高电压技术.doc

绪 论
学科地位
本课程性质、任务和规定
本课程内容
教材及重要参考书
课程导引
一 学科地位
日本小崎正光专家把最高品质能量形态的电能有关知识和技术体系称为电气－电子工程学，它可理解为图示的三柱组成的体系：

对高电压与绝缘技术可这样理解：电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。
高电压绝缘技术将抓住成为梦之能源的核聚变发电、超导应用、大陆间送电、直流系统、电能储藏、高性能蓄电池等大量课题进一步发展下去。
二 本课程性质、任务和规定
高电压技术是电工学科的一个重要分支，它重要研究高电压、强电场下各种电气物理问题。
本课程是一门重要的专业技术基础课，重要内容涉及：
高压电气绝缘
高压电气实验
电力系统过电压及其保护
在电气工程及自动化工程中具有较强的理论性、实践性的应用价值。
通过本课程的学习，学生应达成以下规定：
获得各种电介质的绝缘特性知识
Ø 提高抗电强度的方法
Ø 了解高电压实验设备原理、实验方法
Ø 掌握波过程的基本理论
具有分析计算供电系统中大气过电压、操作过电压的能力
Ø 学会限制各种过电压的措施
Ø 理解供电系统中绝缘配合的原则
三 本课程内容
涉及课堂、习题、实验三大部分
四 教材及重要参考
教材：赵智大，高电压技术，中国电力出版社， 1999
参考书目
Ø 小崎正光，高电压与绝缘技术，科学出版社，2023
Ø 邱毓昌等，高电压工程，西安交大出版社，1995
Ø 肖如泉，高电压实验工程，清华大学出版社，2023
Ø 文远芳，高电压技术，华中科技大学出版社，2023
张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，2023
五 课程导引
电能与电力系统
电能是现代社会中最重要、最方便的能源。电能具有许多优点，如：
ü 可以方便地转化为其他形式的能量。
如：机械能、热能、光能、化学能等；
ü 输送和分派易于实现；
ü 应用规模灵活。
动力系统、电力系统和电力网示意图如下图所示：

图0-1 动力系统、电力系统和电力网示意图
1890 英国出现从Deptford到伦敦长达45km的10kV输电线路
1891 德国出现从Lauffen到法兰克福长达170km的15kV三相输电线路
电力工业作为能源工业的主力而受到极大重视，在发达家的能源消费比例中，电能占一多半。
电力的大容量和远距离传输，促使电压等级的不断提高。12023来世界上的输电电压提高了100倍。目前我国最高电压等级为750kV。
在高压输电行业中，习惯上称：
Ø 低 压 35kV以下
Ø 高 压 35kV-100kV
Ø 超高压 100kV-1000kV
Ø 特高压 1000kV以上
直流输电
直流电压由于不能运用变压器，所以交流输电最先得到迅速发展
20世纪50年代中期以来，随着各方面的技术的进步，直流输电的优越性逐步得到体现，许多国家又逐步开始发展直流输电。我国多条远距离的西电东送线路即为直流输电线路。
中国电力工业的现状与发展
1980年以来我国发电量平均以9%的年增长率增长。2023年我国年发电量已达16000亿千瓦时。
1996年终我国发电设备装机容量已达2.3亿kW，居世界第二位，2023年达3.53亿kW
我国各大电网现有的变电及配电电压等级为
交流：500kV，220kV，110kV，(66kV)35kV，10kV
Ø 直流：正负500kV
Ø 西北电网电压等级为330kV，220kV，100kV，35kV，10kV
Ø 目前正在着手西北地区750kV输变电工程的设计、实行
高电压、高场强下的特殊问题
绝缘问题
没有可靠的绝缘，高电压高场强甚至无法实现。在一定的电压形式下，必须选择合理的绝缘材料，设计合理的绝缘结构
高电压实验问题
高电压技术是一门工程性很强的学科，实验是必不可少的
高电压实验面临诸如以下问题：
如何产生高压？
Ø 如何对电气设备进行高压实验？
Ø 如何测量高压？
过电压保护问题
电力系统运营过程中，经常会导致比工作电压高得多的电压产生，如：自然界的雷击、电力系统自身操作导致的操作过电压等
为了保护电力系统中的电力设备，必须研究：
Ø 各种过电压的特点及形成条件
Ø 各种保护装置及其保护特性
Ø 电压、绝缘、保护三者之间的绝缘配合
Ø 电磁环境问题
电磁兼容：高电压高场强下各种电磁干扰信号更强，电磁兼容问题也更加突出。
生态效应：研究强电场、强磁场下对生物生活环境

