TCD－9302局部放電測試儀技術使用說明書

一、概述
TCD－9302局部放電測試儀是我廠研制開發生產的一種新型儀器。它基本上保持了原有局部放電檢測儀的優點和功能，并致力于縮小儀器體積、重量、使之成為名符其實的攜帶式儀器。該儀器是根據IEC（270）標準，利用脈沖電流法原理研制而成，并滿足GB-7354-2004、GB-1207-97、GB－1208－97中關于局部放電測試對測試儀器規定的技術要求。該儀器具有靈敏度高、放大器系統動態范圍大、測試的試品范圍廣、操作簡便等優點。并采用先進的抗干擾組件和*的門顯示電路，抗干擾能力強，并具有四種高頻橢圓掃描，適用于高壓產品的型式、出廠試驗，新產品研制試驗，電機、互感器、電纜、套管、電容器、變壓器、避雷器、開關及其它高壓電器局部放電的定量測試。可供制造廠、科研部門、電力部門現場使用。
二、名詞、術語
1． 局部放電
局部放電是指在絕緣的局部位置放電，它并不構成整個絕緣的貫通性擊穿。它包含三種放電形式：內部放電（在介質內部）、沿面放電（在介質表面）、電暈放電（在電極）。
2． 電荷量q
在試品兩端瞬時注入一定電荷量，使試品端電壓的變化和由局部放電本身引起的端電壓的變化相同，此注入量即為局部放電的視在電荷量。
3． 視在放電量校準器
視在放電量校準器是一標準電量發生器，試驗前它以輸出某固定電量加之試品兩端，模擬該試品在此電量下放電時局部放電測試儀的響應，此時調整刻度系數，確定局部放電檢測儀的量程，以便在試驗時測量該試品在額定電壓下的視在放電量。因該放電量時以標準電量發生器比較后間接測出，而非直接測出，故此放電量稱為“視在放電量”。
校正電量發生器是測量局部放電時*的儀器，它的性能參數直接關系到測試結果的準確性。
視在放電量校準器由校準脈沖電壓發生器和校準電容串聯組成，其參數主要包括：脈沖波形上升時間、衰減時間、內阻、脈沖峰值、校準電容值等。
校準脈沖電壓發生器電壓波形上升時間為從0.1U0到0.9U0的時間，衰減時間定義為從峰值下降到0.1U0的時間。
4．檢測阻抗
檢測阻抗是拾取檢測信號的裝置，在使用中，應根據不同的測試目的，被試品的種類來選擇合適的檢測阻抗，以提高局部放電測量的靈敏度、分辨能力、波形特性及信噪比。
檢測阻抗按調諧電容范圍分1～12號。（見表1）
5．時間窗（門單元）
時間窗是為防止大于局部放電的干擾信號進入峰值檢波電路而設計的一種電路裝置。因在實際試驗時，尤其是在現場做試驗時，不可避免地會引入一些干擾，所以，時間窗的使用更顯得重要。
時間窗的工作原理是把橢圓掃描時基分成導通（加亮區域）和截止（未加亮區域）兩部分,通過改變時間窗的位置和寬度將放電脈沖置于導通（加亮區域），干擾脈沖置于截止（未加亮區域），此時儀表讀數即為放電脈沖數值，而干擾則不論大小，皆不會影響放電脈沖數值。若此時兩個時間窗同時關閉，則儀表讀數為整個橢圓上脈沖之峰值。
三、技術參數
1．可測試品的電容范圍：6ｐF~250ｕF
2．檢測靈敏度及允許電流（見表1）。
3．橢圓掃描時基
（1） 頻率：50、100、150、200、400Ｈz
（2） 旋轉：以30度為一檔，可旋轉120度。
（3） 工作方式：標準－擴展－直線。
（4） 高頻時基橢圓的輸入電壓范圍：13~275Ｖ。
4．顯示單元
采用100×80mm矩形示波管，有亮度與聚焦調節旋鈕。
5．放大器
（1） 3dB低頻端頻fL：20、40KHz任選。
（2） 3dB高頻端頻率fH：200、300KHz任選。
（3） 增益調節：粗調6檔，檔間增益差10倍±5%。
（4） 細調范圍：＞10倍。
（5） 正、負脈沖響應不對稱性：＜5%。
6．時間窗
（1） 窗寬：5度~150度（50Hz） 連續可調。
（2） 窗位置：每一窗可旋轉0度~170度。
（3） 兩個時間窗可分別或同時控制。
7、脈沖峰值表
（1） 線性指示：0~10*不大于5%。
（2） 對數指示：1~10*不大于5%。
表1 檢測靈敏度及輸入單元允許電流值
輸入單元序號 調電容范圍 靈敏度（PC）
（不平衡電路） 允許電流有效值
不平衡電路 平衡電路
1 6－25－100微微法 0.02 30mA 0.2
2 25－100－400微微法 0.04 60mA 0.
