第5章高频局部放电检测技术(DOC)

《电网设备状态检修技术（带电检测分册）》

第五章高频局部放电检测技术

目录

第1节高频局部放电检测技术概述 (2)

1.1 发展历程 (2)

1.2 技术特点 (3)

1.2.1 技术优势及局限性 (3)

1.2.1 局限性 (3)

1.2.3 适用范围 (4)

1.3 应用情况 (4)

第2节高频局部放电检测技术基本原理 (4)

2.1 罗氏线圈基本知识 (4)

2.2 高频局部放电检测基本原理 (6)

2.3 高频局部放电检测装置组成及原理 (7)

第3节高频局部放电检测及诊断方法 (9)

3.1 检测方法 (9)

3.1.1 电力电缆 (9)

3.1.2 其他电力设备 (10)

3.2 诊断方法 (11)

第四节典型高频局部放电案例分析 (14)

4.1 110kV 电缆GIS终端内部气隙局部放电缺陷案例 (14)

参考文献 (16)

第1节高频局部放电检测技术概述

1.1 发展历程

高频局部放电检测方法是用于电力设备局部放电缺陷检测与定位的常用测量方法之一，其检测频率范围通常在3MHz到30MHz之间。高频局部放电检测技术可广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备的局放检测，其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合，也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。

高频局部放电检测方法，根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。电感型传感器中高频电流传感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT）具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点，因此应用最为广泛，其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测，高频电流传感器多采用罗格夫斯基线圈结构。

罗格夫斯基线圈（Rogowski coils，简称罗氏线圈）用于电流检测领域已有几十年历史。早在1887年英国布里斯托大学的茶托克教授即进行了研究，把一个长而且形状可变的线圈作为磁位差计，并且通过测量磁路中的磁阻，试图研究更加理想的直流发电机。罗格夫斯基线圈检测技术在20世纪90年代被英国的公立电力公司（CEGB）用在名为“El-Cid”的新技术里，用于测试发电机和电动机的定子[1]。罗氏线圈自公布起就受到了很多学者的重视，对于罗格夫斯基线圈的应用也越来越广泛，1963年英国伦敦的库伯在理论上对罗格夫斯基线圈的高频响应进行了分析，奠定了罗格夫斯基线圈在大功率脉冲技术中应用的理论基础[2]。20世纪中后期以来，国外一些专家学者和公司纷纷对罗氏线圈在电力上的应用进行了大量的研究，并取得了显著的成果。如法国ALSTHOM公司有一些基于罗氏线圈电流互感器产品问世，其主要研究无源电子式互感器，在20世纪80年代英国Rocoil公司实现了罗格夫斯基线圈系列化和产业化。总而言之，在世界范围内对于罗格夫斯基线圈传感器的研究，于20世纪60年代兴起，在80年代取得突破性进展，并有多种样机挂网试运行，90年代开始进入实用化阶段。尤其进入21世纪以来，微处理机和数字处理器技术的成熟，为研制新型的高频电流传感器奠定了基础。20世纪90年代欧洲学者将罗氏线圈应用于局部放电检测，效果良好，并得到了广泛应用。例如意大利的博洛尼亚大学的G.C. Montanari

和A. Cavallini等人及TECHIMP公司成功研制了高频局部放电检测仪，并被广泛应用。

近几年国内的一些科研院所和企业均开始研制基于罗氏线圈传感器以及高频局放检测装置，虽然起步比较晚，有些技术还处于跟踪国外大公司的水平，但随着发展罗氏线圈电子式传感器的时机逐渐成熟，国内如清华大学、西安交通大学、上海交通大学、华北电力大学等对于罗氏线圈传感器进行了深入的研究和探索，并取得了大量成果[4]。

1.2 技术特点

1.2.1 技术优势及局限性

高频局放检测技术的技术优势及局限性主要表现在以下几个方面：

（1）可进行局部放电强度的量化描述。由于高频局放检测技术应用高频电流传感器，与传统的脉冲电流法具有类同的检测原理，若传感器及信号处理电路相对确定的情况下，可以对被测局部放电的强度进行理化描述，以便于准确评估被检测电力设备局部放电的绝缘劣化程度。

（2）具有便于携带、方便应用、性价比高等优点。高频电流传感器作为一种常用的传感器，可以设计成开口CT的安装方式，在非嵌入方式下能够实现局放脉冲电流的非接触式检测，因此具有便于携带、方便应用的特点。

（3）检测灵敏度较高。高频电流传感器一般由环形铁氧体磁芯构成，铁氧体配合经磁化处理的陶瓷材料，对于高频信号具有很高灵敏度。局部放电发生后，放电脉冲电流将沿着接地线的轴向方向传播，即会在垂直于电流传播方向的平面上产生磁场，电感型传感器是从该磁场中耦合放电信号。除此之外利用HFCT进行测量，还具有可校正的优点。

1.2.1 局限性

（1）高频电流传感器的安装方式也限制了该检测技术的应用范围。由于高频电流传感器为开口CT的形式，这就需要被检测的电力设备的接地线或末屏引下线具有引出线，而且其形状和尺寸能够卡入高频电流传感器。而对于变压器套管、电流互感器、电压互感器等容性设备来说，若其末屏没有引下线，则无法应用高频局放检测技术进行检测。

（2）抗电磁干扰能力相对较弱。由于高频电流传感器的检测原理为电磁感应，周围及被测串联回路的电磁信号均会对检测造成干扰，影响检测信号的识别及检测结果的准确性。这就需要从频域、时域、相位分布模式等方面对干扰信号进行排除。

1.2.3 适用范围

高频法仅适用于具备接地引下线电力设备的局部放电检测，主要包括电力电缆、变压器铁心及夹件、避雷器、带末屏引下线的容性设备等。

1.3 应用情况

随着高频局部放电检测技术的不断成熟，国网公司在高频局部放电检测应用实践上积累了大量的宝贵经验，发现了大量潜在缺陷，目前该方法已广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备局部放电检测。随着状态检修工作的不断深入，高频局部放电检测技术已列入状态检修试验规程，成为提前发现电力设备潜在缺陷的重要手段。

国家电网公司在推广应用高频局部放电检测技术方面做了大量卓有成效的工作。2010年，在充分总结部分省市电力公司试点应用经验的基础上，结合状态检修工作的深入开展，国家电网公司颁布了《电力设备带电检测技术规范（试行）》和《电力设备带电检测仪器配置原则（试行）》，在国家电网公司范围内统一了高频局部放电检测的判据、周期和仪器配置标准，初步建立起完整的高频局部放电检测技术标准体系，高频局部放电检测技术在国家电网公司范围全面推开。

第2节高频局部放电检测技术基本原理

2.1 罗氏线圈基本知识

罗格夫斯基线圈（Rogowski coils），简称罗氏线圈，又被称为磁位计，最早被用于磁路的测量。一般情况下罗氏线圈为圆形或矩形，线圈骨架可以选择空心或磁性骨架，导线均匀绕制在骨架上。罗氏线圈的结构示意图如图5-所示。