高电压下特殊现象及其应用
高电压学科的特有现象可以举出很多，其中一些已得到应用，并有很好的发展前景，已成为国内外广泛开展研究的方向
静电技术及应用
运用静电技术人们制成静电除尘器，其除尘效率达99%以上
液电效应及应用
液电效应是液体电介质在高电压、大电流放电时随着产生的力、声、光、热等效应的总称。运用此原理可以制成碎石机、铸件清砂装置等，已得到广泛应用
线爆技术及应用
强大的电流通过金属线时，会使金属线熔化、气化、爆炸，可以对难熔金属、难镀材料喷涂，也可用线爆来模拟高空核爆炸或地下核爆炸

脉冲功率技术及应用
脉冲功率技术在许多高科技领域、尖端武器领域得到广泛应用，目前脉冲功率技术正向着高电压、大电流、窄脉冲、高反复率的方向发展。
小 结
高电压技术是一门重要的专业技术基础课；
Ø 随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到 人们的重视；
Ø 高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；
Ø 高电压实验在高电压工程中起着重要的作用。
第一篇电介质的电气强度
电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为
气体介质 液体介质 固体介质
在电气设备中
外绝缘一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘子)联合构成
内绝缘
一般由固体介质和液体介质联合构成
在电气作用下，电介质中出现的电气现象可分为两大类
弱电场—电场强度比击穿场强小得多
极化、电导、介质损耗等
强电场—电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强
放电、闪络、击穿等
第一章 气体放电的基本物理过程
研究气体放电的目的
Ø 了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介 质演变成导体的物理过程
Ø 掌握气体介质的电气强度及其提高方法
电气设备中常用气体介质
空气、压缩的高电气强度气体（如SF6）
第一节 带电粒子的产生和消失
带电粒子在气体中的运动
Ø 带电粒子的产生
Ø 负离子的形成
Ø 带电粒子的消失
一、 带电粒子在气体中的运动
（一） 自由行程长度
当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定向运动（如图1-1所示

各种粒子在气体中运动时不断地互相碰撞，任一粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次数与气体分子的半径和密度有关。
单位行程中的碰撞次数Z的倒数 即为该粒子的平均自由行程长度。
粒子的自由行程等于或大于某一距离x的概率为
(1-1)
： 粒子平均自由行程长度
粒子的自由行程等于或大于某一距离x的概率为

令x= λ ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。
(1-2)
由气体动力学可知，电子平均自由行程长度

式中：
r：气体分子半径
N：气体分子密度

由于
代入(1-2)得到下式：

(1-3)

式中：
p：气压
T：气温
k：波尔兹曼常数
大气压和常温下平均自由行程长度数量级为10-5cm
(1-4)
：带电粒子运动的速度
：电场强度
设
（二）带电粒子的迁移率

比例系数 称为迁移率，它表达单位场强下（1V/m)带电粒子沿电场方向的漂移速度。
电子与离子的迁移率相比较：
电子的平均自由行程长度比离子大得多
Ø 而电子的质量比离子小得多
因此电子更易加速，电子的迁移率远大于离子。
（三）扩散
热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。
气压越低
温度越高
扩散进行得越快
电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。
二、带电粒子的产生
产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。
Ø 激励
当原子获得外部能量，一个或若干个电子有也许转移到离核较远的轨。

道上去，该现象称为激励
Ø 电离能
使基态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需要的最小
一）光电离
当满足以下条件时，产生光电离
(1-5)
式中：
Ø ：光的波长；
Ø ：光速；
Ø ：气体的电离能

光子来源
外界高能辐射线
气体放电自身

光子来源
外界高能辐射线
气体放电自身
（二）热电离
常温下，气体分子发生热电离的概率极小
。

气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m称为该气体的电离度。
下图为空气的电离度m与温度T的关系：

由图所示：
Ø 当t>10000K时，才需考虑热电离；
Ø 当t>20230K时，几乎所有的分子都处在热
电离状态
三）碰撞电离
电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者引起碰撞电离。
电子在场强为E的电场中移过x距离时获得的动能为：