3 100－400－1500微微法 0.06 120mA 1A
4 400－1500－6000微微法 0.1 0.2 2A
5 1500－6000－25000微微法 0.2 0. 4A
6 0.006－0.025－0.1微法 0.3 1A 8A
7 0.025－0.1－0.4微法 0.5 2A 1
8 0.1－0.4－1.5微法 1 4A 30A
9 0.4－1.5－6.0微法 1.5 8A 60A
10 1.5－6.0－25微法 2.5 1 120A
11 6.0－25－60微法 5 2 200A
12 25－60－250微法 10 50A 300A
7R 電阻 0.5 2A 1
8、具有輔助識別放電脈沖相位的零標志系統。
9、工作電源 220V±10% 工頻
10、體積：440×430×180mm
11、重量：約15Kg
四、系統工程原理簡介
若試品Ｃa在試驗電壓下產生局部放電時，經耦合電容Cｋ產生脈沖電流，由輸入單元拾取得脈沖訊號，經低噪聲前置放大、濾波放大器選擇所需頻帶及主放放大后，在示波屏的橢圓掃描基線上顯示出放電脈沖，同時也送到脈沖峰值表（對數表）顯示其峰值。時間窗單元控制試驗電壓每一周期內脈沖峰值表的工作時間，并在這段時間內將顯示屏的顯示加亮，寬度與位置可以改變，進一步加強了抗干擾能力。
整個系統工作原理可參看框圖（圖1）。
 

五、通用試驗方法
（一）試驗目的
（1） 證實試品在規定電壓下沒有高于規定值之局部放電；
（2） 測定電壓上升時出現放電超過某一規定值時的Z低電壓（起始放電電壓）和電壓下降時放電低于規定值時Z高電壓（終止放電電壓）。
（3） 測定在某一規定電壓下的放電強度。
（二）試驗條件
（1） 交流電源電壓應為正弦波，不應有過大的高次諧波。
（2） 試品的電氣、機械、溫度條件應良好且穩定。
（3） 由于電壓回滯現象的影響，在試驗前至少幾小時以上的時間內，不要承受超過規定的局部放電試驗電壓Z高值以上的電壓。
（4） 經過搬運后的試品，必須靜放一段時間后再做局部放電試驗（油浸）。
（三）試驗程序
1. 將試驗區內的雜物盡量移到試區以外，各種金屬物體應牢固接地，檢查和改善試區內一切可能放電的部位，應特別注意各種地線是否已接地。
2. 根據不同的試品和試驗條件，選擇正確的接線方式。
3. 用視在放電量校準器（Q視）對整個測試系統進行刻度系數K校正。如圖1將視在放電量校準器接入線路中，調節儀器的增益旋鈕，把指針調至參考值H，則刻度系數K＝H/Q視（詳見具體操作說明5）　。校正完畢后，測試儀器的細調（連續調節）增益旋鈕不得隨意變動，同時應將視在放電量校準器從高壓線路上取下，以免在加壓試驗時將視在放電量校準器擊穿而使高壓線路短路。
（四） 注意事項
1. 在試驗開始加壓以前，試驗人員必須詳細而全面地檢查一遍線路，以免線路接錯。測試儀器處的接地線是否與接地體牢固連接，若連接不牢或在準備工作時掐頭去尾線被腳踢斷，這將可能引起人身和設備事故。
2．對于連接線應避免將暴露在外，防止電暈放電，尤其對于電壓等級較高的局部放電試驗，必要時要加粗高壓連接線及加裝防電暈罩，減小因場強過高引起的電暈放電。屏蔽罩不能與試品的瓷裙相接觸。
3. 一般情況下，在試驗過程中，被試品在耐壓、預升壓時局部放電量都比正常值大很多，此時儀器的儀表必然會超出滿刻度。為防止儀器損壞，應將儀器的增益粗調旋鈕逆時針旋轉一檔或更多檔，以不超出滿刻度為標準。當電壓降至測量電壓時，再將增益粗調開關順時針旋轉一檔或更多檔，以便記錄測量值。