图 5-1 罗氏线圈结构示意图

罗氏线圈的原边为流过被测电流的导体，副边为多匝线圈。当有交变的电流流过穿过线圈中心的导体时，会产生交变的磁场。副边线圈与被测电流产生的磁通相交链，整个罗氏线圈副边产生的磁链正比于导体中流过的电流大小。变化的磁链产生电动势，且电动势的大小与磁链的变化率成正比。令流过导体的电流为()I t ，线圈副边感应出的电动势为()e t ，基于安培环路定律和法拉第电磁感应定律，可由Maxwell 方程[8]解得： ()()I t e t M

t ?=? （5-1）

其中M 为罗氏线圈的互感系数。

根据罗氏线圈负载的不同，线圈可分为外积分式和自积分式[9]。外积分式罗氏线圈又称作窄带型电流传感器，具有较好的抗干扰能力。当采用外积分式罗氏线圈时，为得到电流()I t 的波形，线圈的输出通常需要经过无源RC 外积分电路、由运放构成的有源外积分电路，以及数自积分电路等负载。外积分式罗氏线圈受积分电路频率性能影响较大，测量频率上限受到限制，一般用于测量兆赫兹以下的中低频率电流。自积分式罗氏线圈又称作宽带型电流传感器，具有相对较宽的检测频带。由于其直接采用积分电阻，因此频率响应较快，适用于测量上升时间较短的脉冲电流信号。

罗氏线圈根据其结构不同可分为挠性罗氏线圈、刚性罗氏线圈和PCB 型罗氏线圈[10-11]。挠性罗氏线圈以能够完全的挠性材料作为线圈骨架，将导线均匀绕在骨架上。测量时将骨架弯曲成一个闭合的环，使通电导体冲线圈中心穿过。这种线圈使用方便，但测量精确度低、稳定性不高。刚性罗氏线圈采用刚性结构线圈骨架，在结构上更容易使得绕线能够均匀分布，大大提高了抗外磁场干扰的能

力，从而提高了测量的精确度。这种线圈的测量精确度和可靠性较高，但在实际使用中会受到现场安装条件的限制。PCB 型罗氏线圈是一种基于印刷电路板（PCB ）骨架的罗氏线圈，相比传统的罗氏线圈，其线圈密度、骨架截面积以及线圈截面与中心线的垂直程度都有极大提高，是一种高精度的罗氏线圈。这种线圈现在还处于起步阶段，其实际应用还有一定的距离。

2.2 高频局部放电检测基本原理

用于局部放电检测的罗氏线圈称为高频电流传感器，其有效的频率检测范围一般为3MHz ～30MHz 。由于所测量的局部放电信号是微小的高频电流信号，传感器需要在较宽的频带内有较高的灵敏度。因此HFCT 选用高磁导率的磁芯作为线圈骨架，并通常采用自积分式线圈结构[13]。使用HFCT 进行局部放电检测的等效电路图如图 5-2所示。其中()I t 为被测导体中流过的局部放电脉冲电流，M 为被测导体与HFCT 线圈之间的互感，L s 为线圈的自感，R s 为线圈的等效电阻，C s 为线圈的等效杂散电容，R 为负载积分电阻，u o (t )为HFCT 传感器的输出电压信号。

图 5-2 高频电流传感器局部放电检测等效电路图

在传感器参数满足自积分条件的情况下，忽略杂散电容C s ，计算可得系统的传递函数为[15]：

o ()()()S U S M R H S R I S L N =≈= （5-2）

其中N 为线圈的绕线匝数。

因此，在满足自积分条件的一段有效频带内，HFCT 的传递函数是与频率无关的常数。并且，HFCT 的灵敏度与绕线匝数N 成反比，与积分电阻R 成正比。

事实上，在高频段C s 的影响是不能忽略的。在考虑C s 影响的情况下，系统的传递函数H (S )为：

o 2()()()()1S S S S S S U S MS H S L R I S L C S R C S R R =

=++++ （5-3）

HFCT 等效电路类似于高频小信号并联谐振回路，采用高频小信号并联谐振回路理论分析可得电流传感器的频带为：

下限截止频率：

S S 1S S S S 2()2R R R R f L RR C L ππ++=≈+ （5-4）

上限截止频率：

S S S 2S S S 122L RR C f L RC RC ππ+=≈ （5-5）

在实际使用中，一般希望HFCT 有尽可能高的灵敏度，并且在较宽的频带范围内有平滑的幅频响应曲线。同时要求HFCT 有较强的抗工频的磁饱和能力，这是因为实际检测时不可避免有工频电流流过，而此时不应因磁芯饱和而影响检测结果。

2.3 高频局部放电检测装置组成及原理

常用的高频局部放电检测装置包括：传感器、信号处理单元、信号采集单元和数据处理终端。高频局部放电检测装置结构如图 5-3所示，装置实物图如图 5-4所示。

图 5-3 高频局部放电检测装置结构图

图5-4高频局部放电检测装置实物图

（一）传感器

高频局部放电检测HFCT传感器按安装位置不同主要分为接地线HFCT和电缆本体HFCT。安装在电力设备接地线或电缆交叉互联系统上的HFCT传感器，内径一般为几十毫米；安装在单芯电力电缆本体上的HFCT传感器，内径一般在100毫米以上，传感器灵敏度相对接地线HFCT较低。

接地线HFCT传感器又可根据检测需要分为分体式和整体式。分体式HFCT 线圈可开合，方便测试时安装和拆卸，可以使用一个传感器对设备多个位置进行测量。整体式HFCT传感器需要在设备接地线安装时同时进行安装，适合长期监测用。现有的HFCT传感器下限截止频率大多在1MHz以下，上限截止频率为几十MHz。一般要求传感器的-6 dB 下限截止频率不高于1 MHz，上限截止频率不低于20 MHz，在输入10 MHz正弦电流信号时传输阻抗不小于5mV/mA（频带以及传输阻抗定义见GB/T 7354）。

（二）信号处理单元

针对传感器的输出信号，需要进行滤波和放大。实际测量中会有各类噪声和干扰信号，因此需要配合硬件滤波器或后续数字滤波功能进行滤波。滤波过后信号幅值会有一定程度的衰减，须经过宽带放大器放大，从而达到提高局部放电信号信噪比的目的。对于具有电压同步功能的高频局部放电检测装置，可以通过外部触发信号为检测装置提供电压同步。同步信号可由分压电容、电源或工频电流互感器提供。某些设备还会对经过滤波放大的局部放电脉冲信号进行检波处理，从而降低对后续信号处理的要求。信号处理单元的性能主要由上、下限截止频率和放大倍数来衡量。一般要求仪器能够在叠加40kHz~500kHz固定频率正弦信号的情况下能够有效检测出100pC放电量。

（三）信号采集单元

信号采集单元主要有数据采集卡构成，将实际采集到的模拟信号转化为可供

进一步处理的数字信号。信号采集单元的主要性能参数为采样率、采样分辨率、带宽以及存储深度。常用的高频局部放电检测设备采样率在几MS/s到100MS/s。采样率越高越能够还原局部放电信号的高频分量。

（四）数据处理终端

数据处理终端往往采用笔记本电脑，安装有专门的数据处理与分析诊断软件，主要用于显示测量结果。常规高频局部放电检测装置所提供的检测结果包括：单脉冲时域波形显示、单周期（20ms）时域波形显示、多周期局部放电Q- 谱图、PRPD谱图、局部放电脉冲频谱分析等。有些仪器还具有数字滤波功能、局部放电类型模式识别功能、局部放电定位功能、多通道同步测量以及多种测量检测方法联合测量等功能。一般要求仪器的整机灵敏度不小于100pC，并且能够有效检测且识别出电晕放电。

