赵振扬，赵 丹，郭 铁，朱思彤，赵子健

(国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

随着局部放电检测技术的不断发展，利用其对于设备的绝缘状态进行监测已经成为十分有效的检测方法[1]。电力设备发生绝缘故障的早期多会产生局部放电现象，随着局部放电的发展，会导致绝缘老化。因此，绝缘的局部放电量也用来表征设备的绝缘状况。但随着被试设备电压等级、电容量的增大，耐压试验带局部放电测量对试验设备容量需求也更为严苛，试验设备体积、重量激增，不便移动，为现场局部放电试验测量的开展带来极大困难[2-6]。

冲击耐压试验的特点是作用时间短，即长时间作用的感应耐压试验对于设备的损伤相对较小。在现场应用中，对设备绝缘缺陷诊断与评估时，冲击电压试验能够与耐压试验形成有效互补。目前，冲击电压试验下，主要采用示伤波形比较的方法对局部绝缘故障进行诊断分析，即比较低电压与试验电压下所记录的电流和电压的波形，如果采集到的波形发生了畸变，就可以推断设备发生老化，具有绝缘缺陷[7-9]。

本文选取4种典型缺陷模型，对其施加工频电压，从而进行对比分析，比较冲击电压下的局部放电和工频电压下局部放电的异同之处。

1 冲击电压与工频电压试验平台

冲击试验平台如图1所示。图中1为冲击及振荡电压发生器；2为弱阻尼分压器；3为试品；4为高频电流传感器；5为同轴信号SPD浪涌保护器；6为HFCT放大滤波器；7为冲击及振荡电压局部放电采集系统。

图1 冲击试验平台

交流局部放电试验平台如图2所示。图中1为试验电源工频变压器；2为保护电阻；3为相应电压分压器；且与耦合电容器为一体；4为电压检测单元；5为被试试品；6为高频电流传感单元，其中A和B分别为浪涌保护器和滤波放大单元；7为检测阻抗；8为局部放电检测装置。

图2 冲击电压局部放电试验系统

图3 冲击电压试验平台

冲击电压试验平台的实物如图3所示，其中本体分为3级，每级额定为100 kV，但是由于现场的接地网和相关设备的等级限制，3级总电压为100 kV左右，可以满足试验需求，分压器的分压比为1 436∶1，为了防止电流的反击作用，试验过程中还加装了浪涌电流保护器。

工频试验采用的是无局放250 kV工频试验变压器，通过分压器和耦合电容为一体的分压器测量外施工频交流电压，外施交流电压作用在试品高压电极，地电极经传统检测阻抗，并经过与上述冲击局放试验检测平台一致的高频电流传感器，并接地，检测阻抗和高频脉冲电流传感器输出信号至采集系统[10-15]。

2 冲击电压与工频电压下局部放电试验对比分析

2.1 油纸绝缘平行板油隙

针对油纸绝缘平行板油隙，分别施加工频电压和操作冲击电压，比较其放电起始电压、平均放电量、放电次数等特征量，从而得到在2种不同的电压类型下油纸绝缘平行板油隙局部放电的对比关系。

由于操作冲击电压下的放电信号无法用传统的标定方法，因此，操作冲击电压放电下局部放电的平均放电量以mV为单位；对于平均放电次数的统计，冲击电压下统计单次完成冲击波形内的局部放电脉冲数，然后取10组完整波形的脉冲数的平均值作为最终的平均放电次数，工频电压下取10组10个周期放电次数进行统计，然后求取单个周期放电脉冲数的平均值作为最终的平均放电次数。工频电压和冲击电压下平均放电量和平均放电次数的对比关系如图4和图5所示。

图4 工频电压与冲击电压平均放电量比较1

图5 工频电压与冲击电压平均放电次数比较1

工频电压下局部放电起始放电电压为26 kV，在起始电压后，以2.5 kV为步进电压，进行局部放电测试。随着电压的提升，油隙局部放电逐步升高，且放电脉冲次数将增加，即当电压提升到一定电压等级放电脉冲幅值将不会继续增大，而是逐步增加脉冲放电数目。

在操作冲击电压下局部放电的起始放电电压为60 kV，且同样当电压提升到一定电压等级放电脉冲幅值将不会继续增大，而是逐步增加脉冲放电数目，并且在放电剧烈程度增至一定程度后，会形成幅值较高的放电脉冲簇。

对比图4和图5中2种电压形式下的局部放电特征，对于油纸绝缘平行板油隙，操作冲击电压的局部放电起始电压明显高于工频电压作用下的起始电压，前者约为后者的2.3倍，该差别符合高压放电理论中的伏秒特性，即击穿电压随着电压作用时间的缩短而提高，冲击电压的上升沿较工频电压更陡，等效频率更高，因此促发局部放电电压相应越高；随着电压等级的提高，工频下的局部放电的平均放电量快速显著增加，操作冲击电压下局部放电平均放电量的增加呈现出先慢后快的趋势；平均放电次数两者的增加趋势相同，都呈现先慢后快的趋势，冲击电压的平均放电次数远多于工频电压。

2.2 油纸绝缘悬浮金属

针对油纸绝缘悬浮金属，分别施加工频电压和振荡操作冲击电压，比较其放电起始电压、平均放电量、放电次数等特征量，从而得到在2种不同的电压类型下油纸绝缘悬浮金属局部放电的对比关系。放电方法及步骤与油纸绝缘平行板油隙相同。工频电压和冲击电压下平均放电量和平均放电次数的对比关系如图6和图7所示。

