2021电力设备局部放电检测技术应用.docx

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1、电力设备局部放电检测技术及应用自序1前言第章绪论12第章局部放电及危害42. 1局部放电类型42. 1. 1内部气隙局部放电42. 1. 2沿面局部放电62. 1. 3电晕局部放电72. 1. 4悬浮局部放电82. 2局部放电的危害92. 2. 1GIS 局部放电的危害 102. 2. 2开关柜局部放电的危害2. 2. 3变压器局部放电的危害 11 1332. 2. 4电缆局部放电的危害15第章局部放电检测方法173. 1脉冲电流法173. 1. 1检测原理3. 1. 2检测谱图 17 183. 1. 3典型干扰及抑制措施203. 2特高频法223. 2. 1检测原理223. 2. 2检测谱图

2、233. 2. 3典型干扰及抑制措施253. 3接触式超声波法293. 3. 1检测原理3. 3. 2检测谱图 29 303. 3. 3典型干扰及抑制措施363. 4暂态对地电压法和非接触式超声法383. 4. 1检测原理383. 4. 2检测结果判断403. 4. 3典型干扰及抑制措施433. 5振荡波法453. 5. 1检测原理3. 5. 2定位原理 45 473. 6应用案例48特高频局部放电检测发现 GIS 导电杆与支撑3. 6. 1接触式超声波局部放电检测发现 GIS 支撑3. 6. 2绝缘子断裂483. 6. 3绝缘子金属部件接触不良51暂态对地电压局部放电检测发现开关柜母排3.

3、6. 4对相间绝缘挡极放电54非接触式超声局部放电检测发现开关柜穿墙3. 6. 5套管电晕放电55非接触式超声局部放电检测发现开关柜3. 6. 6仪表室端子排松动58振荡波局部放电检测发现电缆接头受损3. 6. 7振荡波局部放电检测发现电缆截面不足 59 604第章局部放电检测仪器644. 1PDCheck 型脉冲电流局放仪644. 1. 1功能概述4. 1. 2技术参数 64 674. 2OWTS M28 型电缆振荡波局放仪674. 2. 1功能概述4. 2. 2技术参数 67 694. 3PDMGP 型特高频局放仪704. 3. 1功能概述4. 3. 2技术参数 70 724. 4AIA2

4、 型接触式超声局放仪 724. 4. 1功能概述4. 4. 2技术参数 72 744. 5UltraTEV Plus 型暂态对地电压和非接触式超声局放仪 754. 5. 1功能概述4. 5. 2技术参数 75 774. 6PDST90 型综合局放仪774. 6. 1功能概述54. 6. 2技术参数 77 81第章局部放电检测仪测评技术825. 1功能检查825. 1. 1特高频局放仪功能检查器825. 1. 2暂态对地电压和非接触式超声局放仪功能检查器 845. 1. 3接触式超声局放仪功能检查器855. 2缺陷测评855. 2. 1模拟缺陷测评855. 2. 2典型电力设备的实体缺陷测评89

5、5. 3平台测评1135. 3. 1特高频局放仪测评平台1135. 3. 2暂态对地电压局放仪测评平台1205. 3. 3非接触式超声局放仪测评平台1255. 3. 4接触式超声局放仪测评平台1285. 3. 5局放仪统一测评平台133参考文献148局部放电会对电气设备的绝缘会产生不同程度的影响， 严重情况下会导致绝缘介质击穿、 设备故障， 局部放电量水平可以表征电气设备内部的绝缘状况， 故局部放电检测是发现潜在绝缘故障的有效手段。 因此， 对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。 我国国家标准和国际电工委员会都对此提出了相应规范。 局部放电检测技术即是在这个背景

6、下快速发展起来的。标准 GB / T 73542003 / IEC 60270： 2000 对 “ 局部放电 （ 局放）” 定义为： 导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电， 这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。 对该定义注 1 指出： 局放一般是由于绝缘体内部或绝缘表面局部电场特别集中而引起的， 通常这种放电表现为持续时间小于 1s 的脉冲。 注 2 指出： “ 电晕” 是局放的一种形式， 它常发生在远离固体或液体绝缘的导体周围的气体介质中。 注 3 指出： 局放通常伴随着声、 光、 热和化学反应等现象， 由此类现场引出的非电检测法， 这些方法一般不适用于局放的定量测量， 主要用于局