4. 校正電量發生器校正完畢后，一定要從高壓端脫離，并關閉電源開關，且儀器的增益細調旋鈕不可再調。因增益粗調開關每相鄰兩檔之間的關系是十倍，且檔位有指示，故升壓后根據放電量大小，可選擇合適量程。逆時針旋轉時，每降一檔量程擴大十倍；反之，順時針時，量程縮小十倍。
5. 試驗完畢后，應對整個測試系統再進行一次復查校正，驗證是否與試驗前所校正出的刻度系數相等，以免測試儀器或其它環節在試驗過程中發生故障而使測試結果不對。
六、具體操作說明
（一）試驗準備
1． 根據試品的容量Ca，耦合電容的大小Ck，選取適合序號的輸入單元。表1中調諧電容量系指與輸入單元初級繞組并聯的電容（粗略估算以按試品容量與耦合電容的容量串聯計算）。例如：試品容量為120ｐF，耦合電容量為1000ｐF，則所需檢測阻抗為有 ≈107，查表1可取2號單元。
輸入單元應盡量靠近試品，輸入單元經8米長的測量電纜與放大器輸入插座相連。
2. 試品接入輸入單元的方法有以下幾種（見圖3）：

其中：Z為阻塞阻抗；
Ca為試品；
Ck為耦合電容。

1． 面板示意圖

4．準備
在儀器后面板AC220V插座上接上220V工頻電源，然后打開電源開關，讓儀器預熱5分鐘，同時對有關開關進行操作。
“標準－擴展－直線”開關置于標準
放大器頻帶fL、fH分別置20KHｚ，300KHｚ，放大器增益粗調置3檔，細調置中間位置，切不可一開始將粗調開關置Z。
根據不同頻率的試驗電源選擇電源頻率，以便觀察合適的橢圓。
如果中頻試驗電源，請將中頻試驗電壓開關旋在275V檔，然后再接上中頻電源。觀察數字表讀數，如果差得太多，可將試驗電壓開關往小檔位上旋一檔，直至合適值，千萬不可旋在太小檔位上，同時請注意，輸入儀器的中頻電壓萬不可超過規定值275V！，否則儀器被損壞。
橢圓旋轉可不作調節。窗開關打在關位置，以后根據干擾出現的相位可開窗適當調旋轉，根據干擾情況調窗寬、位置，使干擾在門窗之外，使局部信號在窗上，以便讀取放電的數值。
線性、對數開關置于線性位置。
5. 視在放電量校準（JZF－10校正脈沖發生器）
用視在放電量校準器（JZF－10校正脈沖發生器）的輸出接于試品兩端，紅端接高壓端（引線盡可能短，以防干擾），黑端接低壓端，調節其輸出放電量，例如50PC，調節放大器增益粗調及增益細調旋鈕，使放電量表指示滿度。此時放電量表指示滿度即表示50PC的放電量，注意此時增益細調旋鈕位置不可再動。測量盒應盡量靠近試品高壓端。
校準完畢后，拆除視在放電量校準器的連線，并關斷其電源，防止高壓損壞校準器。
6. 試驗操作
接通高壓試驗回路的電源，逐步升高電壓至規定電壓，時刻注視PC表指示，此時放電量表的讀數表示試品放電量的大小，如指示在80%，則表示試品視在放電量為50×80%＝40PC。
若此時試品放電量剛大于即超過滿度，應立即將放大器增益粗調由原來的“3”切換到“2”檔，此時放電量表，則表示500PC，假如此時放電量指示80%，由試品放電量為500×80%＝400PC。
若此時試品放電量小于10%：
a. 應將放大器粗調由“3”檔改至“4”檔，此時放電量表則表示5PC，假如此時放電量表指示80%，則試品視在放電量為5×80%＝4PC。
b.將儀器面板上對數、線性開關切換至對數位置，因對數刻度10%以下分辨率高，可直接讀出對數刻度。
旋轉“橢圓旋轉”開關使橢圓轉到預期的放電Z利于觀察之處。通常這個位置是零標脈沖分別處于橢圓上部左側及下部右側之處。連續升高電壓，注意*次出現持續放電，當放電量超過規定的Z低值時的電壓即為局部放電起始電壓。