第3节高频局部放电检测及诊断方法

3.1 检测方法

高频局部放电检测具有非嵌入式检测，不同电力设备结构区别较大，从而对应的高频检测方法略有不同，但检测原理及局部放电检测装置基本一致。下文对电力电缆及其它电力设备分别介绍高频局放检测的具体操作方法。

3.1.1 电力电缆

电力电缆局部放电带电测试前，需对检测系统进行性能校验，其方法可参考IEC60270局部放电测量方法中7.3部分进行校验，确保检测系统可以正常工作。在线带电测量时，针对局部放电检测系统的灵敏度校验，CIGRE B1.28工作组提出可在一端HFCT处直接注入校准脉冲，在各接头或另一端进行测量。但该方法受传感器性能、电缆长度及电缆种类等因素影响，倍受质疑。因此利用高频电流互感器进行带电检测时其系统灵敏度校验方法一直没有达成统一共识[16]。

电力电缆局部放电带电测试时，HFCT测量位置示意及实物安装图如图5-5、图5-6所示。通常HFCT卡装在电缆本体、中间接头接地线以及终端接地线上。对于直埋电缆，可以在电缆中间接头检修工井电缆外护套交叉互联接地线或直接接地线上卡装HFCT方法进行检测，如果条件允许可以开挖电缆接头及本体，在电缆接头和本体上卡装HFCT进行辅助检测；对于隧道内电缆，应综合采用以上两种方法进行检测；对于电缆终端头，在保证安全、具有充分手段和条件情况下，

可在电缆终端头接地线上卡装HFCT 进行局部放电检测。

测试过程主要包括如下基本步骤：

（1）安装高频局放传感器，连接检测装置的电源线、信号线、同步线、数据传输线等一系列接线，并开始检测；

（1）观察数据处理终端（笔记本电脑）的检测信号时域波形与对应的PRPD 谱图，排除干扰并判断有无异常局放信号；

（2）确定存在异常局放信号后，可利用去噪、模式识别以及放电聚类等方法进一步识别（详细介绍见诊断方法）；

（3）对放电源进行定位，结合放电特征及放电缺陷诊断结果给出检测诊断结论，并提出检修建议。

高压线

电缆终端

中间接头

高压电缆HFCT

同步

触发同步触发

传感器

图5-5 电缆本体及接头HFCT 安装示意图 图5-6中间头三相交叉接地箱内HFCT 安装图

现场电缆局部放电带电测试时应注意以下事项：

（1） 根据现场测试环境应准备相应的防护和工作器具，如在电缆隧道内工作应确认隧道内是否存在有毒易燃气体并采取相应手段予以排除。

（2） 对于在电缆互层交叉互联接地线和直接接地线上进行的测试工作应使用合适的工具打开接地箱，在开启过程中严禁接触裸母排等导体，传感器的卡装等操作应佩戴10kV 电压等级绝缘手套。

（3） 对于电缆终端下方的测试应保证所有操作处于电气安全距离范围内。

3.1.2 其他电力设备

对于其他电力设备，如旋转电机、开关设备以及变压器等，利用高频电流互感器进行局部放电检测方法与电缆类似，都是在连接设备电缆本体或接地线上进

行测量，图5-7是几种利用HFCT 进行带电或在线监测时的检测示意图。对于这些设备，在进行局部放电测试前，同样需要对局部放电检测系统进行校验，以确保检测设备的正常运行。由于开关柜、旋转电机等正常运行时电压均较高，在进行传感器安装、设备调试过程中务必佩戴相应等级的绝缘手套以及在一定的电气安全距离内操作，确保人生安全。 高压套管

接地引下线

高频CT

同步线圈信号采

集单元图5-7 带接地引下线设备高频局部放电检测原理图

3.2 诊断方法

对于不同电力设备，高频局部放电检测的诊断方法基本一致，主要包括两大部分：噪声抑制及放电信号区分、局部放电源的准确定位。

（一） 噪声抑制、干扰排除及局放缺陷诊断

对不同电力设备进行高频局部放电检测时，高频传感器耦合出来的信号并非单纯的放电信号，而是混合着电磁干扰噪声，如何将干扰噪声去除是局部放电带电检测过程中较为困难和关键的问题之一。

按照时域波形特征，外部背景噪声主要包括周期型干扰信号、脉冲型干扰信号和白噪声干扰信号。针对不同干扰信号的特征和性质，需采用不同的抑制措施。在已有的各种系统中，干扰信号抑制主要包括硬件和软件两个方面的措施。虽然硬件抑制方法有一定的效果，但是现场干扰会随着环境、设备负载以及运行方式的改变而改变，硬件抑制方法难以达到理想的效果。

随着数字信号处理技术的发展，高频局部放电检测中的干扰抑制措施主要依靠软件实现。目前常用的数字化抗干扰方法主要有：脉冲平均法、数字滤波法、信号相关法、神经网络法以及小波分析法。小波变换是基于非平稳信号的分析手

段，在时域、频域同时具有良好的局部化性质，非常适合于不规则、瞬变信号的处理，越来越多的用于高频局部放电检测的干扰抑制措施中。

对于放电信号的区分，一方面可利用前述的抗干扰技术，将外界干扰噪声抑制到较小水平，另一方面也可通过与不同缺陷放电特征数据库进行对比，即进行放电信号的模式识别。模式识别的主要步骤包括放电信号的测量、放电信号特征提取与分类和特征指纹库比对三个步骤，从而判断所测信号是否为真实的放电信号以及是何种放电。一种模式识别方法是利用相位统计谱图的形状特点，通过计算统计谱图的偏斜度、陡峭度以及相互关联因素等特征参数，从而对缺陷类型进行确认和识别。另外一种是聚类分析法，该方法主要将放电信号按其各自的等效频率、等效时长或其它与波形相关的特征参量进行分类，形成时频域映射谱图。时频谱图的特点是多个放电源、不同放电类型的局部放电脉冲会被映射到不同聚点，这样便于在局部放电相位谱图上将真实放电和噪声干扰区分开来如图5-8所示。还有一种聚类原理是利用三相同步局部放电检测技术，对耦合到的信号进行幅度、相位或频率的计算，从而进行分类，如图5-9所示。

图5-8局部放电时频映射谱图[16]

图5-9三相局部放电同步检测聚类谱图[28]

（二）放电源的定位

对于电力电缆运行情况下局部放电源的定位，较为简单的方法是利用高频局部放电检测传感器在电缆终端、各个接头处分别进行局部放电信号的检测，通过对比分析不同传感器位置放电信号的时域和频域特征，来进行放电源的大致定位。该方法主要利用的是放电脉冲信号在电缆中传输衰减原理，随着放电信号的传播，放电信号幅值减小，上升时间下降、脉冲宽度变宽，信号高频分量严重衰减等，因而可利用这些特点大致判断出放电源的位置。但值得注意的是该方法较为粗略，精度较低，仅能大致判断出在哪个接头附近或哪两接头间存在缺陷。

另一种方法是利用分布式局部放电同步检测技术。该方法与上述方法类似，但不同的是在连续几个接头处进行同步测量，根据不同测量处耦合到同一脉冲信号的幅值大小、极性以及到达时间的不同而准确定位放电源的位置。该方法已在电缆在线局部放电监测中逐渐展开应用，如图5-10所示。