7、放的检测或定位。绝缘介质中局放现象的研究已经有了近 80 年的历史。 基于经典的三电容等效电路模型， 在对单一绝缘介质的内部放电、 复合介质的表面放电以及电晕放电三种电工和电子设备中最基本的放电进行机理 解释的基础上， 引出了局放的视在放电电荷、 放电重复率、 放电能量、 平均放电电流、 放电功率、 起始放电电压、 熄灭电压等表征参数， 进而给出了局放的评定方法。 逐步提出了分布谱图， 如 q N 谱3图 （ 放电量）、 W N 谱图 （ 放电能量）、 N 谱图 （ 放电相位）、PRPD 谱图 （ 局部放电相位分布）、 PRPS 谱图 （ 脉冲序列相位分布） 等作为评定指标。 随着局部放电检测

8、仪器性能的提升和功能的完善， 基于谱图判定的方式， 在提高分析诊断能力和适应检测要求的情况下， 愈发成为一种较合适的应用分析方式， 也是各类仪器制造商提升设备性能的关键点。标准GB/ T 73542003 / IEC 60270： 2000 描述的传统局放检测法必须在停电的情况下将耦合电容与待测物连接进行检测， 所以局部放电检测大都在电力设备制造厂内完成。 基于耦合电容和检测阻抗接入试验回路的离线式脉冲电流法， 经过技术发展不断完善的同时， 侧重在线及带电的现场局放测试的高频电测法 （3MHz 3GHz）， 诸如电容、电感 （罗戈夫斯基线圈）、 电磁波耦合的原理， 以及声测法， 通过技术应用的

9、不断发展， 标准化工作已近完成 （ IEC 62478 （ 草案）。 草案规定了测试用传感器、 测试频带、 量测读值、 灵敏度、 性能检验、 定位等技术方法， 侧重在线或现场的局部放电检测， 以补充 IEC 60270 离线测试的不足。 目前第 1 版本只有大纲摘要和部分内容， 虽然很不完整， 但已经有大致的轮廓。 这类高频电测法及声测法， 与脉冲电流法相比， 评定指标方式类似， 但在最前端的耦合信号量纲统一性表达还存在疑义， 以及特殊的谱图展现 （ 如超声法的金属微粒飞行图） 有差异。 在整个的应用上， 高频电测法 （ 电容耦合式的地电波法、 罗戈夫斯基线圈耦合式的高频法、 空间传播的 TM

10、/ TE/ TEM 波耦合式的特高频法）和超声法， 相较传统的脉冲电流法， 侧重在线和带电的现场应用场景， 近年来发展极为迅速。 上述标准， 对局部放电、 局部放电的类型 （ 内部放电、 表面放电、 电晕放电、 悬浮放电）、 局放检测方法 （ 脉冲电流法、 超声波法、 特高频法） 有了基本规定。目前， 运用不同的局放检测方法有多种局部放电检测仪， 标准DL / T 846. 42016 高电压测试设备通用技术条件 第 4 部分： 脉冲电流法局部放电测量仪 对脉冲电流法局放仪、 标准DL/ T 14162015超声波法局部放电测试仪通用技术条件 对接触式超声局放仪、标准 DL / T 846.

11、102016 高电压测试设备通用技术条件 第 10 部分： 暂态地电压局部放电检测仪 对暂态对地电压局放仪、 标准DL / T 846. 112016 高电压测试设备通用技术条件 第 11 部分： 特高频局部放电检测仪 对特高频局放仪的试验方法及检验规则， 进行了规定。2. 6从 . . 库钦斯基著的 高压电气设备局部放电 （1984 版） 中节 “ 局部放电特性测量装置的校验及标定”， 邱昌容、 王乃庆主编的 电工设备局部放电及其测试技术 （1994 版） 中 4. 4 节 “ 局部放电测试仪的主要性能检验”， GB / T 73542003 较 GB / T 7354 1987 版本增加了

12、校准器、 校准器检定、 校准器的性能校核， 唐炬等所著的 组合电器设备局部放电特高频检测与故障诊断 （2016 版） 中 13. 2 节 “ 特高频局部放电定量检测” 及 13. 3 节 “ 特高频局部放电现场标定技术” 中可以看出， 针对局放测试仪的性能测评是个不可忽视的问题。目前的局部放电检测方法对应的最前端的耦合信号量纲统一性表达存在疑义， 宣称模式识别能力的无法考核， 导致了各型局放仪的性能偏差与不可比较性， 此方面的研究比较热门。 在经历了最开始的仪器自带简易式功能检验型的校准器后， 有关研究和认识各型电力设备局部放电以及对局放仪性能校核的典型缩微缺陷模型被提出， 并针对性开展了较多