式中
：电子的质量
：电子的电荷量

假如 大于或等于气体分子的电离能 ，该电子就有足够的能量完毕碰撞电离。
由此可得碰撞电离时应满足以下条件
式中：
Ø ：电子的电荷量；
Ø ：外电场强度；
Ø ：电子移动的距离

电子为导致碰撞电离而必须飞越的最小距离为：
式中 为气体的电离电位，在数值上与以eV为单位的 相等

的大小取决于场强E，增大气体中的场强将使 值减少。可见提高外加电压将使碰撞电离的概率和强度增大。
（四）电极表面的电离
当逸出功<<电离能时，阴极表面电离可在下列情况下发生：
· 正离子撞击阴极表面
Ø 光电子发射
Ø 热电子发射
Ø 强场发射
二、 负离子的形成
附着：当电子与气体分子碰撞时，不仅有也许引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，并且也也许会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。
负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起克制作用。
四、带电粒子的消失
带电粒子的消失也许有以下几种情况：
Ø 带电粒子在电场的驱动下做定向运动，在到达 电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；
Ø 带电粒子因扩散而逸出气体放电空间；
Ø 带电粒子的复合。
复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有也许发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合
复合也许发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；
复合也也许发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子
小 结
带电粒子在空气中运动的表征
o 自由行程长度
o 带电离子的迁移率
o 扩散
带电粒子产生和消失的物理过程
光电离
o 热电离
o 碰撞电离
o 电极表面的电离
负离子的形成
电子的附着形成负离子
带电离子的消失

第二篇
电气设备绝缘实验
电气设备进行绝缘实验的必要性：
电力系统的规模、容量不断地扩大，停电导致的损失越来越严重。
Ø 我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，使其满负荷运转，增长发电量。
Ø 绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要因素。
Ø 电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘实验来检查和掌握绝缘的状态和性能
本篇重要内容
本篇重要阐述电气设备绝缘实验的实验设备、实验方法和测量技术。
绝缘实验分为非破坏性实验和破坏性实验两大类。
破坏性实验检查绝缘的电气强度，非破坏性实验检查其他电气性能。
第四章 电气设备绝缘防止性实验
绝缘防止性实验的目的是什么？
绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着的缺陷。
绝缘缺陷类型
Ø 集中性缺陷：裂缝、局部破损、气泡等
Ø 分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等
常见实验项目：测量绝缘电阻，吸取比，泄漏电
流，介质损耗角正切，局部放电，电压分布等

▼

绝缘电阻测试仪
TE571（测量局部放电）

重要电气设备的绝缘防止性实验项目
序号

电气设备

试 验 项 目

测量绝缘电阻
测量绝缘电阻和吸取比

测量泄漏电流
直流耐压实验并测泄漏电流
测量介质损耗角正切
测量局部放电
油的介质损耗角正切
油中含水量分析
油中溶解气体分析
油的电气强度
测量电压分布
交流耐压实验
1
同步发电机和调相机

V

V
V
V

V
2
交流电动机

V

V

V
3
油浸变压器

V
V

V
V
V
V
V
V

V
4
电磁式电压互感器
V

V
V
V
V
V
V

V
5
电流互感器
V

V

V
V
V
V

V
6
油断路器
V

V

V

V
V
V
V

V
7
悬式和支柱式绝缘子
V

V
V
8
电力电缆
V

V

V

V

第一节 绝缘的老化
什么叫绝缘的老化
Ø 绝缘老化的因素有哪些
Ø 电介质的热老化
Ø 电介质的电老化
Ø 其他影响因素
什么叫绝缘的老化？
电气设备的绝缘在长期运营过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。
老化的因素有哪些
热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用
一、电介质的热老化
什么是电介质的热老化？
在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。
温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。
绝缘材料的耐热等级划分
聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯
>180
C
聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶
180
H
聚酯亚胺漆及其漆包线
155
F
聚酯漆；环氧树脂
130
B
酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜
120
E
油性树脂漆及其漆包线；矿物油
105
A
木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶
90
O
绝缘材料
极限温度（℃）
耐热等级