图5-10 分布式同步局部放电检测技术

还有一种方法是进行双端局部放电定位。该方法采用的仍为脉冲反射（TDR）原理。对于较长电缆，放电信号的严重衰减会导致反射脉冲不可分辨，因此有必要进行双端局部放电定位：在电缆两端分别安装高频检测传感器，在电缆远端同时安装便携式应答装置和大幅值脉冲发生器。当在远端检测到放电脉冲信号时（高于设定阈值），便携式应答装置被启动，触发大幅值脉冲发生器发出一个幅值较大的脉冲，从而可根据原脉冲与大脉冲信号之间的时间差对电缆缺陷进行准确定位。

对于其他电力设备，如变压器、互感器等，利用高频局部放电检测传感器定

位的应用较少，对应的局部放电源定位可采用超声波、特高频等方法实现。

第四节典型高频局部放电案例分析

4.1 110kV 电缆GIS终端内部气隙局部放电缺陷案例

（一）案例经过

2013年9月，对某110kV电缆线路进行巡视时发现其变电站内部分存在局部放电信号，精确定位结果显示局部放电缺陷位于该电缆线路B相GIS终端电缆仓内。随后，对B相电缆仓进行开仓检查并更换电缆终端，更换后异常信号消失。对更换下来的GIS终端进行X光检测和解体发现在环氧套管地电位金属内衬件端部存在3.9mm不规则气腔，验证了局部放电检测的有效性。

（二）检测分析方法

采用高频局部放电检测仪器对上述110kV电缆终端接地箱进行检测，检测图谱如图5-11所示。由检测图谱可知，在三相电缆接地箱处均能检测到明显的局部放电信号，其中，B相幅值最大，达到200mV左右；A、C相幅值较小均在80mV 左右。且在同一同步信号下，A、C相放电信号与B相信号极性相反，表明局部放电信号穿过B相传感器的方向与穿过其他两相传感器的方向相反，即局部放电信号沿着B相电缆终端接地线传播，再经同一接地排传播至其他两相的接地线，因此确定局部放电源位于B相GIS电缆终端。同时，采用特高频传感器和高速示波器对上述局部放电源位置进行了确认。

（a）A相检测图谱

（b）B相检测图谱

（c）C相检测图谱

图5-11 110kV电缆终端接地箱处高频局部放电检测图谱

采用GE数字化放射摄影系统（CT）对该环氧套管进行X光扫描，扫描结果如图5-12所示，由图可见，在该GIS终端套管底部内衬件端部存在3.9mm不规

则气隙，解体切割后的气隙如图5-13所示。

图5-12环氧套管CT扫描重建横向与纵向断面图

图5-13解体切割后的气隙

（三）经验体会

（1）该案例表明高频局部放电检测不仅能发现电缆中间接头的局部放电缺陷，通过在电缆终端接地箱处进行检测，还能有效发现电缆终端甚至GIS仓体内部的局部放电缺陷。

（2）通过对三相高频检测图谱中时域脉冲的极性和幅值分析，可以很容易的辨别出缺陷的相别。

（3）对缺陷设备进行的X光检测和解体分析验证了高频带电检测的有效性，对于该项技术的推广应用具有重要意义。

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局部放电缺陷检测典型案例和图谱库

电缆线路局部放电缺陷检测典型案例 （第一版） 案例1：高频局放检测发现10kV电缆终端局部放电 （1）案例经过 2010年5月6日，利用大尺径钳形高频电流传感器配Techimp公司PDchenk 局放仪，在某分界小室内的10kV电缆终端进行了普测，发现1-1路电缆终端存在局部放电信号，随后对不同检测位置所得结果进行对比分析，初步判断不同位置所得信号属于同一处放电产生的局放信号，判断为电缆终端存在局放信号。 2010年6月1日通过与相关部门协调对其电缆终端进行更换，更换后复测异常局放信号消失。更换下来的电缆终端经解体分析发现其制作工艺不良，是造成局放的主要原因。 （2）检测分析方法 测试系统主机和软件采用局放在线检测系统，采用电磁耦合方法作为大尺径高频传感器的后台。 信号采集单元主要有高频检测通道、同步输入及通信接口。高频检测通道共有3个，同时接收三相接地线或交叉互联线上采集的局部放电信号，采样频率为100 MHz，带宽为16 kHz~30 MHz，满足局部放电测试要求。同步输入端口接收从电缆本体上采集的参考相位信号，通过光纤、光电转换器与电脑的RS232串口通信，将主机中的数据传送至电脑中，从而对信号进行分离、分类及放电模式识别。 利用局部放电测试系统，在实验电缆中心导体处注入图1-1的脉冲信号，此传感器可直接套在电缆屏蔽层外提取泄漏出来的电磁波信号，在电缆中心导体处注入脉冲信号，耦合到的信号如图1-2所示。 图1-1 输入5 ns脉冲信号图1-2输入5 ns脉冲信号响应信号 将传感器放置不同距离时耦合的脉冲信号如图1-3所示。距电缆终端不同距离耦合的脉冲信号随其距离的增长而减小（见图1-4），这样就可以判断放电是来

国内外几种电缆局部放电在线检测方法技术分析

国内外几种电缆局部放电在线检测方法技术分析 李华春周作春张文新从光 北京市电力公司 100031 [摘要]：本文简要的介绍国内外几种电缆局部放电在线检测方法的原理和特点，并进行了简单的分析比较。结合国内外电缆局部放电在线检测方法研究和应用情况提出当前XLPE电缆局部放电在线监测存在的问题以及在高压XLPE电缆附件局部放电在线检测研究方面今后还需要做的工作。 [关键词]：电缆、局部放电、在线检测、分析 前言 常规XLPE电缆局部放电测量多采用IEC60270法，但是其测量频带较低，通常在几十到几百kHz范围内，易受背景干扰的影响，抗干扰能力差。理论研究表明，XLPE电力电缆局部放电脉冲包含的频谱很宽，最高可达到GHz数量级。因此，选择在信噪比高的频段测量有可能有效地避免干扰的影响。目前国内外已把电缆局部放电测量的焦点转移到高频和超高频测量上。 [2][1]。 迄今为止，国内外用于XLPE电缆局部放电检测的方法有很多。但由于X LPE电缆局部放电信号微弱，波形复杂多变，极易被背景噪声和外界电磁干扰噪声淹没，所以研究开发电缆局部放电在线检测技术的难度在所有绝缘在线检测技术中是最高的。由于电缆中间接头绝缘结构复杂，影响其绝缘性能的原因很多，发生事故的概率大于电缆本体，同时在电缆中间接头处获取信号比从电缆本体获取信号灵敏度要高且容易实现，因