13、的测试工作， 然后发展到实体电力设备的实体缺陷布设及其测试研究。 同步进行针对局放仪前置传感器及整机的频带、 线性度等性能参数的测评。 随着技术的进步， 出现了利用专业的测评平台直接对局放仪的各项性能指标进行测评的平台测评方法， 比如针对特高频局放仪的 GTEM 室测评方法， 针对暂态对地电压法的脉冲信号测评方法， 针对超声法的接触式标定以及非接触式方向和距离性测评， 能测评多种类型局放仪的统一测评平台， 等等。 平台测评不需要布置局部放电缺陷， 利用平台产生标准化的信号直接对局放仪进行测评。本书对近年来在局放检测实用化方面推进较快的局放检测方法和典型判断谱图进行了精简总结， 归纳了现今使用较

14、多的几款局放仪， 较系统地总结了各阶段局放仪测评技术， 着重分析了近年来新提出的一些实用测评技术。局部放电 （ 简称 “ 局放”） 是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的重要原因， 也是绝缘劣化的重要表征， 主要由于电气设备带电后， 绝缘局部缺陷导致局部区域电场集中， 区域内未形成整个绝缘结构贯穿性放电现象所致。 电气设备主绝缘结构主要由带电导体金属部分和不导电绝缘材料部分组成， 根据电极曲率半径及其放电发展形式不同， 可以将电极绝缘结构分为均匀场结构、 稍不均匀场结构和极不均匀场结构三种类型； 而其中能引起局部放电的电极结构只有极不均匀场结构； 因而电气设备当中常见局部放电形式主要有气泡 （

15、气隙） 型、 交界面型 （ 电极和绝缘材料交界面）、 毛刺 （ 尖刺） 型和大曲率半径型 （ 悬浮电位） 四种类型。 根据以上分类， 在实际生产和研究当中， 人们为了更好地区分放电类型， 进一步通俗地将局部放电分为内部气隙放电、 沿面放电、 电晕放电和悬浮放电四种类型。局部放电的危害主要是体现在热效应、 带电粒子 （ 离子） 轰击、化学生成物、 机械冲击波应力和辐射作用。 局部放电单次能量很小， 短时间内不影响电气设备的整体绝缘强度， 其对绝缘的危害是逐渐加大增强的， 它的发展需要一定时间， 累计效应， 缺陷扩大， 会加剧整体绝缘强度下降， 最终影响绝缘性能， 导致击穿。各种局部放电的放电机理

16、各不相同， 以下将分别讨论。 2. 1局部放电类型在绝缘介质内部或介质与电极之间的气隙放电， 都属于内部局部放电， 这种放电的特性与介质的特性和气隙的形状、 大小、 位置以及气隙中气体的性质有关， 是局部放电中常见的类型。 内部存在的局部缺陷， 引起局部位置的场强畸变且气隙、 气泡内的场强达到一定数值时， 就会发生局部放电。 这种放电并不立即形成贯穿性通道， 但长期的局部放电使绝缘的劣化损伤逐步扩大， 甚至可使整个绝缘击穿。内部气隙局部放电的机理常用三电容模型来解释， 如图 2- 1 所示。 Cg 代表气隙的电容； Cb （ 是 Cb1 和 Cb2 的串联） 代表与 Cg 串联部分的介质的电容

17、； Ca 代表其余部分绝缘的电容。 若在电极间加上交流电压 ut ， 则出现在 Cg 上的电压为 ug ， 即ug = Cb / （ Cb + Cg ） ut = Cb / （ Cb + Cg ） Umax sint（2-1）图 2-1 气隙放电的三电容模型a） 具有气隙的绝缘介质 b） 图 a 的等效回路因气隙很小， Cg 比 Cb 大很多， 故 ug 比 ut 小很多。 局部放电时气隙中的电压和电流变化如图 2- 2 所示。 ug 随 ut 升高， 当 ut 上升到 us（ 起始放电电压）， ug 达到 Cg 的放电电压 Ug 时， Cg 气隙放电， 于是 Cg上的电压很快从 Ug 降到