若有干信號在放電脈沖附近，可以用窗寬和窗位置將干信號擾拒之窗外，即合擾窗開關，用一個或兩個時間窗并用窗寬、窗位置來改變橢圓上加亮區域的寬度與位置，使其避開干擾脈沖，這樣，放電量表的指示值只表示放電脈沖的大小，而不表示干擾信號的值，另外也可以改變頻帶的方法來提高抗干擾能力。
注：如需判斷放電相位，接上合適的電阻分壓器，取得10V左右的零標電壓，緩緩升高試驗電壓，橢圓上將出現兩個零標志脈沖，通過零標志可判別放電的相位，如圖所示：

七、測試中的干擾問題
在局部放電測試中，往往由于外部干擾信號的影響，而使測試結果產生誤判斷，或者使測試工作根本無法進行下去。尤其對從事局部放電測試工作經驗不多的人，更容易引起誤判斷。因此，在局部放電測試技術中，消除外部干擾成為一項很重要的技術內容，同時也是花錢較多的一項技術措施。
（一） 外來干擾
1．與電源電壓無關的干擾
這種干擾與電源電壓（加至被試品上的電壓）無關，它不隨電源電壓的升高或降低而變化。它產生于：電氣開關的開閉操作、電焊起弧、吊車開動、整流電機的電刷、閃光燈、無線電電磁波以及各種工業干擾等等。這些干擾通過電源、測試回路和地線等途徑侵入進來。
2. 電源電壓有關的干擾
這類干擾一般隨電源電壓的增加而變大。它可由試區內各個部分產生。例如：試驗變壓器、高壓引線、試品端部、高壓線路接觸不良、高壓試區的絕緣物體與地線（或接地金屬物）接觸、試區內金屬物體接地不良、以及其它物體的感應放電等等。與電源電壓有關的干擾的侵入途徑，可以通過電源、高壓導線、空間和地線侵入到測試回路內。
（二）消除外來干擾的方法
1. 消除與電源電壓無關的干擾方法：應從電源、空間、接地方式幾個方面采取措施。為了消除空間電磁波的干擾，應將試驗室加以屏蔽。對于由電源侵入的干擾，一般在電源進口處加隔離變壓器和濾波裝置。消除由接地網來的干擾，應采取一點接地方式。
2. 消除與電源有關的干擾措施：可將高壓導線加粗（用較粗的蛇皮管、薄鐵皮圓筒或鋁筒）；對被試品端部加防暈罩；試區內各地線和金屬物應良好接地；試區內的絕緣物體嚴禁與金屬接地體接觸；在高壓線下部地面上不應有螺釘、地線頭等金屬物體。
八、附件
說明書　　　　　　　　　　1份
質量反饋單　　　　　　　　1份
電源線　　　　　　　　　　1根
高頻線　　　　　　　　　　1根
測試電纜　　　　　　　　　1根（8米）
保險絲　　　　　　　　　　2只
合格證
九、成套裝置
1. 輸入阻抗
1~12號任選，7R號測長電纜用。
2. 視在放電量器校準器（JZF－10校正電量發生器，局放儀校正脈沖發生器）任選。
3. LB系列工頻、中頻濾波器
4. SBP系列三倍頻感應試驗設備
5. 無局放電阻分壓器50KV、100KV、150KV、200KV任選。
6. 無局放耦合電容系列
7. YDTW無局放試驗變壓器系列
8. 工頻試驗控制臺
十、視在放電量校準器參數及使用
（一） 局放儀校正脈沖發生器
局放儀校正脈沖發生器是專為局部放電的檢測而設計的，本儀器的精度、上升時間、重復頻率等直接決定了局部放電的測試精度，此儀器符合IEC標準。此校正脈沖發生器輸出電量10~5000PC任意調節。適用于先校準后試驗，先試驗后校準的局放試驗中。
一、技術參數
1．方波幅值
滿刻度為2.5V、5V、10V、25V、50V；
精度為±2%
2. 衰減器：10:1衰減3級。
3. 輸出脈沖極性
“＋”每周期提供一個主正向脈沖；
“±”每周期提供一個正向脈沖和一個負向脈沖；
