電壓(kV)測試標準備 注并聯電容器2.15un, 1s1.2un, 10min1.5un, 10mi

7、n 在后10min內不應看到放電量增加un為額定電壓串聯電容器4.5un, 1s1.6un, 10min斷路器電容器1.8un, 1s1.1un, 10min (1) 試驗電壓應為正弦波，其頻率為50Hz或60Hz，試驗電路應有適當阻尼，以降低由于過渡過程引起的過電壓，使電容器達到熱平衡后再按表5.1的加壓程序進行試驗； (2) 測試前后測量電容，兩次測量值之差應不超過元件中一根熔絲斷開所造成的差值； (3) 試驗在整臺電容器上進行，但如果因被試電容太大，在整臺上測局部放電不能得到滿意的精度或設備容量不夠時，可用模擬的較小電容器進行試驗。耦合電容器的局部放電試驗應將交流電壓施加于疊柱的高壓端子

8、和接地端子之間，并從較低電壓值迅速增加到預加電壓值，加壓程序見表5.2。表5.2 耦合電容器局部放電測量網絡接地方式1預加電壓>10s測量電壓>1min允許視在放電量（pC）星形點非有效接地1.3un1.1 un210021.1 un10星形點有效接地0.8×1.3un1.1 un10注：1、如果不能分清電容器接入網絡的種類，則應取星型點絕緣。 2、這些值僅在制造廠和用戶雙方同意時才有效。表中施加電壓時間要大于1min，這是由于剛升到預定電壓時，局部放電有時由于有滯后現象不能馬上出現，同時電壓也還不穩定，所以要延時1min以后測。5.3 電力電容器局部放電電測法5.3.1

9、 試驗電源電力電容器的電容量比一般高壓設備如變壓器、套管等大得多。因此，測量時試驗設備的容量也很大，如測量兩臺100kvar(接成平衡回路)的試品，設備容量若無補償裝置時，要大于200kVA。目前單臺電力電容器的容量不斷增大，單臺224kvar的電容器已大批量生產，就要求有更大的設備容量。 圖5.2 L、C并聯時的電容電流和電感電流 圖5.3 L、C串聯時電容和電感上的電壓 為了減少試驗變壓器的容量，采用補償電抗器與被試電容器并聯或串聯組成諧振回路。并聯諧振時電抗器通過的電感電流抵消電容電流，這就可以大大減少試驗變壓器的容量，如圖5.2所示，和相互補償，使總電流減少。串聯諧振時，電感L和電容器

10、C兩端的電壓會大大超過外施電壓，見圖5.3。采用串聯諧振回路，一方面可以在試品的兩端得到高電壓(試驗電壓)，另一方面電源波形也較好(電感起到一定的濾波作用)。同時，這種線路也比較完全，一旦試品擊穿，就失去諧振條件，電壓就跟隨著下降，對儀器也起到了一定的保護作用。 脈沖電流法要求試驗電源如變壓器、電抗器等本身都不放電或只有較小的放電量。不然，這些設備本身的局部放電將給測量帶來很大的干擾。5.3.2 測試線路 前面所介紹的基本測量回路都可用于電力電容器的測試。但由于電力電容器的容量較大，如果耦合電容器較小，靈敏度更會大大降低。另外，為了提高抗干擾的能力，一般在電力電容器的測試中均采用平衡回路，其線

11、路如圖5.4所示。圖5.4 電力電容器局部放電測試回路5.3.3 測量時應注意的問題一、檢測阻抗的選擇 電力電容器的電容量從幾百皮法到幾百微法，比其它電工產品電容量的變化范圍大，故要準備多個檢測阻抗。對不同容量的試品都能使試驗電路的電容與檢測阻抗的一次電感相匹配，使測試回路的頻帶能在放大器的頻帶范圍之內。隨著電容量增大，局部放電的測試靈敏度將降低，而電容器所允許的放電量又遠比變壓器等低得多，所以選配合適全檢測阻抗對提高測量靈敏度就顯得更為重要了。 另外，電力電容器通常有較大的電容電流，并聯電容器單臺電容電流可能高達數十安培。測量局部放電時，要求檢測阻抗能承受較大的電流，在選用檢測阻抗時要特別注

12、意這一點，以免燒壞檢測阻抗，使設備損壞。選擇檢測阻抗的原則是首先考慮檢測阻抗所能承受的電流，然后在此基礎上盡量使調諧電容與檢測阻抗的一次電感相匹配，以提高測試電路的靈敏度。二、對整臺電容器測量時應注意的問題1、 要注意區別干擾信號 對整臺電容器進行局部放電測量時，由于電壓較高，電源變壓器、電抗器及高壓引線的放電以及其它部位的放電(出線套管內及引線對殼等處的放電)都與元件介質內部的局部放電混雜在一起，這時可根據不同的放電波形、放電脈沖的相位及放電波形隨加壓時間的變化來加以區別，并采取相應的改進措施。 在耦合電容器的測試中，由于電壓很高，允許的放電量又很小，所以還要特別注意排除高壓引線上的電暈放電

13、干擾，要在產品的高壓端戴上防暈罩，同時還要注意排除因金屬體處于懸浮電位造成的放電。2、電容器元件串并聯及電容器內部電感對整臺電容器測試的影響（1） 電容器元件串并聯的影響電容器內部是由很多元件串并聯組成的，不同產品其串并聯數也不同。由試驗結果可知，當局部放電發生在某一元件內部時，從該元件兩端與從整臺電容器兩端測得的放電量是不同的，差異主要決定于元件串聯結構。例如，有一臺由8個相同元件串聯組成的模擬電容器，每個元件都有一個抽頭，順序為1、29，現行取其中第5個元件進行測量，即將校正脈沖接在5、6兩個抽頭，并將此元件作為試樣(即5、6兩個抽頭)，接到測試回路中，測得放電量為66pC，以后校正脈沖不

14、變(仍然接在5、6兩個抽頭上，而且注入的電荷也不變)，但以整臺電容器作為試樣，即將1、9兩端接到測試回路中，這時測得的放電量為8.5pC。約來原來的1/8。改換其他元件做同樣試驗，得到的結果都很接近。這一現象不難解釋：在整臺試驗時，放電只發生在一個元件內，假定一個元件的電容為C，則式(15)中Cc=C，Cb=C/7，實際放電量qC為66pC，在整臺電容器兩端(1、9兩端)的視在放電電荷（pC） (5.1)實際測得的略大一些，這可能是由于各端頭的雜散電容的影響。（2） 電容器中電感的影響通常測量電容器局部放電時，都是把電容器看作純電容試品。電力電容器的內部結構比較，其內部連線有電感，引出線也有電感，串并聯元件本身也有電感，所以有時不能把它當作純電容看待。其中引線電感比元