热老化规则：
热老化8℃规则：对A级绝缘介质，假如它们的工作温度超过规定值8℃时，寿命约缩短一半。
相应的对B级绝缘和H级绝缘则分别合用10℃和12℃规则。
介质的老化过程
· 固体介质的热老化过程
受热→带电粒子热运动加剧→载流子增多→载流子迁移→电导和极化损耗增大→介质损耗增大→介质温升→加速老化
Ø 液体介质的热老化过程
油温升高→氧化加速→油裂解→分解出多种能溶于油的微量气体→绝缘破坏
三、 电介质的电老化
什么是电老化？
电老化系指在外加高电压或强电场作用下的老化。
介质电老化的重要因素是什么？
介质中出现局部放电。
局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的因素有：
破坏高分子的结构，导致裂解；
Ø 转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀；
Ø 在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解；
Ø 气隙中如具有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。
各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别：
云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力
Ø 旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料
Ø 有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差
绝缘油的老化因素：
油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体；
Ø 油中的局部放电还也许产生聚合蜡状物，影响散热，加速固体介质的热老化。
三、其他影响因素
Ø 机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电；
Ø 环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。
小 结

Ø 电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后者与老化过程密切相关。
Ø 通过绝缘实验判别其老化限度是十分重要的。
Ø 绝缘老化的因素重要有热、电和机械力的作用 ，此外尚有水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。
Ø 各种因素同时存在、彼此影响、互相加强，加速老化过程。
第二节 绝缘电阻、吸取比、泄漏电流的测量
绝缘电阻 最基本的综合性特性参数。
组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显得吸取现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸取电流。
Ø 吸取比 检查绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。
Ø 泄漏电流 所加直流电压高得多
一、双层介质的吸取现象
为了分析方便，改用电阻R1和R2代替上图中的电导G1和G2。（R1＝1/G1, R2=1 /G2)

讨论因吸取现象而出现的过渡过程
开关S合闸作为时间 的起点，在 的极短时间内，层间电压按下式分布

达成稳态时（ ），层间电压按电阻分派

稳态电流将为电导电流

由于存在吸取象， ， ，在这个过程中的层间电压按下式变化

流过双层介质的电流为

上式中第一个分量为电导电流 ，第二个分量为吸取电流 。
如选用第一个方程式，则

当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2 或两者之和显著减小， 大大增长，而 迅速衰减。
二、绝缘电阻和吸取比的测量
绝缘电阻的表达式

测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t无穷时刻，等于两层介质绝缘电阻的串联值。
Ø 通常所说的绝缘电阻均指吸取电流衰减完毕后的稳态电阻值。
Ø 受潮时，绝缘电阻显著减少， 显著增大， 迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。
对于某些大型被试品，用测“吸取比”的方法来替代

原理：令 和 瞬间的两个电流值的 和 比值。

经接近于稳态绝缘电阻值 大于1,越大表达吸取现象越显著，绝缘性能越好
Ø 吸取比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。

Ø 一般以 作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适，有些变压器的 虽大于1.3，但 值却很低；有些 ，但 值却很高。

Ø 所以应将 值和 值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。
Ø 容量电气设备中，吸取现象延续很长时间，吸取比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再判断。

极化指数 （4－13）
Ø
Ø
Ø 某些集中性缺陷已相称严重，以致在耐压实验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸取比、极化指数却并不低，由于缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述实验结果判断绝缘状态是不够的。

测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表
图4-1是运用手摇式兆欧表测量三芯电力电缆绝缘电阻的接线图，也表达了它的测量原理

兆欧表有三个接线端子：线路端子（L）、接地端子（E）和保护（屏蔽）端子（G）。
被试绝缘接在端子L和E之间，而保护端子G的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈 LA 测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。
四、 泄漏电流的测量
反映绝缘电阻值，但有一些特点：
Ø 加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。
故能发现兆欧表所不能发现的缺陷。
施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。
在电压升到规定的实验电压值后，要保持1min再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电流应保持稳定，且其值很小
图4－2是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线。

泄漏电流实验接线图如图4-3所示
。

其中V为高压整流元件，C为稳压电容，PV2为高压静电电压表，TO为被试品
Ø 注意 ：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管V进行保护。

小 结
绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合特性参数。
电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均有明显的吸取现象，测量吸取比可检查绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。
测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。
第三节 介质损耗角正切的测量
介质的功率损耗 与介质损耗角正切 成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标，测量 值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。
能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容试品中的严重局部性缺陷。
测量 能不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局部性缺陷，应尽也许将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们的 。
其中被试品的等值电容和电阻分别为Cx和Rx;R3为可调的无感电阻；CN为高压标准电容器的电容；C4 为可调电容；R4为定值无感电阻；P为交流检流计。
一、西林电桥基本原理