18、Ur ， 放电熄灭， 则Ur = Cb / （ Cb + Cg ） uc（2-2） 式中， Ur 为 Cg 上的残余电压 （0Ur Ug ）； uc 为相应的外施电压值。放电后在 Cg 上重建的电压将不同于 ug ， 只是随着外施电压的上升类似于 ug 的上升趋势， 从 Ur 上升， 当升到 Ug 也即外施电压差上升了（ us - uc ） 时， Cg 再次放电， 放电再次熄灭， 电压再次降到 Ur 。 Cg 上的电压变动在 Ug 至 Ur 间的时间， 也即产生局部放电脉冲的时间， 此时通过 Cg 在外回路有一脉冲电流 i， 如图 2- 2 所示， 它是检测局15部放电的主要依据。 以上只分析

19、了试样存在一个气隙且这个气隙的放电电压不变， 且和极性无关的情况， 实际试验中气隙往往多于 1 个， 两种极性的放电电压也不同， 分析起来要复杂得多， 重复率也会高得多。a） 电压的变化 b） 电流的变化图 2-2 局部放电时气隙中的电压和电流的变化沿面局部放电过程与内部放电过程是基本相似的， 如图 2- 3 所示。 只要把电极与介质表面之间发生放电的区域所构成的电容记为Cc ， 与此放电区域串联部分介质的电容记为 Cb ， 其他部分介质的电容记为 Ca ， 则上述的等效电路及放电过程同样适用于表面局部放电。不同的是现在的气隙只有一边是介质， 而另一边是导体， 放电产生的电荷只能累积在介质的一

20、边， 因此累积的电荷少了， 更不容易在外加电压绝对值的下降相位上出现放电。 另外， 如果电极系统是不对称的， 放电只发生在其中一个电极的边缘， 则出现的放电图形是不对称的。 当放电的电极是接高压， 不放电的电极是接地时， 在施加电压的负半周出现的放电图是放电量少， 放电次数多； 而正半周是放电量大， 而次数少， 如图 2-3b 所示。 这是因为导体在负极性时容易发射电子， 同时正离子撞击阴极产生二次电子发射， 使得电极周围气体的起始放电电压低， 因而放电次数多而放电量小。 如果将放电的电极接地， 不放电的电极接高压， 则放电的图形也反过来， 即正半周放电脉冲是小而多， 负半周放电脉冲是大而少。

21、 若电极是对称的， 即两个电极边缘场强是一样的， 那么放电的图形也是对称的， 即正负两半周的放电基本上相同。图 2-3 沿面局部放电a） 放电部位 b） 放电图形电晕放电 （ 即尖端放电） 不存在于均匀电场和稍不均匀电场中， 只存在于极不均匀电极结构中， 是由于均匀电场和稍不均匀电场局部发生电离时， 会直接形成放电通道， 而不形成稳定自持放电， 导致击穿。 电晕放电模型如图 2- 4 所示， 常常存在于极不均匀电场结构当中， 电极结构曲率半径越小， 局部放电起始电压越低。带电导体存在曲率半径很小的尖端， 且尖端附近的局部电场强度超过了气体的电离场强， 使气体介质发生电离而出现的局部自持放电。图

22、 2-4 电晕放电模型电晕放电的特征是， 介质为气体； 放电模型中的放电电极是曲率半径很小的尖端或者针头； 放电电极 （ 尖端） 是金属导体， 在负极性时容易发射电子， 同时正离子撞击阴极发生二次电子发射， 使得放电总是在尖端为负极性时先出现； 电晕放电脉冲出现在外加电压负半周的 90相位的附近， 几乎是对称于 90； 电压继续升高， 局部放电会随之在正半周也出现， 这就是所谓的 “ 极性效应” ； 随着电压的升高， 放电量的大小也随之有增加的趋势， 次数也增加； 随着电压足够高， 放电脉冲现象更加剧烈， 然后贯通间隙， 导致间隙完全击穿。悬浮电位是高压电力设备中某一金属部件， 由于结构上的原

23、因， 运输过程和运行中造成断裂， 失去接地， 处于高压与低压间， 按其电容形成分压后在这一金属上的对地电位。下面以在SF6 绝缘母线管道中支撑导体的圆盘形环氧垫片悬浮为例， 进行悬浮放电分析。 如果金属间隔插件和导体之间的连接是断开的， 则该系统可简化成两个串联的电容器模型。 如图2-5 所示， 假设外加电压为 U， 则金属间隔插件与导体之间的气隙电压 U1 = C2 U / （ C1 + C2 ）。 当 U1 达到其击穿电压时， 就会发生局部放电。图 2-5 高压系统中的悬浮放电简化模型 2. 2局部放电的危害由于局部放电只发生在一个或几个很小的区域内 （ 如绝缘内部气隙或气泡）， 其放电量