“—”每周期提供一個負向脈沖。
4. 方波前沿＜0.05us
5. 重復頻率：45Hｚ~65Hz，連續可調。
6. 脈沖衰減時間100us~1000us
7. 內阻＜75Ω。
8. 工作方式：感應同步，手動調節。
9. 一次工作時間5分鐘。
10．儀器工作環境
0~40℃，相對濕度≯85；
儀器周圍無強烈振動，儀器平放工作，不得傾斜。
11．電源：10V可充電電池。
二、操作程序
用戶可根據實際情況選擇輸出幅值和Cq（10pF、100pF）、模擬放電量為Q=Cq×Uo。
將輸出電纜一端接到“衰減輸出”高頻插座，另一端接到裝有注入電容的匹配盒。
將極性開關調節到所需要的脈沖型號，按下啟動按鈕，儀器進入工作狀態。調節“方波幅值”旋鈕到所需要的電壓值范圍，然后再調節“細調”，將同步選擇開關打到調頻，然后調節旋鈕使脈沖的頻率盡量接近于試驗電源的頻率，如果需要同步，將開關打到感應接線柱上，此時脈沖與電網頻率同步。當“極性開關”旋到“V”檢查時，看表頭指示是否在紅線以下，如果在紅線以下時則需充電。
校正結束后，必須將匹配盒拿下，以免升高壓時打壞，將儀器置于“關”位置。
注：此儀器工作時必須平放，不能傾斜，另此儀器的方波信號為不接地的，不用接地。
JZF－10型正電量發生器的主要技術指標及使用
JZF－10型校正電量發生器是一種小型的可充電電池供電的視在放電量校準器，它可以分別以四種放電量向試品兩端注入1.2KHｚ左右的校正脈沖，可用于先校準后試驗的局放試驗中，適合于電工委員會IEC－270所推薦的任何一種試驗電路。
（一）主要技術參數
電池電壓　　　　　　1.25×8V
輸出電荷量　　　　　5、50、500PC或5、10、50、100PC
方波前沿　　　　　　＜0.05us
脈寬：　　　　　　　100us~1000us
內阻：　　　　　　　＜75Ω
重復頻率　　　　　　1.2KHｚ
頻率變化　　　　　＞±200Hｚ
注入電容　　　　　10PF、100PF或10PF、20PF
（二）使用方法
首先檢查JZF－10校正脈沖發生器的電池電壓，如面板上電壓表指示，在8V以上方能正常工作。
將輸出的紅、黑兩個端子上接上導線，紅端子上的導線盡量短，且靠近試品的高壓端，黑線導線接試品的低壓端，將校正電量開關置于5、10、50、100、500中任何合適一檔即可校正。頻率可在1.2KHｚ附近調節。
校正電量發生器使用后及時將調節電荷量的波段開關旋在關位置。如校正電量發生器工作時表頭指示在8V以下，則需充電，充電要適時，且時間要連續達到5小時。如校準電量發生器常期未用，則每月補充一次電。
十一、常見圖譜分析
（1）接觸不良
這種干擾源如圖1所示。其特點是干擾波位于橢圓時基的零點附近。在正負半波上對稱出現，幅值相差不大。干擾在低電壓時即出現。電壓增大時，干擾占位區域也增大，由于疊加效果幅值增大較慢。有時在電壓達到某一定數值后會*消失。
造成這種干擾的原因有：試驗回路中金屬對金屬接觸不良，塑料電線半導電屏蔽層中粒子間接觸不良，電容器卷繞鋁箔電極與插接片接觸不良等。
（2）浮動電位物體
波形見圖2，特別是在電壓峰值之前的正負半波部分出現。等幅值間隙不等。由于余輝，有時成對的出現，有時圖像有飄動。電壓增加時，根數增加，間隙縮小，中間值不變。有時電壓增加到一定值后干擾信號會消失，再降低電壓時，又會重新出現。
起因：金屬或碳質導體之間的間隙放電。它可以發生在試樣上或測試回路中。在兩個孤立的導電物之間，例如地面上處于浮動電位的多種物體間發生。
（3）外部電暈