在交流电压 的作用下，调节 和 ，使电桥达成平衡，即通过检流计P的电流为零，因而

可得

由式（4-15）可写出

式中

可求得试品电容 和等值电阻

介质并联等值电路的介质损耗角正切

由于 ，如取 ，
并取 的单位为 ，则简化为

试品电容

西林电桥反接线原理
电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、检流计和屏蔽网均处在高电位，故必须保证足够的绝缘水平和采用可靠的保护措施。

二、 测量的影响因素
（一）外界电磁场的干扰影响
Ø 干扰涉及高压电源和实验现场高压带电体引起的电场干扰。
Ø 在现场测试条件下，电桥往往处在一个相称显著的交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干扰电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。
消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆
（二）温度的影响
Ø 一般来说， 随温度的增高而增大。
Ø 为了便于比较，应将在各种温度下测得的
值换算到20℃时的值。
（三)实验电压的影响

（四）试品电容量的影响
• 对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等）,测量 只能发现整体分不性缺陷，因而用测量介质损耗角正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。

（五）试品表面泄漏电流的影响
测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。
小 结
Ø 测量 值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。
Ø 值的测量，最常用的是西林电桥。
的测量受一系列外界因素的影响。实验中应尽也许采用屏蔽，除污等方法消除这些影响
第四节 局部放电的测量
Ø 绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要因素之一。
Ø 测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的速度和目前的状态。
Ø 局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。
Ø 局部放电检测发展历史及测量方法综述。
Ø 脉冲电流法的测量原理。
Ø 一些局部放电测量仪器。
一、局部放电基本概念
绝缘内部气隙局部放电的等值电路如图4-9所示。

电容上分到的电压 ，气隙放电电压 ，熄灭电压（剩余电压） ，
局部放电的电流变化曲线见图4-10

表征局部放电的参数
p 视在放电量

（4-28）

Ø 其中 为试品电容， 为气隙放电时，试品两端的压降。
q既是发生局部放电时试品Ca所放掉的电荷，也是电容Cb上的电荷增量。（比真实放电量小得多）
放电反复率（ ）
在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数
放电能量（ ）
指一次局部放电所消耗的能量。

（4－32）
其中 Q 为视在放电量， U 为局部放电起始电压。
p 其他参数
• 平均放电电流
• 放电的均方率
• 放电功率
• 局部放电起始电压
• 局部放电熄灭电压

二、局部放电检测方法综述电检测法

声测法

光测法

化学检测法

其他检测法

电检测法，声测法，光测法，化学法，其它法

声检测法
介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周边的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电连续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可达成数MHz。

固体中常用传感器为测震仪（accelerometer）和声发射（Acoustic Emission）传感器。测震仪有着平滑的频率特性，测试频率可达50kHz以上。声发射传感器有多个频段（30k~1MHz），该传感器有很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号。
Senaco AS100 声传感器
北京亚捷隆测控技术有限公司

噪声检测法的特点
抗电磁干扰能力强
Ø 灵敏度不受试品电容的影响
Ø 能进行复杂设备放电源定位
Ø 在传播途径中衰减、畸变严重
Ø 基本不能反映放电量的大小
实际中一般不独立使用声测法，而将声测法和电测法结合起来使用。
光检测法
采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改变，从而可以测得放电。
光测法只能测试表面放电和电晕放电 ，在现场中光测法基本上没有直接应用。

Ø 将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。
光纤传感器应用

化学分析法
Ø 膜纸绝缘介质中，常用高性能液体色谱分析法（HPLC）判断介质老化情况。
在电力变压器中，油色谱分析（DGA）方法是一 种简朴、经济、有效的变压器在线监测方法。
p 电气检测法
Ø 脉冲电流法 测量视在放电量
Ø 介质损耗法 西林电桥
p 电气检测法
Ø 脉冲电流法 测量视在放电量
Ø 介质损耗法 西林电桥
脉冲电流法测量原理