24、小， 且并未形成贯穿性放电通道， 因此局部放电的存在并不会影响电气设备的短时绝缘强度， 但介质在局部放电的作用下会引起电气性能的老化 （ 电老化） 和击穿。电老化是指介质在电场长期作用下， 因局部放电而造成绝缘性能劣化。 电老化机理很复杂， 包括局部放电所引起的一系列物理效应和化学变化， 主要有以下几种：1） 带电质点的轰击。 电场作用下， 电极注入的电子及放电过程电离的电子、 正负离子具有较高的能量， 其撞击会打破绝缘体的化学键， 破坏其分子结构。2） 热效应。 放电点处， 介质发热可达很高的温度， 会导致绝缘材料热裂解或促进其氧化裂解， 同时温度提高会增加介质电导及损耗， 进一步导致介质发

25、热， 加速电热老化。3） 化学生成物。 局部放电过程中生成的许多活性物， 如臭氧， 有水分时产生硝酸、 草酸等， 会腐蚀绝缘体， 使其介电性能劣化。4） 辐射效应。 局放会产生紫外线、 X 射线及 射线， 其会导致高分子材料主键断裂， 分解为单体， 还会导致分子间的交联， 使材料发脆。5） 机械力的效应。 断续爆破性的放电、 放电产生的高压气体及声波， 都会产生机械力， 导致绝缘介质开裂或高分子裂解。以上几种破坏机理往往同时存在， 其共同作用促使电气设备绝缘材料老化， 电气性能下降并最终导致电气设备绝缘击穿， 严重影响电网安全运行。 下面以常见的 GIS、 开关柜、 变压器及电缆四类电气设备为

26、例， 说明局部放电的危害。GIS （ 气体绝缘金属封闭开关设备） 绝缘系统的特点是在金属封闭体内充满高压力 SF6 气体， 其高压电极与外壳 （ 接地） 间距离远小于敞开式设备， 因此 GIS 内工作场强很高， 对内部洁净度及电极形状等要求较高， 其可能产生以下几类局部放电：1） 载流导体表面缺陷， 如毛刺、 尖角、 设计不合理、 导体表面电场强度过高等， 均会引起局部放电。 由于导体被气体包围， 因此这种局部放电表现为电晕放电。2） GIS 在制造、 安装、 运输、 操作过程中可能存在机械松动，如均压或屏蔽层松动、 导电杆支撑部位顶丝松动等， 这些机械松动会导致悬浮电位放电。3） 绝缘件与导

27、体的交界面上存在气隙， 由于介电常数小， 气隙中分配的场强高， 而气隙本身的击穿场强又低， 于是在气隙中首先发生放电。4） GIS 在制造、 安装、 运输、 操作过程中会产生导电微粒， 导电微粒在强电场作用下会跳动并产生局部放电。5） 盆式绝缘子、 支撑绝缘子等绝缘件在烧制、 浇注过程中产生的气泡、 裂纹等内部缺陷， 导致内部气隙放电。一些典型的 GIS 由于局部放电导致绝缘故障的案例如图 2- 6所示。图 2-6 典型的 GIS 由于局部放电导致绝缘故障的案例a） 盆式绝缘子沿面闪络 b） 支撑绝缘子沿面闪络 c） 罐体内表面毛刺导致放电中国电力科学研究院对 1989 1997 年和 200

28、4 年 40. 5kV 以下开关柜设备的故障类型进行了统计分析， 其中， 绝缘与载流故障（ 含障碍） 占 30% 53% 。 而广东电网公司对 1992 2002 年开关柜设备故障类型的统计结果显示， 绝缘与载流性故障的比例甚至高达 66% 。 上述两种故障均与局部放电现象密切相关。 近年来， 英国电力企业对其国内使用的中低压真空开关进行故障统计的结果如图 2-7 所示。 其中， 误操作和机械性两类故障， 类似于拒动/ 误动故障， 占比为 30% 38% ； 放电、 互感器和电缆箱类故障， 类似于绝缘和载流故障， 占比为 26% 44% 。 结果表明， 高达 44% 的故障都可以通过局部放电检