波形如圖3，特別是僅在試驗電壓的一個半波中出現，位于外施電壓的峰值部分，等幅值，等間距。電壓增加時，放電訊號波的根數增加，但幅值總不變。
起因：高壓電極的或邊緣對空氣中的放電。若干擾訊號位于橢圓時基的負關周，則電暈處于高電壓下，若干擾訊號位于時基橢圓的正半周，則在接地部分，有時也可能高壓、接地部分都有電暈放電，則時基橢圓的正負半周就出現兩組訊號。
（4）液體介質中的放電
波形見圖4，特別：在試驗電壓正負半周峰值位置均有一組訊號，同一組訊號等幅值，等間隔，一組中間值較大的訊號先出現，隨電壓增加值也增大。一組中間值小的訊號其幅值不隨電壓變化。
起因：在絕緣液體中發生了或邊緣電暈放電。或一組大的訊號出現在正半周，則位于高壓部分；若它出現在負半周，則處于接地部分。
（5）繼電器，接觸器的動作
干擾訊號波形見圖5，特點：在時基橢圓上干擾訊號波形分布不規則，間隙地出現，且同試驗電壓大小無關。
起因：閃光燈，熱繼電器，接觸器和各種火花試驗器或有火花放電的記錄器動作時造成。
（6）可控硅元件
干擾訊號波形見圖6，特點：干擾訊號在時基橢圓上之位置固定，每一元件產生一個獨立的高頻脈沖訊號。電路接通，電磁耦合效應增強時，訊號幅值增加，也可能發生波形展寬、相移，從而在時基上占位增加。
起因：供電網絡中有可控硅器件在運行。干擾的大小同所用可控硅器件的功率直接有關。
（7）異步電機
干擾波形見圖7。特點：在時基橢圓上正負半周波形出現對稱的二組訊號，且沿掃描時基逆時針方向移動。
起因：異步電機運行時產生的干擾訊號耦合到檢測回路中來。
（8）螢光燈
干擾波形見圖8。特點：在橢圓時基上出現欄柵狀幅值大致相等的脈沖，并伴有正負半波時對稱出現的二簇脈沖組。
（9）電動機
干擾波形見圖9。特點：沿橢圓時基均布，等幅值每一個單個訊號或“山”字形。
起因：帶換向器的電動機如風扇、電吹風運轉時所發出的干擾訊號。
（10）無線電干擾
干擾波形見圖10，特點：沿整個時基橢圓分布的幅值有調制的高頻正弦波。
起因：高頻電力放大器，無線、廣播話筒等。
（11）中高頻工業設備
干擾波形見圖11。特點：訊號在時基橢圓上連續發生，但僅在半周內出現。
起因：感應加熱裝置及頻率接近局部放電檢測頻率的超聲波發生器等。
（12）磁飽和產生的諧波
干擾波形見圖12。特點：在時基橢圓正負半波上對稱出現一對諧波振蕩訊號，訊號幅值隨電壓增加而增加，電壓除去，訊號消失。訊號穩定，能重復再現。
起因：試驗系統中鐵芯設備（試驗變壓器，并聯或串聯電抗器，濾波電抗器，匹配變壓器，調壓變壓器）磁飽和時產生的諧振訊號。
（13）電極在電場方向運動
干擾波形見圖13。特點：僅在時基橢圓的半周中出現二個訊號脈沖，它們相對于峰值點對稱分布。起始點該二訊號很靠近，隨電壓增大，二者逐漸分開，且有可能產生新的訊號脈沖對。
起因：電極（尤其是金屬箔電極）在電場作用下運動。
（14）介質表面放電
干擾訊號波形見圖14。特點：放電訊號出現在試驗電壓峰值之前。正負半周中都有，而且幅值基本相等。訊號幅值和位置有隨機性變化。開始時，放電訊號是可分辨　的，到一定電壓值后便難以分辨。
起因：二個接觸的絕緣導體之間介質表面上的，或介質表面上切向場強較高的區域發生放電。
（15）漏電痕跡和樹枝
波形特點：訊號與一般典型的圖像不符合，波形呈不規則，不確定的圖像，與電壓有關。
起因：臟污絕緣中泄漏，絕緣局部過熱致的碳痕跡或電樹枝足道等。
上述有些圖像，如（4）、（13）、（14）、（15）等也可能即屬試品本身的缺陷。（15）則為介質內部放電之圖像。