此通常电缆局部放电在线检测方法亦多注重于电缆附件局部放电的检测，或者在重点检测电缆中间接头和终端的同时兼顾两侧电缆局部放电的检测。电缆局部放电在线检测方法中主要的检测方法有差分法 耦合法[6、7、8、9][3、4]、方向耦合法、电磁[13、14、15、16][5]、电容分压法[10]、REDI局部放电测量法 [18][11、12]、超高频电容法、超高频电感法[17]、超声波检测法等。在众多检测方法中，差分法、方向耦合法、电 磁耦合法检测技术目前已成功应用到现场测量中。下面简要的介绍这些方法的原理和特点。 1. 电缆局部放电在线检测方法中主要的检测方法 1.1. 差分法（the differential method） 差分法是日本东京电力公司和日立电缆公司共同开发的一种方法。其基本原理见图1。将两块金属箔通过耦合剂分别贴在275kV XLPE电缆中间接头两侧的金属屏蔽筒上（此类中间接头含有将两端金属屏蔽筒连接隔断的绝缘垫圈），金属箔与金属屏蔽之间构成一个约为1500～2000pF 的等效电容。两金属箔之间连接50欧姆的检测阻抗。金属箔与电缆屏蔽筒的等效电容、两段电缆绝缘的等效电容（其电容值基本认为相等）与检测阻抗构成检测回路。当电缆接头一侧存在局部放电，另一侧电缆绝缘的等效电[3] 容起耦合电容作用，检测阻抗便耦合到局部放电脉冲信号。耦合到的脉冲信号将输入到频谱分析仪中进行窄带放大并显示信号。研究发现，频谱分析仪中心频率设在10～20MHz时，信噪比最高。差分法的检测回路

电气设备局部放电检测技术的思考

电气设备局部放电检测技术的思考 发表时间：2018-05-02T11:44:18.290Z 来源：《科技中国》2017年11期作者：安军红[导读] 摘要：在电气设备中，局部放电检测技术是一种公认的绝缘状态评判办法，目前该技术的应用尤为广泛，且成效显著。设备局部放电过程中，会在周边的空间中产生电气、声、光等变化，而伴随着这些变化的产生，可为设备绝缘状态提供相应的检测信号。本文主要对电气设备局部放电检测技术进行了研究和思考。 摘要：在电气设备中，局部放电检测技术是一种公认的绝缘状态评判办法，目前该技术的应用尤为广泛，且成效显著。设备局部放电过程中，会在周边的空间中产生电气、声、光等变化，而伴随着这些变化的产生，可为设备绝缘状态提供相应的检测信号。本文主要对电气设备局部放电检测技术进行了研究和思考。 关键词：电气设备；局部放电；检测技术；绝缘介质；高场强区域前言：局部放电与闪络和击穿不同，其属于绝缘部分区域的微小击穿。而电器设备中的绝缘材料通常都是由有机材料构成，如环氧、绝缘纸等等，由于其在运行过程时常出现杂质和气泡问题，进而使绝缘介质表面产生高场强区域，最终出现了局部放电的现象。 1电气设备局部放电检测技术局部放电测量工作通常都是在设备运行、现场试验以及设备出厂的过程中进行，借助局部放电定位、模式以及强度等因素，对测量结果的精准性进行判断。在此过程中，检测技术处于基础与核心的地位。结合上述几个重要因素，可对介质的绝缘状态进行精准、合理的评估。具体分析如下： 1.1脉冲电流法 目前，该方式是唯一具有国际认证标准的检测方法，其主要是借助设备的接地点和中性点，对局部放电所导致的脉冲电流进行测量，由此可精准获得放电频次、放电相位以及实际放电量等信息。在传统的测量方式中，通常可分为窄带测量和宽带测量2种。前者频带宽度较窄，通常保持在9~30KHz之内，具有强大的抗干扰能力和较高的灵敏度，但缺陷在于信息丰富度低和脉冲的分辨率低等等。后者在应用过程中，检测频率范围在30~100KHz之间，具有信息量丰富、脉冲分辨率高峰优势，但缺陷在于噪音比较低。 基于上述两种检测方式中存在的缺陷和不足，目前，相关学者尝试将更高检测频率应用于实践测量工作中，如测量阻抗，其宽带频率为30KHz，该方式主要借助了特殊的数据处理办法，对噪声加以剔除，并结合脉冲表现特征中局部脉冲和噪声脉冲之间的差别，实现了脉冲在频域和时域的变换，并对各脉冲的等效时间和宽带进行精准计算。该方式目前的应用十分广泛，其在局部放电识别、分离等领域也具有着十分突出的效果[1]。 1.2特高频检测法 设备在局部放电过程中，所产生的电磁波谱特性与放电间隙绝缘强度和电源的几何波形之间存在着十分密切的关系。若实际的放电间隙较小，则高频电磁波的辐射水平也就比较高。 特高频检测方式起初在气体组合电器（GIS）中应用较为广泛，据相关研究实验表明，在GIS中局部放电中，信号通常都是以横磁波、横电波以及横电磁波等形式传播。发生于变压器中的局部放电，由于绝缘结构具有一定的复杂性，进而导致电磁波在传播的过程中出现了衰减和折反射的现象，与此同时，变压器内箱壁同样也会影响电磁波传播，进而大幅度增加了局部放电测量工作的难度。基于上述情况，相关研究人员又开展了一系列的实验研究，如将特制的高频天线应用于变压器油阀中，使油箱内壁和天线保持在同一平面，并借助波导结构将所获取的信号导入到检测装置中，以此降低电磁波传播过程中产生的衰减，从而大幅度提升测量结果的精准性和测量过程的灵敏性。与此同时，研究人员还对变压器进行了深入分析和实验，即在其顶部开设介质窗，特高频天线便可借助该窗口对局部放电信号进行提取，该方式的实践应用效果尤为显著[2]。 1.3超声波检测法 GIS、变压器等设备在产生局部放电现象的过程中，通常都会经历电荷中和的过程，与此同时，也会产生一定的电流脉冲，最终产生类似于“爆炸”的现象，在结束放电之后，发生膨胀的区域才会慢慢恢复至原有体积。局部放电主要是脉冲形成，由此也会产生一系列的声波，另外，超声波检测法在具体应用的过程中，还可实现对机械波的检测，并以此判断颗粒实际的运动状态。 局部放电过程中，声波频率通常在10~107Hz，随着电气设备、环境条件、传播媒介、放电状态的不断变化，声波频率也会随之发生一定改变。在GIS中，局部放电不仅会产生声波，同时还伴有操作、机械振动、颗粒碰撞等产生的声波，但频率通常都比较低，在检测GIS局部放电的过程中，超声波传感器的谐振频率通常保持在25kHz左右，但在变压器中，则通常保持在150kHz左右。 相关研究人员借助超声传感器，实现了模型内部缺陷的检测，并通过超声符号的分量和幅值等因素，对缺陷类型进行精准定性，通过对超声信号进行分析，可对自由颗粒的实际移动方向进行精准推测。而变压器局部放电测量装置的诞生主要是依靠了LABVIEW平台，通过实验室研究，发现该装置在应用的过程中，可精准的获取局部放电量、模式以及放电位置等信息。 2局部放电检测技术存在的不足及未来发展途径电气设备局部放电检测技技术经常长时间的发展和应用，目前已经逐渐形成完善的检测流程和方法，其中，具有代表性的要数超声检测法和特高频检测法，其与常规的检测技术存在较大差别。在实际应用的过程中，可查找出很多绝缘缺陷问题，降低了事故问题的发生概率。但局部放电的故障和缺陷往往是针对于电气设备而言，若设备的电压等级较高，则一般无法从根本上解决顽疾问题。具体缺陷和发展途径分析如下：第一，在线监测和带电检测在具体应用的过程中，最显著的问题在于其自身存在的不可靠性，且缺乏完善的测试标准和准入机制，进而直接对监测低结果造成不良影响。解决该问题的办法，一方面要确保装置本身的灵敏性、精准性和可靠性，为此，需对信号分析技术、数据采集技术以及传感器技术等进行深入分析；另一方面，还应强化装置的检测力度，并对其质量加以控制[3]。 第二，GIS、变压器等设备在局部放电的过程中，最为常见的测量方式为超声波法和特高频法。但在实践应用的过程中，发现上述两种测量方式并不能发现设备内部的所有缺陷，可见，其仍存在较多缺陷问题。基于上述情况，相关研究人员已将检测技术的深入研究作为工作重点，且也开发出很多全新的检测方式，如光检测法、化学检测法等等，虽然这些技术目前均处于应用的初级阶段，存在一定的缺陷和不足之处，但随着科学技术的不断发展以及人员研究力度的不断加大，检测技术在未来发展过程中必定更加完善，其应用效果也会得到显著提升。