29、测技术检测出来， 而 85% 的破坏性故障都是与局部放电现象相关的。 因此， 对中压开关设备实施局部放电检测可显著减少配电设备的故障概率。图 2-8 图 2-14 为常见的局部放电导致的开关柜故障实例。图 2-7 英国对中低压真空开关故障统计结果图 2-8 穿墙套管、 触头盒无屏蔽层或屏蔽不良图 2-9 母排固定螺栓直接安装在绝缘包裹上导致放电图 2-10 绝缘件之间狭小的空气间隙图 2-11 电缆接头加工工艺不良图 2-12 螺栓紧固不良或运行中松动 图 2-13 绝缘件爬电距离不足图 2-14 支撑绝缘子电容分压末端未接地或接地不良变压器绝缘结构主要由油、 纸、 纸板和其他一些固体绝缘等构

30、成， 在其制造过程中， 由于浸漆、 干燥和真空处理不彻底， 在产品所用的电木筒内、 绝缘纸板内、 绝缘纸层间等就不可避免地会形成一些空腔。 当绝缘油不能完全浸入空腔时， 空腔内就会存在一些气泡（ 气隙）。 如果绝缘油本身质量有问题或绝缘油处理不好等， 那么注入变压器中的绝缘油内部也会存在一些气泡。 由于气体的介电系数比油、 纸等绝缘材料的介电系数小， 所以， 气隙上承受的电场强度比油、 纸绝缘上的电场强度高。 当外施电压达到某一定值时， 这些气隙就会首先发生局部放电。 另外， 油纸绝缘内的油膜， 油隔板绝缘结构中的油隙， 特别是 “ 楔形” 油隙， 金属部件、 导线等处的尖角、 毛刺， 电场集

31、中、 场强过高的局部区域等也都容易产生局部放电。变压器绝缘结构中的局部放电， 尤其是放电量较大的油纸绝缘表面产生的局部放电， 将对变压器的绝缘造成破坏， 最终将导致变压器的绝缘寿命降低， 并直接影响变压器在长期工作电压作用下的安全可靠运行。图 2-15 为局部放电导致变压器故障的实例。图 2-15 局部放电对变压器造成的损害a） 主变套管密封不良导致绕组受潮产生局部放电并最终导致匝间绝缘击穿b） 主变套管密封不良导致潮气入侵套管产生局部放电并最终造成主变烧毁 c） 主变套管干弧距离不足导致局部放电并导致雨闪d） 主变套管末屏接地不良导致局部放电并使得套管乙炔严重超标高压电缆是电力传输重要的组成

32、部分， 由于电缆线路长时间敷设于地下， 经过长时间的运行后， 其绝缘部分受到土壤、 潮气或水分的直接作用， 易受到腐蚀产生绝缘缺陷， 最主要的表现就是局部放电。此时， 需要对电缆局部放电缺陷部位进行更换处理， 否则因局部放电的发展将导致永久性绝缘故障。当电缆局部放电发生而未能及时检测、 处理时， 会导致电缆绝缘逐步降低， 最终甚至在运行电压下发生击穿， 一些由局部放电引起的电缆击穿故障如图 2-16 图 2-18 所示。图 2-16 局部放电导致电缆中间接头击穿图 2-17 局部放电导致电缆中间接头烧毁图 2-18 局部放电导致电缆附件爆炸目前主流的局部放电检测方法主要有脉冲电流法、 特高频法

33、、 接触式超声法、 暂态对地电压法和非接触式超声法、 振荡波法等。脉冲电流法是唯一能够对局部放电量进行直接定量检测的方法， 其主要检测参数为放电量 （ q）、 放电频次 （ n）、 放电相位 （ ） 等，基于放电量可以判断局部放电严重程度， 除此之外， 基于上述三个参数， 还可绘制 PRPD 谱图， 实现对局部放电类型的判断， 并结合电气设备内部结构特征推断局部放电部位。除脉冲电流法外， 其余局部放电检测方法均无法实现对局部放电量的定量测量， 且均为间接测量法， 测得的局部放电信号的强度和局部放电的放电量、 局部放电类型以及放电信号的传播路径等有关。 由于局部放电信号传播路径的复杂变化， 不能