电气检测法的发展
Ø 1925年，Schwaiger发现电晕放电的射频特性，由此 发展出RIV局部放电检测法；
Ø 1928年，基于电子束示波器技术，Lioyd和Starr等人设计出平行四边形检测法；
Ø 1954年，首台商用便携式局部放电检测仪由Mole等人研制成功；
1960年，基于平行四边形检测原理，Dakin等人设计出
Ø 1975年，Lemke博士等人设计出商用宽频局放测试仪，测试带宽达成10MHz;
Ø 1978年，Tanaka Okamoto等人采用计算机技术建立数字化局部放电检测仪；
Ø 1981年，Boggs、Fujimoto、Stone等人设计出1GHz超高频局放检测仪；
目前局部放电电检测方法
Ø 脉冲电流法
Ø 无线电干扰电压法（RIV）
Ø 射频检测法（RF）
Ø 介质损耗分析法（DLA）
超高频（UHF）检测法
局部放电测试仪TE571

TWPD-4多通道数字式局部放电综合分析仪
天威新域科技发展有限公司
小 结
Ø 局部放电的检测已成为拟定产品质量和进行绝缘防止性实验的重要项目之一。
Ø 实验内容涉及测量视在放电量、放电反复率、局部放电起始电压和熄灭电压、放电的具体部位。
Ø 表征局部放电的参数重要有：视在放电量、放电反复率、放电能量等。
Ø 随着局部放电会出现多种现象：涉及电、光、噪声、气压变化、化学变化等。
Ø 局部放电的检测方法很多，涉及非电检测和电气检测两大类。
Ø 重要介绍了脉冲电流法的测量原理，此外介绍了噪声检测法、光检测法、化学分析法、超高频检测法等。
第五节 电压分布的测量
Ø 在工作电压的作用下，沿着绝缘结构的表面会有一定的电压分布。
Ø 表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘结构自身的电容和杂散电容
Ø 表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导。
Ø 通过测量绝缘表面上的电压分布亦能发现某些绝缘缺陷。
测量电压分布最合用于那些由一系列元件串联组成的绝缘结构。
以表面比较清洁的悬式绝缘子为例，分析电压分布状况。

Ø 其中 为各元件对地电容， 为各元件与高压 导线之间的电容。
Ø 的影响是导致一定的分流，使最靠近高压导线的那片绝缘子流过的电流最大，因而分到的电压也最大。
Ø 的影响使最靠近接地端的那片绝缘子流过的电流最大，因而电压也最高，其余各片上的电压依次减小。
Ø 由于 ，所以 的影响更大。
为使绝缘子串上的电压分布均匀一些，可采用：
在绝缘子串与导线连接处装设均压金具，它能增大 C1 值 ，有助于补偿 C2 的影响，所以能有效地改善沿串电压分布。
什么是劣化绝缘子或零值绝缘子？
若某一片绝缘子的实测电压低于标准值的一半时，可认定该片为劣化绝缘子。
小 结
本节以表面清洁的悬式绝缘子串为例，分析了其电压分布状况，分析了对地电容和杂散电容的影响。

Ø 测量线路绝缘子串电压分布或检出串中的零值绝缘子，可使用短路叉、可调火花间隙测杆、自爬式检零工具等。
第六节 绝缘状态的综合判断
种种非破坏性实验项目，各具功能，也各有局限性。
必须将各项实验结果联系起来进行综合分析。

当有个别实验项目不合格时，宜用“三比较”办法来解决：
Ø 与同类型设备比较
Ø 在同一设备的三相实验结果之间进行比较
Ø 与该设备技术档案中的历年实验所得数据作比较
第五章 绝缘的高电压实验
什么是绝缘的高电压实验？
在高压实验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运营中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。
特点：
Ø 具有破坏性实验的性质。
Ø 一般放在非破坏性实验项目合格通过之后 进行，以避免或减少不必要的损失。
难点问题：
由于输电电压和相应的实验电压在不断提高，要获得各种符合规定的实验用高电压越来越困难，这是高电压实验技术发展中一方面需要解决的问题。
本章重要内容：
本章介绍产生各种实验电压的高电压设备、各种高电压的测量方法以及绝缘高电压实验的接线和实行方法。
第一节 工频高电压实验
工频高电压实验不仅仅为了检查绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检查绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。
Ø 本节重要介绍工频高电压的产生原理和工频高压实验的基本接线图。
一、工频高电压的产生
Ø 通常采用高压实验变压器或其串级装置来产生。
对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得实验用的工频高电压。
工频高压装置是高压实验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备基础部件。
（一） 高压实验变压器——6特点
实验变压器自身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，实验过程中要严格限制过电压。