局部放电测试方法

局部放电测试方法

局部放电测试方法 随着电力设备电压等级的提高，人们对电力设备运行可靠性提出了更加苛刻的要求。我国近年来110kV以上的大型变压器事故中50％是属正常运行下发生匝间或段间短路造成突发事故，原因也是局部放电所致。局部放电检测作为一种非破坏性试验，越来越得到人们的重视。 虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，高压绝缘设备都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但在出厂时要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。对电力设备进行局部放电测试是一项重要预防性试验。 根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产

生分解物等，可以有很多测量局部放电的方法。总的来说可分为电测法和非电测法两大类，电测法包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等，非电测法包括声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。 一、电测法 局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间很短，在气隙中一次放电过程在10 ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1μs。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等。 1．脉冲电流法 脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法。脉冲电流法的基本测量回路见图3-5 。图中C x代表试品电容，Z m（Z'm）代表测量阻抗，C k代表耦合电容，它的作用是为C x与

第章高频局部放电检测技术

《电网设备状态检修技术（带电检测分册）》 弟五章咼频局部放电检测技术 目录

第 1 节高频局部放电检测技术概述 发展历程 高频局部放电检测方法是用于电力设备局部放电缺陷检测与定位的常用测量方法之一，其检测频率范围通常在3MHz到30MHz之间。高频局部放电检测技术可广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备的局放检测，其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合，也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。 高频局部放电检测方法，根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。电感型传感器中高频电流传感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点，因此应用最为广泛，其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测，高频电流传感器多采用罗格夫斯基线圈结构。 罗格夫斯基线圈（Rogowski coils ，简称罗氏线圈）用于电流检测领域已有几十年历史。早在1887 年英国布里斯托大学的茶托克教授即进行了研究，把一个长而且形状可变的线圈作为磁位差计，并且通过测量磁路中的磁阻，试图研究更加理想的直流发电机。罗格夫斯基线圈检测技术在20 世纪90 年代被英国的公立电力公司（CEGB用在名为“ El-Cid ”的新技术里，用于测试发电机和电动机的定子[1]。罗氏线圈自公布起就受到了很多学者的重视，对于罗格夫斯基线圈的应用也越来越广泛，1963 年英国伦敦的库伯在理论上对罗格夫斯基线圈的高频响应进行了分析，奠定了罗格夫斯基线圈在大功率脉冲技术中应用的理论基础[2]。20 世纪中后期以来，国外一些专家学者和公司纷纷对罗氏线圈在电力上的应用进行了大量的研究，并取得了显着的成果。如法国ALSTHO公司有一些基于罗氏线圈电流互感器产品问世，其主要研究无源电子式互感器，在20世纪80 年代英国Rocoil 公司实现了罗格夫斯基线圈系列化和产业化。总而言之，在世界范围内对于罗格夫斯基线圈传感器的研究，于20 世纪60 年代兴起，在80 年代取得突破性进展，并有多种样机挂网试运行，90 年代开始进入实用化阶段。尤其进入21 世纪以来，微处理机和数字处理器技术的成熟，为研制新型的高频电流传感器奠定了基础。20 世纪90年代欧洲学者将罗氏线圈应用于局部放电检测，效果良好，并得到了广泛应用。例如意大利的博洛尼亚大学的. Montanari 和 A.

局部放电试验原理

局部放电试验 第一节局部放电特性及原理 一、局部放电测试目的及意义 局部放电：是指设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电，这种放电可以发生在导体(电极)附近，也可发生在其它位置。 局部放电的种类： ①绝缘材料内部放电（固体-空穴；液体-气泡）； ②表面放电； ③高压电极尖端放电。 局部放电的产生：设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高压电场作用下发生重复击穿和熄灭现象-局部放电。 局部放电的特点： ①放电能量很小，短时间内存在不影响电气设备的绝缘强度； ②对绝缘的危害是逐渐加大的，它的发展需要一定时间-累计效应-缺陷扩大-绝缘击穿。 ③对绝缘系统寿命的评估分散性很大。发展时间、局放种类、产生位置、绝缘种类等有关。 ④局部放电试验属非破坏试验。不会造成绝缘损伤。 局部放电测试的目的和意义： 确定试品是否存在放电及放电是否超标,确定局部放电起始和熄灭电压。发现其它绝缘试验不能检查出来的绝缘局部隐形缺陷及故障。 局部放电主要参量： ①局部放电的视在电荷q： 电荷瞬时注入试品两端时,试品两端电压的瞬时变化量与试品局部放电本身所引起的电压瞬变量相等的电荷量,一般用pC(皮库)表示。 ②局部放电试验电压： 按相关规定施加的局部放电试验电压，在此电压下局部放电量不应超过规定的局部放电量值。 ③规定的局部放电量值： 在规定的电压下，对给定的试品，在规程或规范中规定的局部放电参量的数值。 ④局部放电起始电压Ui： 试品两端出现局部放电时，施加在试品两端的电压值。 ⑤局部放电熄灭电压Ui: 试品两端局部放电消失时 的电压值。（理论上比起始电 压低一半，但实际上要低很多 5%-20%甚至更低） 二、局部放电机理： 内部放电：绝缘材料中含有气隙、油隙、杂质等，在电场的作用下会出现介质内部或介质与电极之间的放电。等效原理图：

