离线与在线局部放电试验的比较分析

前言

局部放电试验是检验绝缘性能重要试验，在线局部放电试验和离线局部放电试验已成为无损检验绝缘质量重要手段；耐电压试验是应用最广泛绝缘质量诊断试验，应实现两项试验标准化测量。

1、局部放电试验概述

局部放电试验分为在线和离线试验，经过近几十年的发展，局部放电试验已经在大型发电机定子绕组及线棒绝缘质量诊断中得到了非常广泛的应用。在上个世纪90年代之前，大多使用绝缘耐久性试验如电老化和电热老化试验来预测寿命，现在，通常使用在线局部放电试验来监测电机在实际运行过程中绝缘的质量。离线局部放电试验是检验绕组及线棒绝缘的重要手段，近年来得到了重视，许多项目都要求进行单支线圈或者整机绕组的局部放电试验。电气脉冲电流法是重要的局部放电电气测量方法，测试指标为“视在放电量测量”，以pC为单位进行测试，由于试验程序中采用“校准程序”，可以针对线圈及绕组的局部放电量值进行直接比较，在世界范围内得到广泛应用。除了脉冲电流法之外，无线电干扰电压法（RIV）也得到了应用，目前国际上已经制定了大型发电机定子线棒及绕组的离线局部放电测试方法和相应的标准，大型发电机定子线棒及绕组的在线局部放电测试方法和相应的标准，我国也制定了相应的离线局部放电试验标准。

2、离线局部放电试验与在线局部放电试验的比较分析

离线局部放电试验通常针对单支线棒或者单相绕组进行试验，而在线试验是对整机绕组进行试验；离线局部放电试验的试验电压可以设定的较高，如1.2UN（额定线电压），也可以在其它电压如额定相电压或者0.2UN下进行试验，而在线试验只能在运行状态下的额定电压下进行试验；离线局部放电试验需要外接高压源，而在线局部放电试验不需要外接高压源；离线局部放电试验测量的频率范围较宽，而在线局部昂点的测量范围较窄，二者结合应用可以有效检测绝缘的质量。

3、特征分析

3.1高压源。工频试验变压器是进行局部放电试验的关键设备，到目前为止，高压试验变压器已经得到了广泛的发展，为消除波形畸变的影响，可以使用接触

式调压方式替换原有的移圈感应调压方式，局部放电试验所使用的试验变压器应是无局部放电的，即在额定电压下试验变压器的背景噪声要很小（通常不超过10pC）。

3.2试品的影响。大型发电机定子线棒的绝缘结构设计要考虑多种影响局部放电的因素，特别是一些结构上的问题，如导线角部电场集中问题、导线处理工艺问题、导线均压层问题、线棒端部防晕问题以及绝缘材料的特性等。防晕材料和防晕结构的不同，将引起线棒端部表面的电位分布、切向电场和损耗密度发生变化，良好的防晕设计可以使各段防晕层阻值搭配合理，有效降低线棒端部的电场分布畸变，使其梯度平缓，提高线棒的起始放电电压（局部放电），增加线棒在耐压试验和运行中的可靠性。

3.3局部放电测试系统分析。根据测量带宽的差别，局部放电测量系统分为宽带测量系统和窄带测量系统。窄带局部放电测量设备的特点是频带较窄，在云母绝缘材料内通常会产生大量的局部放电，故振荡脉冲衰减时间长的放电会导致连续放电脉冲的互相叠加，因此通常不使用窄带测量系统。局部放电具有多种测量系统，如频域降噪法、时域降噪法、门开关法等，其中针对于发电机定子线棒及绕组离线测试又以门开关法和脉冲电流达到时间发为手段的应用较多。

3.4试品要求。由于未涂刷端部防电晕层的线棒在试验过程中将发生表面电晕放电而造成局部放电量值的显著增加而无法检测绝缘内的气隙放电，因此，试品应具有完整的槽部低电阻层和端部防电晕层。

3.5试验程序。将电极处理完毕的试品放置在瓷瓶或者绝缘垫块支撑的平台上，应确保试品在试验过程中不受其它应力的影响。试品导线接高电压，铝箔电极接地。在试验线路全部连接好后，用标准脉冲发生器进行校准，即确定是在电荷测量的刻度因数k，应对每一个新试品分别进行校准。校准完毕后，取下校准器，接通高压电源，升高电压至规定值，开始测试。将高压电源和电容型局部放电耦合单元分别连接至绕组两端，以便利用绕组的阻尼效应抑制传导来的骚扰；定子机座接地，绕组层间和铁心内的测量元件需要进行接地处理。在试验线路全部连接好后，用标准脉冲发生器进行校准，即确定是在电荷测量的刻度因数k，应对每一台电机绕组分别进行校准。局部放电试验过程中应记录PDIV（局部放电起始电压）、PDEV（局部放电熄灭电压）和额定线电压/相电压下的最大局部放电量。有时最大视在放电量会出现随时间衰减的情况，为便于比较，应读取施加规定电压后一段时间的局部放电量值。

4、耐电压试验的要素分析

工频耐电压试验是定子线棒及绕组绝缘的最重要的试验，无论在单支线棒制造阶段、整机绕组制造阶段还是在电厂检修阶段，都必须进行这项试验。影响耐电压试验的因素很多，但关键因素还是输出电压波形、电压的测量和升压速度是工频试验变压器装置的重要参数，所选取的试验装置的波形及测量系统应满足GB16927.1和GB16927.2的基本要求。试验装置也就是高压源通常包括调压器和试验变压器，在特殊的长期耐电压试验（耐久性试验）中还应包括稳压电源装置，为保证输出波形的要求，应特别关注调压器的技术要求。

5、耐电压升压速度分析

在进行工频耐电压试验过程中出现试品电容量不同而升压速度不同的现象，在破坏性耐电压试验如工频击穿试验中表现的更为明显，电容量较大的试品（大型水轮发电机定子线棒和大型汽轮发电机定子线棒）的升压速度将发生明显缩短的现象。在绝缘结构研发阶段，为消减研发成本，降低研发周期，通常使用标准铝排试品进行绝缘结构设计和绝缘材料、防电晕结构和材料工艺改进的试品，由于铝排试品的电容量较小，在耐电压试验、沿面闪络试验和工频击穿试验中升压速度几乎没有改变。试品电容量的大小将对升压速度的快慢产生一定的影响，在介质损耗因数测试时，可以同时读出试品的电容量，不过如果测量电极包含端部防电晕区电容和杂散电容时，则应考虑相应的影响因素。通常当试品电容量较小时，试验变压器高压侧的输出电压与按照变比换算的电压几乎相等，当试品电容量较大时，试验变压器高压侧的输出电压就要大于按照变比换算的电压，从而对升压速度产生影响。

6、结论

随着用户对定子线棒及绕组绝缘质量要求的不断提高以及绝缘运行应力的不断提高，为保证大型发电机的安全可靠运行，对绝缘诊断试验提出了新的要求，其中局部放电试验正由“科研”属性逐步转变为生产验收试验项目，对这项试验开展深入的研究是十分必要和迫切的。耐电压试验（hipot）拥有悠久的应用历史，是发电机最重要的试验之一，应对这项试验继续开展深入的研究。