图6 工频电压与冲击电压平均放电量比较2

图7 工频电压与冲击电压平均放电次数比较2

工频电压下局部放电起始放电电压为14 kV。随着电压的提升，悬浮金属局部放电逐步升高，且放电脉冲次数将增加，即当电压提升到一定电压等级放电脉冲幅值将不会继续增大，而是逐步增加脉冲放电数目。

振荡操作电压对悬浮金属放电缺陷激发局部放电信号易于辨识，且从放电密集度可以对局部放电剧烈程度进行区分，其起始放电电压为32 kV。振荡操作从机电压下局部放电在操作波形第1个脉冲峰值上易于激发局部放电，且随着电压的提升形成脉冲放电簇，且从操作波峰值向两边扩展。

对比图6和图7中2种电压形式下的局部放电特征，对于油纸绝缘悬浮金属，操作冲击电压的局部放电起始电压明显高于工频电压作用下的起始电压，前者约为后者的2.29倍，该差别符合高压放电理论中的伏秒特性，即击穿电压随着电压作用时间的缩短而提高，冲击电压的上升沿较工频电压更陡，等效频率更高，因此促发局部放电的电压也就越高；随着电压等级的提高，工频下的局部放电的平均放电量快速显著增加，操作冲击电压下局部放电平均放电量的增加呈现出先慢后快的趋势；平均放电次数两者的增加趋势相同，都呈现先慢后快的趋势，冲击电压的平均放电次数远多于工频电压。

2.3 沿面缺陷

对沿面缺陷，分别施加工频电压和操作冲击电压，比较其放电起始电压、平均放电量、放电次数等特征量，从而得到在2种不同的电压类型下沿面缺陷局部放电的对比关系。

放电方法及步骤与油纸绝缘平行板油隙相同。工频电压和冲击电压下平均放电量和平均放电次数的对比关系如图8和图9所示。

图8 工频电压与冲击电压平均放电量比较3

图9 工频电压与冲击电压平均放电次数比较3

对比图8和图9中2种电压形式下的局部放电特征，对于油纸绝缘悬浮金属，操作冲击电压的局部放电起始电压(32 kV)明显高于工频电压作用下的起始电压(5 kV)，前者约为后者的6.4倍，该差别符合高压放电理论中的伏秒特性，即击穿电压随着电压作用时间的缩短而提高，冲击电压的上升沿较工频电压更陡，等效频率更高，因此促发局部放电的电压也就越高；随着电压等级的提高，工频电压下局部放电平均放电量呈现先慢后快的趋势，而操作冲击电压下局部放电平均放电量的增加呈现波动式增长的趋势；平均放电次数工频电压下呈波动式增长，冲击电压下均匀增长，冲击电压的平均放电次数远多于工频电压。

2.4 针板气隙缺陷

针对针板气隙，分别施加工频电压和操作冲击电压，比较其放电起始电压、平均放电量、放电次数等特征量，从而得到在2种不同的电压类型下针板气隙局部放电的对比关系。放电方法及步骤与油纸绝缘平行板油隙相同。工频电压和冲击电压下平均放电量和平均放电次数的对比关系如图10和图11所示。

图10 工频电压与冲击电压平均放电量比较4

图11 工频电压与冲击电压平均放电次数比较4

对比图10和图11中2种电压形式下的局部放电特征，对于油纸绝缘悬浮金属，操作冲击电压的局部放电起始电压(42 kV)明显高于工频电压作用下的起始电压(15 kV)，前者约为后者的2.8倍，该差别符合高压放电理论中的伏秒特性，即击穿电压随着电压作用时间的缩短而提高，冲击电压的上升沿较工频电压更陡，等效频率更高，因此促发局部放电的电压也就越高；随着电压等级的提高，工频电压和冲击电压下局部放电平均放电量均呈现先慢后快的趋势；平均放电次数工频电压和冲击电压下均呈现平稳增长的趋势，冲击电压的平均放电次数远多于工频电压。

综上几个试验，在测试条件和试品相同的条件下，改变施加电压，进而比较冲击电压是否具有评价绝缘状态的能力，通过与传统的工频电压下的局部放电检测进行比较试验，从而发现其具有一定的实际可操作性，但是还需要进一步的现场试验的支持。

根据缺陷不同，冲击电压下局部放电起始电压与工频电压下局部放电起始电压的比值呈现出明显差异，沿面缺陷该比值最大(>6)，油隙缺陷最小(2.3)。因此，实际工程中可根据缺陷类型的不同来分别根据工频下局部放电的起始电压来推算冲击电压下局部放电的起始电压在冲击电压半峰值时间内，局部放电的平均放电次数的增长速率远大于1个周期的工频电压内的局放平均放电次数增长速率。

2.5 对比分析结果

通过工频电压与冲击电压下的局部放电试验进行对比，得出相关结论，对比结果如表1所示。

表1 对比结果分析

3 结束语

从试验中可以看到，冲击电压试验和工频试验的对应关系符合伏秒特性，但是由于试验的随机性和数据量不够丰富，所以暂时还不能给出冲击电压是否有比工频电压灵敏的特性。但是通过试验可以看到，在冲击电压下进行局部放电测量是有可行性和实际意义的。