变压器局部放电的原因分析

变压器局部放电的原因分析 其一，由于变压器中的绝缘体、金属体等常会带有一些尖角、毛刺，致使电荷在电场强度的作用下，会集中于尖角或毛刺的位置上，从而导致变压器局部放电；其二，变压器绝缘体中一般情况下都存在空气间隙，变压器油中也有微量气泡，通常气泡的介电系数要比绝缘体低很多，从而导致了绝缘体中气泡所承受的电场强度要远远高于和其相邻的绝缘材料，很容易达到被击穿的程度，使气泡先发生放电；其三，如果导电体相互之间电气连接不良也容易产生放电情况，该种情况在金属悬浮电位中最为严重。 局部放电的危害及主要放电形式 2.1 局部放电的危害 局部放电对绝缘设备的破坏要经过长期、缓慢的发展过程才能显现。通常情况下局部放电是不会造成绝缘体穿透性击穿的，但是却有可能使机电介质的局部发生损坏。如果局部放电存在的时间过长，在特定的情况下会导致绝缘装置的电气强度下降，对于高压电气设备来讲是一种隐患。 2.2 局部放电的表现形式 局部放电的表现形式可分为三类：第一类是火花放电，属于脉冲型放电，主要包括似流注火花放电和汤逊型火花放电；第二类是辉光放电，属于非脉冲型放电；第三类为亚辉光放电，具有离散脉冲，但幅度比较微小，属于前两类的过渡形式。 3 变压器局部放电检测方法 变压器局部放电的检测方法主要是以局部放电时所产生的各种现象为依据，产生局部放电的过程中经常会出现电脉冲、超声波、电磁辐射、气体生成物、光和热能等，根据上述的这些现象也相应的出现了多种检测方法，下面介绍几种目前比较常见的局部放电检测方法。 3.1 脉冲电流检测法 这种方法是目前国内使用较为广泛的变压器局部放电检测方法，其主要是通过电流传感器检测变压器各接地线以及绕组中产生局部放电时引起的脉冲电流，并以此获得视在放电量。电流传感器一般由罗氏线圈制成。主要优点是检测灵敏度较高、抗电磁干扰能力强、脉冲分辨率高等；缺点是测试频率较低、信息量少。 3.2 化学检测法 化学检测法又被称为气相色谱法。变压器出现局部放电时，会导致绝缘材料被分解破坏，在这一过程中会出现新的生成物，通过对这些生成物的成分和浓度进行检测，能够有效的判断出局部放电的状态。这种方法的优点是抗电磁干扰较强，基本上能够达到不受电磁干扰的程度，也比较经济便捷，还具有自动识别功能；但该检测方法也存在一些缺点：由于生成物的产生过程时间较长，故此延长了检测周期，只能发现早期故障，无法检测突发故障，并且该

局部放电的在线监测

局部放电的在线监测 一、绝缘内部局部放电在线监测的基本方法 局部放电的过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声、发光、发热以及出现新的生成物等。因此针对这些现象，局部放电监测的基本方法有脉冲电流测量、超声波测量、光测量、化学测量、超高频测量以及特高频测量等方法。其中脉冲电流法放电电流脉冲信息含量丰富，可通过电流脉冲的统计特征和实测波形来判定放电的严重程度，进而运用现代分析手段了解绝缘劣化的状况及其发展趋势，对于突变信号反应也较灵敏，易于准确及时地发现故障，且易于定量，因此，脉冲电流法得到广泛应用。目前，国内不少单位研制的局部放电监测装置普遍采用这种方法来提取放电信号。该方法通过监测阻抗、接地线以及绕组中由于局部放电引起的脉冲电流，获得视在放电量。它是研究最早、应用最广泛的一种监测方法，也是国际上唯一有标准（IEC60270）的局放监测方法，所测得的信息具有可比性。图4－4为比较典型的局部放电在线监测（以变压器为例，图中CT表示电流互感器）原理框图。 图4－4 脉冲电流法监测变压器局部放电原理框图 随着技术的发展，针对不同的监测对象，近年来发展了多种局部放电在线监测方法。如光测量、超高频测量以及特高频测量法等。利用光电监测技术，通过光电探测器接收的来自放电源的光脉冲信号，然后转为电信号，再放大处理。不同类型放电产生的光波波长不同，小电晕光波长≤400nm呈紫色，大部为紫外线；强火花放电光波长自<400nm扩展至>700nm，呈桔红色，大部为可见光，固体、介质表面放电光谱与放电区域的气体组成、固体材料的性质、表面状态及电极材料等有关。这样就可以实现局部放电的在线监测。同样，由于脉冲放电是一种较高频率的重复放电，这种放电将产生辐射电磁波，根据这一原理，可以采用超高频或特高频测量法监测辐射电磁波来实现局部放电在线监测。 日本H.KAwada等人较早实现了对电力变压器PD的声电联合监测（见图4-5）。由于被测信号很弱而变电所现场又具有多种的电磁干扰源，使用同轴电缆传递信号会接受多种干扰，其中之一是电缆的接地屏蔽层会受到复杂的地中电流的干扰，因此传递各路信号用的是光纤。通过电容式高压套管末屏的接地线、变压器中性点接地线和外壳接地线上所套装的带铁氧体（高频磁）磁心的罗戈夫斯基线圈供给PD脉冲电流信号。通过装置在变压器外壳不同位置的超声压力传感器，接受由PD源产生的压力信号，并由此转变成电信号。在自动监测器中设置光信号发生器，并向图中所示的CD及各个MC发出光信号。最常用的是，用PD 所产生的脉冲电流来触发监测器，在监测器被触发之后，才能监测到各超声传感器的超声压力波信号。后由其中的光信号接收器接收各个声、电信号。 综合分析各个传感器信号的幅值和时延，可以初步判断变压器内部PD源的位置。如果

第章 高频局部放电检测技术

《电网设备状态检修技术（带电检测分册）》第五章高频局部放电检测技术 目录

第1节高频局部放电检测技术概述 发展历程 高频局部放电检测方法是用于电力设备局部放电缺陷检测与定位的常用测量方法之一，其检测频率范围通常在3MHz到30MHz之间。高频局部放电检测技术可广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备的局放检测，其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合，也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。 高频局部放电检测方法，根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。电感型传感器中高频电流传感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT）具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点，因此应用最为广泛，其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测，高频电流传感器多采用罗格夫斯基线圈结构。 罗格夫斯基线圈（Rogowski coils，简称罗氏线圈）用于电流检测领域已有几十年历史。早在1887年英国布里斯托大学的茶托克教授即进行了研究，把一个长而且形状可变的线圈作为磁位差计，并且通过测量磁路中的磁阻，试图研究更加理想的直流发电机。罗格夫斯基线圈检测技术在20世纪90年代被英国的公立电力公司（CEGB）用在名为“El-Cid”的新技术里，用于测试发电机和电动机的定子[1]。罗氏线圈自公布起就受到了很多学者的重视，对于罗格夫斯基线圈的应用也越来越广泛，1963年英国伦敦的库伯在理论上对罗格夫斯基线圈的高频响应进行了分析，奠定了罗格夫斯基线圈在大功率脉冲技术中应用的理论基础[2]。20世纪中后期以来，国外一些专家学者和公司纷纷对罗氏线圈在电力上的应用进行了大量的研究，并取得了显着的成果。如法国ALSTHOM公司有一些基于罗氏线圈电流互感器产品问世，其主要研究无源电子式互感器，在20世纪80年代英国Rocoil公司实现了罗格夫斯基线圈系列化和产业化。总而言之，在世界范围内对于罗格夫斯基线圈传感器的研究，于20世纪60年代兴起，在80年代取得突破性进展，并有多种样机挂网试运行，90年代开始进入实用化阶段。尤其进入21世纪以来，微处理机和数字处理器技术的成熟，为研制新型的高频电流传感器奠定了基础。20世纪90年代欧洲学者将罗氏线圈应用于局部放电检测，效果良好，并得到了广泛应用。例如意大利的博洛尼亚大学的. Montanari和A.

