局部放电的在线监测机理了解一下

局部放电就是在高压绝缘空隙中或间隙中产生小电火花。当电压应力超过了在这些空隙中存在的气体的电击穿强度时，局部放电现象就会发生。在雷雨天中，当云层和地面之间的空气被电离时就会发生闪电现象。同样的道理，在充满空气的绝缘材料的空隙中发生着同样的事情，只不过这种小电火花，或者小闪电发生在一个很小的、局部范围内的、充满空气的空隙中，因此，称为局部放电。

不同的材料具有不同的电击穿强度。空气的电击穿强度Eair=Uair/dair=3kV/mm，而绝缘材料的电击穿强度大约是300kV/mm，它们之间存在着大约有100倍的差别。

下面主要介绍局部放电是如何发生在电机内部的。电机绕组的横断面视图如图6-1（b）所示。绝缘材料称为主绝缘。

假设电机的线电压为13.8kV，那么它的相电压就是8kV（根号3的关系）。这样，在以下3处就建立了容性电压，即绝缘体→人造空隙→绝缘体。它的等效电路可以用图6-1（a）来表示。

50Hz的交流电波形图如图6-2所示。随着交流电在铜导体中的电压升高到8kV的同时，空隙间以及空隙前后的绝缘材料都同时具备了8kV的容性电压。随着这个电压的升高，当横跨空隙间的电压达到了大约3kV/mm时，绝缘材料仍然能够承受这时的电压应力，它还有297kV/mm的容限。然而在空隙间，空气的电击穿强度的容限（3kV/mm）被突破，产生了向下方向的一个放电，称为负放电。由于这种放电发生在绝缘体的局部空隙中或空隙间，因此称为局部放电，也称为部分放电。那么，在交流电的正半周产生了一个向下方向的放电，称为负的局部放电，简称负局放。

图6-1　局部放电监测机理

图6-2　50Hz交流电波形图

同样，随着交流电压变化到负半周时，产生了向上的另一个方向的局部放电，称为正的局部放电，简称正局放。(www.xing528.com)

因此，典型的局部放电通常集中发生在45°和225°的相位附近。即负局放大都集中在45°相位附近，而正局放大都集中在225°的相位附近。如图6-2所示。

不难理解，跨空隙的电压越高，放电强度越大。空隙越大，放电幅度就越高。

当局部放电发生时，会在其邻近的导体中产生很小的高频电流脉冲，该脉冲和50Hz交流电压信号叠加在一起沿着线棒、汇流环、封闭母线等发电机高压出线回路向外传递。局部放电在线监测系统就是通过测量叠加在50Hz交流电压信号的高频电流脉冲来监测发生在绝缘中的局部放电。但由于叠加在50Hz交流电压的脉冲信号除高频局放外，还存在大量的环境噪声信号，这样噪声信号幅值可能比局部放电信号大得多，因此对局部放电信号的在线监测可以先采用相关的技术有效分离噪声信号，这也是局部放电监测的关键技术。

从上述分析可知以下结论：

（1）发电机电压等级越高，越容易发生局部放电，大型水轮发电机电压等级较高，更有必要进行局部放电在线监测。

（2）越接近高压侧，由于电压越高，越容易发生局部放电，而中性点部位电压较低，不容易发生局部放电，因此，在高压端安装局部放电传感器，更接近局部放电源，测量效果会更好。

（3）发电机绝缘内空隙越多，则局部放电脉冲数量越多;发电机绝缘内空隙越大，则放电强度越大，局部放电脉冲电压幅值越大。反之，通过监测局部放电脉冲的数量及其电压幅值，就可以得知绝缘内的空隙及其大小，从而可以评价绝缘的状态。

（4）局部放电存在正局部放电极性和负局部放电极性，且有相位分布规律。在分析局部放电类型和故障时，极性和相位将会有重要的意义。

（5）局部放电监测装置必须有效分离局部放电信号和环境噪声信号。