34、简单地仅由信号强度判断局部放电量或判断绝缘缺陷严重程度。 故其中部分方法， 如特高频法、 接触式超声法等， 参考了脉冲电流法的谱图的思想， 发展出PRPS 谱图、 幅值谱图、 脉冲谱图、 相位谱图等一系列谱图， 并基于谱图实现局部放电类型、 部位、 严重程度的判断以及干扰排除。 3. 1脉冲电流法脉冲电流法是通过获取测量阻抗在耦合电容侧或通过罗戈夫斯基线圈从电力设备的中性点或接地点测取局部放电信号。 由于局部放电所引起的脉冲电流， 可以获得诸如视在放电量、 放电相位、 放电频次17等信息， 根据检测的信息进行绝缘程度评估。 脉冲电流法是目前唯一有国际标准的局部放电检测方法。局部放电信号能量主要

35、集中在几千赫兹至几兆赫兹的低频带内， 因此， 脉冲电流法选择较低频段对局部放电信号进行测量， 以避免无线电信号的干扰。 由于局部放电在试验回路中产生脉冲电流， 电流脉冲经检测阻抗就转换成电压脉冲， 电压脉冲的波形和幅值可被测量。电压脉冲的幅值与视在放电量 q 的大小成正比， 放电量的单位为皮库（ pC）。 脉冲电流法基本原理如图 3-1 所示。图 3-1 脉冲电流法基本原理图Cx 为试品电容， Ck 为耦合电容， Zm 为检测阻抗， M 为局放仪， Z 为保护电阻， S 为电源Cx 产生局部放电时， Cx 两端产生瞬间电压变化 u， u 在 Cx 和耦合电容 CK以及检测阻抗 ZM组成的回路中

36、产生一脉冲电流 i， i 在检测阻抗 ZM上转换后， 局放仪 M 可采集到局部放电脉冲电压。 为了把局部放电脉冲电流转换为电压信号， 需要使用耦合装置。 耦合装置由RC 回路或 RLC 回路 （ 包括脉冲变压器） 组成， 其作用是把局部放电电流脉冲信号转变为与局放仪带宽接近的电压信号， 经测量电缆送到局放仪输入端。 耦合装置应与局放仪配套使用。脉冲电流法的检测谱图主要为 PRPD （ Phase Resolved Partial Dis- ge， 局部放电相位分布） 谱图。 PRPD 谱图是一种二维散点图，char一般情况下 x 轴表示相位， y 轴表示信号强度或幅值， 点的累积颜色深度代表此

37、处放电脉冲的密度。3. 1. 2. 1绝缘件内部气隙放电图 3-2 绝缘件内部气隙放电谱图3. 1. 2. 2金属尖端放电典型的绝缘件内部气隙放电谱图如图 3-2 所示。典型的金属尖端放电谱图如图 3-3 所示。图 3-3 金属尖端放电谱图3. 1. 2. 3沿面放电典型的沿面放电谱图如图 3-4 所示。25图 3-4 沿面放电谱图3. 1. 3. 1典型干扰的来源1） 电源干扰。 试验检测仪器及试验所用的电源与城市低压配电网相连， 配电网内的各种干扰信号易对现场局部放电测量造成干扰。2） 各类电磁干扰。 邻近高压带电设备或高压输电线路， 无线电发射器及其他诸如晶闸管、 电刷等试验回路以外的高

38、频信号， 均会以电磁感应的形式经杂散电容或杂散电感耦合到试验回路， 其波形往往与试品内部放电不易区分， 对现场测量影响较大。 该类型干扰的特点是波形幅值的大小一般与试验电压的高低无关。3） 试验回路接触不良或试验设备的自身放电。 试验回路中由于各连接处接触不良会产生接触放电干扰。 电晕放电产生于试验回路处于电场集中处的导电部分， 如试品的法兰、 金属盖帽、 试验设备端部及高压引线等尖端部分。4） 接地系统的干扰。 试验回路接地方式不当， 如两点或多点接地的接地网系统中， 各种高频信号会经接地线耦合到试验回路形成干扰。 这种干扰幅值一般与试验电压无关。5） 金属物体悬浮电位的放电。 邻近试验回路

39、的不接地金属物体3. 1. 3. 2典型干扰抑制措施产生的感应悬浮电位放电， 也是常见的一种干扰。 其特点是幅值一定， 随电压升高放电频次增加。3. 1. 3. 2. 1电源干扰的抑制电源干扰主要来自电源网络、 中频发电机组或变频电源， 可选择下列措施进行抑制：1） 采用单台站用变压器为试验系统单独供电， 供电电源电缆应尽量避免交叉缠绕并独立排列。2） 在交流 380V 工频电源入口设置低通滤波器， 可抑制来自供电网络的干扰。3） 在被试变压器施加电压的入口设置高压阻波器， 其阻塞频率与局部放电测量系统的频带范围相匹配， 可抑制试验电源系统的传递干扰。4） 选用具有内部屏蔽式结构的中间试验变压

