作者简介：本文作者朱英浩同志系沈阳变压器研究所总工程师，我国变压器行业唯一的中国工程院院士。

1.局部放电(一)2.局部放电(二)3.局部放电(三)4.局部放电(四)5.三相交流系统的对称分量法6.空载电流的谐波分量7.变压器不对称运行时的对称分量1.局部放电（一）在电场强度作用下，在变压器绝缘系统中局部区域有绝缘性能薄弱的地方会被激发出局部放电，局部放电是不足以贯通施加电压的两个电极间形成放电通道，即平常所说的击穿。

如果将局部放电量控制在一定放电量水平以下，对绝缘不会引起损伤，所以局部放电试验是一种无损探测绝缘特性的试验，在一定的局部放电试验电压与大于局部放电试验电压并模拟运行中过电压的局部放电预激发电压作用后，在以后的局部放电试验电压持续时间内测局部放电视在放电量，如局部放电视在放电量小于标准规定值，即认为变压器能通过局部放电试验。

这项试验比传统的短时工频耐压试验要严格，因短时工频耐压试验是以绝缘结构中是否有击穿作为能否通过试验的准则。

局部放电试验能检测出绝缘上薄弱的部位，在运行中检测局部放电量可探测出潜在的绝缘薄弱部位。

而短时工频耐压试验，只能探测到绝缘结构能否承受住各种过电压或试验电压的作用，要么承受住，要么承受不住，发现不了潜在的绝缘薄弱地位。

所以说，局部放电试验是一种比较理想的绝缘试验项目，是一项正在推广应用范围的试验项目，凡是能通过局部放电试验的变压器，在运行中可靠性是比较高的。

因此应对局部放电特性及检测加以研究，使变压器达到低局部放电量水平的要求，某些试验用变压器还应达到无局部放电的水平。

在油纸绝缘的变压器中，在内部带电电极上，固体绝缘部件的表面(油与绝缘材料的分界面)或内部、变压器油内部所发生的局部放电都统称为局部放电，发生在被气体所包围的电极表面或附近气体中局部放电则称为电晕。

变压器的允许局部放电量水平不包括套管在空气中的电晕所产生的允许局部放电量水平，只是指油箱内部所产生的局部放电量水平。

对三相变压器可以分相测出每一相的局部放电量水平。

对每一相的局部放电量而言，包括其它绕组传递到被测绕组的局部放电量。

每一相的高压、中压与低压绕组有其各自的局部放电量。

每一相高压绕组(或中压或低压绕组)的局部放电量可能来自线端套管、中点套管、有载调压分接开关或无励磁分接开关、引线、绕组、各种接地零部件、绝缘内部、变压器油等处。

但最容易产生局部放电的地方是气隙、绝缘件内部的气隙、变压器油中气泡。

当变压器上施加电压后，绝缘介质内承受的电场强度与介电常数成反比，如纸中含气隙，纸的介电常数比气隙的介电常数要高。

因此气隙要承受较高的电场强度，而气隙的允许场强又低。

因此，纸中气隙是绝缘上的薄弱点，最易产生局部放电。

当然气隙会不会产生局部放电要达到两个因素：首先，气隙上的承受场强超过起始局部放电允许场强；其次气隙内要存在一定的有效自由电子。

所以，要控制绝缘材料内不准有气隙存在，包括制造中剩留的气隙及运行中绝缘材料裂解出的气体所形成的气隙，在绝缘件干燥时要注意加温与降温的速度，防止骤热膨胀后形成绝缘件开裂层中的气隙。