40、器， 阻隔干扰信号的耦合。5） 在测量仪器交流 220V 电源入口设置屏蔽型隔离变压器、 采用专用独立电源等措施， 可抑制测量仪器电源回路干扰。3. 1. 3. 2. 2接地系统干扰的抑制1） 整个试验回路原则上应一点接地。 采用带有绝缘护套的接地线、 放射形连接、 缩短接地线长度等措施， 可抑制来自接地线回路的干扰。2） 在变电站内选择其他独立接地点作为测量回路的接地， 可抑制测量回路的干扰。3. 1. 3. 2. 3空间电磁干扰的抑制1） 尽量减小试验回路的尺寸， 并合理选择局部放电测量仪器的频带。2） 尽量缩短局部放电检测阻抗信号传输线的长度， 检测阻抗应就近接地， 减小空间干扰对检测阻

41、抗的影响。3） 试品周边金属物件均应可靠接地。4） 对于相位固定、 幅值较高的干扰， 可利用具有选通元件的测量仪器剔除此类干扰。3. 1. 3. 2. 4电晕放电的抑制1） 在试品的高电位处加装合适尺寸的均压罩， 并可靠连接， 防止电晕和悬浮放电对局部放电测量的影响。2） 采用直径不低于 80mm 的金属屏蔽管内穿绝缘载流线作为高压试验引线。3） 绝缘载流线应具有足够的载流面积， 与金属屏蔽管应只有一点连接。4） 整个试验回路中试验设备之间的连接应牢固可靠， 避免悬浮放电。3. 1. 3. 2. 5其他干扰抑制措施1） 在试验前监测每日不同时段的干扰情况， 掌握干扰规律， 找到干扰较小的时间窗

42、口。 尽量安排在干扰较小的时段进行试验。 必要时， 试验过程中， 暂停试验场地周围的电焊及油处理作业。2） 综合考虑气候环境的影响， 环境湿度对空间电荷影响较大， 相对湿度在 50% 70% 时开展试验较为理想。3） 控制试验设备自身局部放电水平， 避免试验设备自身放电而影响局部放电测量结果。4） 加强试验过程中的监测。 在试验过程中， 用紫外线成像仪对试验回路和试品进行监测， 发现电晕放电后采取相应的屏蔽措施； 使用超声定位仪对试品进行辅助监测， 以判断放电来源。 3. 2特 高 频 法在局部放电产生过程中， 每一次局部放电的产生都会发生正负电荷的中和， 伴随有一个陡的电流脉冲， 其上升时间

43、为纳秒级或亚纳秒级， 并激发特高频段的电磁波。局部放电特高频检测法基本原理是通过特高频传感器对电力设备中发生局部放电时产生的特高频电磁波信号进行检测， 从而获得局部放电的相关信息。特高频局部放电谱图主要分为：1） PRPS （ Phase Resolved Pluse Sequence， 脉冲序列相位分布）谱图。 PRPS 谱图是一种三维柱形图， 一般情况下 x 轴表示相位， y 轴表示信号周期数量， z 轴表示信号强度或幅值， 柱形颜色深度代表信号强度或幅值的大小。2） PRPD 谱图。综合上述两种谱图特征， 可判断局部放电类型， 并结合电气设备内部结构特征及特高频定位结果推断局部放电部位及

44、严重程度。3. 2. 2. 1自由金属颗粒放电自由金属颗粒放电的特征有： 放电幅值分布较广， 放电时间间隔不稳定， 其极性效应不明显， 在整个工频周期相位均有放电信号分布， 如图 3-5 所示。图 3-5 自由金属颗粒放电谱图a） 典型 PRPS 谱图 b） 典型 PRPD 谱图图 3-6 悬浮电位体放电谱图a） 典型 PRPS 谱图 b） 典型 PRPD 谱图3. 2. 2. 2悬浮电位体放电3. 2. 2. 3绝缘件内部气隙放电悬浮电位体放电的特征有： 放电脉冲幅值稳定， 且相邻时间间隔基本一致。 当悬浮金属体不对称时， 正负半波检测信号有极性差异。悬浮放电由于幅值较高且稳定， 在 PRPD 谱图中会形成特殊的两个悬浮状 “ 云朵”， 如图 3