变压器油必须脱气后才能注入变压器中。

要控制最热点温度不超过140℃～160℃，避免纸和油的裂解。

变压器试验前要停放足够时间，局部放电试验前要将顶部存气，通过放气阀释放尽。

另外，对带电电极或接地电极而言都应有电极表面圆整化处理，以降低承受场强。

防止各种悬浮电位的电极存在。

因为带电电极，接地电极与悬浮电位电极都有可能产生局部放电，往往是接地电极产生的局部放电不被人们所注意。

变压器油中存金属杂质时就是悬浮电位的电极。

可通过采用低介电常数绝缘纸与纸板来改善场场强分布。

总之，低局部放电量的变压器具有较高的运行可靠性。

2.局部放电(二)目前都是通过视在放电电荷来评定局部放电对绝缘系统的危害程序。

实际发生局部放电处的放电电荷无法检测，通过等效电路可推导出视在放电电荷与实际放电电荷的关系式，所以可用稳定的、最大的视在放电电荷pC量来标定局部放电量。

一般视在放电电荷要比实际放电电荷小，故允许的变压器本体局部放电量已考虑这个因素而规定得低些。

但应注意，当变压器采用油纸套管时，套管的局部放电量将按变压器入口电容与套管电容之比放大而相当于变压器本体的视在放电量。

所以套管的局部放电量允许值要比变压器本体局部放电量允许值低得多。

如变压器入口电容等于套管电容的10倍，那么套管内产生10pC的放电量，相当于100pC的变压器本体视在放电量。

对变压器本体局部放电量有严格要求时，应同时对套管放电量作严格的控制，只有套管局部放电量符合规定后才能装到变压器主体上。

另外要注意，只有在变压器线端测得的局部放电量才能评定变压器的局部放电水平，在三相变压器中点测得的局部放电量不能用作评定变压器局部放电水平的评定，因为从中点测得的放电量有较大偏差，不能反映实际情况。

从A、B、C三个套管(包括高压、中压、低压各三个套管)可测得每相每个绕组的局部放电量。

评定变压器局部放电量主要指油内绝缘系统，不包括套管在空气中的电晕，因此允许在套管顶部带电部分加屏蔽罩以防止外部电晕对局部放电量实测值的影响，联接线外加防晕管(注：外部电晕一般用无线电干扰的μV数评定，μV与pC间无直接联系，还不能折算)。

要防止来自电源的高频干扰，来自中间变压器产生的局部放电量的干扰，试验时可采用安全接地与保护接地，但接地线不能形成环路，接地阻抗要尽量小，应在有屏蔽的大厅内作局部放电试验。

在局部放电试验中，还应测量局部放电的起始放电电压与熄灭放电电压，对油纸绝缘的油浸式变压器而言，熄灭放电电压低于起始放电电压，所以，熄灭放电电压应高于系统最高工作电压，即Um/。

变压器本体、套管、有载分接开关或无励磁分接并关都应符合熄灭放电电压的规定。

局部放电试验是一项出厂试验，在试验程序上，局部放电试验可预做一次，以便发现有无潜在绝缘性故障，另外在全部绝缘介质试验后正式做一次，以检测绝缘介质试验中有无绝缘上的潜在故障。

局部放电试验时，对地试验电压与相间试验电压是不相等的。

以单相电源作局部放电试验时，相间试验电压等于1.5倍对地试验电压，以三相电源作局部放电试验时，相间试验电压等于倍对地试验电压。

所以，必须核对局部放电试验时的相间试验电压，要防止相间有较高的局部放电水平。

如果Um=126kV变压器要进行长时间感应试验并附带测量局部放电水平的特殊试验时，必须核对局部放电时相间的承受场强。

对一台三绕组变压器而言，允许的局部放电的视在放电电荷pC规定值是适用于每个绕组。

不是单指高压绕组要遵守此限值。

对用于高压的套管要控制其局部放电量，用于中压与低压套管也要控制其局部放电量。

对于分接开关也一样。

对于低压注油式套管要另接电容分压器测低压的局部放电量。

对高压、超高压与特高压变压器而言，如采用强油循环冷却时，在作局部放电试验过程中，标准中没有规定要启动潜油泵。

但应保证变压器内无杂质。

也可以对运行中变压器作局部放电的在线检测，这样，可及时发现潜在绝缘故障，可提醒应及早解决这些潜在故障。

3.局部放电(三)承受电场强度的大小能较大程度地影响变压器局部放电的视在放电电荷值。

对油浸式变压器而言，当变压器油中含有不同介电常数的杂质时，场强分布会受到一定的影响。

是引起局部放电的主要因素。

今以平板电极为例来说明：图1a为平板电极间均匀电场的等位线分布电极间介质的介电常数为ε1；图1b为平板电极间含有介电常数为ε2的介质时电场畸变，ε2＜ε1；图1c为平板电极间含有介电常数为ε2的介质时电场畸变，ε2＞ε1。

图1 不同介电常数的杂质对均匀电场的影响a-均匀电场的等位线分布、介电常数为ε1；b-当杂质的介电常数为ε2，且ε2＜ε1；c-当杂质的介电常数为ε2，且ε2＞ε1。

在平板电极间混入另一球形介质时场强计算可按图2进行。

图2 电场强度为E的均匀电场中混有另一球形或圆柱形介质时的场强计算用图当混入的介质形状为球形时，那么球内(r≤R)沿Z轴方向的场强，按圆柱面座标制计算时为：（1）式中E 0为原均匀电场的场强。

当ε2＜ε1时,E z ＞E 0意思是介电常数为ε2的介质球位于介电常数为ε1＞ε2的均匀电场中时，由于电场的畸变，使介质球内的场强增大了。

如果ε1为变压器油的介电常数，且ε1＝２.5;ε２为空气的介电常数ε２＝１，那么，E z =1.25E 0。

由于空气泡的工频许用场强很低，仅2MV/m 左右，故当变压器油内的场强E 0达1.6MV/m 时，空气泡就放电了，这样，一旦在变压器油中混入空气泡时，就会使油的许用场强降低，同时，由于空气泡受到介质力的作用还会向低场强处移动。

再计算球外(r ≥R)的场强：r 方向为(2)θ方向为（3）（4）ε1＞ε2时，于r=R 处，sin θ=1，即θ=90°、270°时E 1最大。

这相当于图1b中A 与B 点。

（5）在ε1=2.5、ε2=1的情况下(即变压器油中混入空气泡时)E 1max =1.25E 0。

但是，这种情况实际上是不存在的，因为此时空气泡早已放电了。

溶于油中空气释放出来变为悬浮气泡也属此情况。

当ε1＞ε2时。

且r=R ，cos θ=1时，即θ=0°，180°时E 1最小，这相当于图1b中的C 与D 点，由于介质球的ε2＜ε1使C 与D 处等位线变得稀疏，等位线都集中到A与B 处去了。

E 1min 可从式(2)求出。

当混入的介质球的介电常数ε2大于电极间介质的介电常数ε1，球内场强就减小，当ε2≈∞，即混入金属球时，球内场强E ≈0。

球处场强于r=R ，cos θ=1，即θ=0°、180°时E 1最大，故(6)如ε1为变压器油的介电常数，ε1=2.5，ε2为悬浮水珠的介电常数，ε2=80，介质球表面最大场强为：E 1max =2.822E 0 (7)上式相当于图1c 中的C 与D 点。

因ε2＞ε1，就使C 与D 处的等位线密集，C 与D点场强大于原均匀电场的场强E 0。

如ε2＝∞（即金属杂质或碳粒)，E 2max =3E 0。

这些混入的金属球屑或悬浮水珠还要向高场强区移动。

在r=R 的球外最小场强位于sin θ=1，即θ=90°、270°处，相当于图1c 中的A 与B 点。

当(水珠)，(变压器油)时，E 2min =0.089E 0，即A 与B 点附近的场强接近于零。

此时，等位线密集于C 与D 点处。

如混入介质为圆柱形时，如纤维或金属丝，即可利用类似公式计算。

混入金属丝(圆柱形)时E 2max =2E 0综上所述，油中不宜混入异物，油中含气与含水不能释放出来成为自由气体与自由水珠。

4.局部放电(四)油浸式变压器中纸中含水，在很大程度上影响局部放电量水平。