紫外检测法用于电气设备局部放电

紫外检测法用于电气设备局部放电 １．1概述 随着工业发展和社会进步,电力系统向大容量、超高压和特高压方向发展,对系统运行可靠性要求越来越高。电力设备是组成电力系统的基本元件,其工作状况直接关系到电力系统的安全经济运行。电气设备绝缘材料多为有机材料，如矿物油,绝缘纸或各种有机合成材料,绝缘体各区域承受的电场一般是不均匀的，而电介质本身通常也是不均匀的，有的是由不同材料组成的复合绝缘体，如气体一固体复合绝缘、液体一固体复合绝缘以及固体一固体复合绝缘等。有的虽是单一的材料，但是在制造或使用过程中会残留一些气泡或其他杂质，于是在绝缘体内部或表面就会出现某些区域的电场强度高于平均电场强度，或某些区域的击穿场强低于平均击穿场强,因此在某些区域就会先发生放电,而其他区域仍然保持绝缘特性，这就形成了局部放电。 在电场作用下,导体间绝缘仅部分区域被击穿的电气放电现象称为局部放电。对于被气体包围的导体附近发生的局部放电，可称之为电晕。局部放电可能发生在导体边缘,也可能发生在绝缘体的表面或内部，发生在表面的称为表面局部放电,发生在内部的称为内部局部放电。实践证明局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的主要原因,故对电气设备局部放电的监测尤为重要。 局部放电对电气设备会带来严重的危害，主要表现在由于放电产生的局部发热、带电粒子的撞击、化学活性生成物以及射线等因素对绝缘材料的损害。虽然局部放电能量很小,但在运行电压作用下长期发展,最终会导致绝缘击穿,对设备的安全运行构成威胁，甚至造成电力设备运行时出现故障造成供电中断,其经济损失不可估量。我国曾对11０kV及以上的变压器统计表明,５0%的事故是匝间绝缘事故；1９７1-1974年我国对1７0台6kＶ及以上的电机事故进行统计,发现绝缘事故占60%，对1984-19８7年间的发电机事故调查表明，定子绕组绝缘击穿和相间短路占定子事故的４8.４%。面对电力系统口趋完善的保护措施，要求提高对设备的在监检测能力，对不同的电力设备制定出有效的测试及判断标准，在事故发展初期提出改善措施，以保证高压设备的运行安全，节约维修费用。 1. 2局部放电检测的常用方法及存在的问题 局部放电测量的方法很多，主要是根据放电过程中发生的物理化学效应，通过测量局部放电所产生的电荷交换、能量的损耗、发射的电磁波、声音和光以及生成的新物质来表征部放电的状态。常见的检测方法有:脉冲电流法、色谱分析

第5章 电力电容器局部放电测试方法

第5章电力电容器局部放电测试方法 5.1 电力电容器局部放电的产生和危害 电力电容器采用浸渍纸、浸渍薄膜以及浸渍纸和薄膜组合的绝缘结构。与其它绝缘结构相 比，电力电容器的重要特点是介质的工作场强特别高，由于局部放电使电容膨胀，早期损坏以及发生爆炸的现象早已引起制造部门和运行部门的重视。例如，在全膜电容器中，介质损耗大大降低，热击穿可能性下降了，更加突出了电击穿的可能性。因此，在设计制造全膜电容器时，首先应考虑的就是局部放电问题。 电容器是由几种介质串联的组合绝缘，在交流电压下，电压分配与各层的电容量成反比， 在直流电压下，电压分配与各层的绝缘电阻成正比，因此组合绝缘的耐电强度与各成分的耐电强度和搭配情况有关。局部放电包括绝缘结构内气隙中的放电和浸渍剂中的局部放电。局部放电可以发生在电容器极下面的绝缘层中，即均匀电场部分所包含的气隙中，也可以发生在极板边缘电场集中处。 绝缘中气泡发生放电后，除了产生热，破坏介质的热稳定性之外，还产生离子或电子对介 质的撞击破坏，以及形成臭氧和氮的氧化物，对介质产生化学腐蚀作用。 当气隙厚度增加、介质厚度增加或介质的介电常数增加时，均使局部放电场强下降。在理 想情况下 E可以很高，但如果浸渍剂干燥不够，去气不彻底或液体中含有杂质，则会使电场i 发生畸变，产生电场集中，使 E下降很多。因此，电容器必须采取严格的真空浸渍。 i 另外，产生放电的原因是过电压的作用使介质内部某处场强过高而产生局部放电。在交流 电压作用下，电容器绝缘中局部放电首先在场强较高的电极边缘产生。用显微镜观察油浸纸局部放电的破坏过程，当电场足够高时、首先在电极边缘上的纸纤维发生断裂，于是电极边缘下的纸发生突起并出现小洞，此后小洞不断扩大延伸到下一层纸，这时部分纤维断裂完全脱离了纸，扩散到油中或沉积在损伤部位，但纸没有炭化，最后多层纸均被损伤，在最薄弱点产生击穿，在击穿通道上生成整齐的炭化边缘。当遇到纸层中弱点时也会贯穿纸层，最后发生击穿。 对绝缘材料研究表明，在局部放电作用下寿命是随电场的增加而呈指数式下降的。大量的 事实证明，电力电容器内部局部放电是造成电容器膨胀和早期损坏的一个重要原因。 5.2 电力电容器局部放电测量参数及技术规定 5.2.1 评定电力电容器局部放电的参数 目前，在电力电容器局部放电试验中主要有放电量、起始放电电压以及放电熄灭电压等。 一、放电量q 有的产品（如耦合电容器）规定，在测量电压下放电量不超过某一数值为合格；在另一些 产品中（如移相、串联等电容器）只规定在测量电压下一定时间内放电量不变大就为合格。 放电量q随电压作用时间的变化趋势分析是判断试品质量的重要手段，如图5.1中曲线a 中放电量随电压作用时间变化而增加不多，而曲线b却增加很多，显然试品a的质量好于b。

局放检测技术

第 卷第 期 年 月 西 安 交 通 大 学 学 报 ?÷ × ?∞ ≥ ×≠? λ √ 超宽频带局部放电检测技术的初步研究3 成永红 李 伟 杨继松 谢恒方方土 西安交通大学 西安 吴广军 西安高压开关厂 摘要 研究了局部放电的超宽频带特性 分析了局部放电产生的电磁波的传输和耦 合特性 研制了一种频率响应为 ? 的超宽频带局部放电检测装置 并用 实验分析了其测量特性 关键词 局部放电 超宽频带 检测技术 中国图书资料分类法分类号 × 可靠的绝缘系统是电力设备安全运行的基本保障 统计表明电力设备一半以上的故障是绝缘故障 因而这就要求对绝缘系统进行有效的检测与诊断 特别是在电力系统朝着特高压!大容量方向发展的今天 绝缘系统的可靠性和绝缘检测与诊断的准确性就显得尤为重要 尽管现代科学技术为绝缘检测与诊断的发展提供了必要条件 但由于受传统绝缘检测与诊断理论的制约 对绝缘系统及其放电特征了解不够 所以在现代技术水平上全面了解绝缘系统及其放电的本质特性 就显得十分重要 到目前局部放电测量仍是最有效的绝缘检测与诊断手段之一 随着现代科学技术的发展 一方面使绝缘检测理论出现了相对滞后现象 另一方面又使测量和检测手段有了很大进步 使我们能够更全面地研究局部放电的特征和检测技术 在本文中 我们将重点研究一种在超宽频带 ? 范围内的局部放电测量技术 局部放电脉冲的频谱特性分析 传统的局部放电检测是采用检测阻抗来测量放电信号 其测量响应频率极限是 我们可以依据椭圆示波图来分析其放电特征 包括放电相位!放电量大小等等 目前这种方法仍被广泛地应用于电力设备绝缘系统的局部放电检测中 随着计算机分析技术的发展 这类仪 收到日期 2 2 成永红 男 年 月生 电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室 副教授 3国家自然科学基金资助项目 ____________________________________________________________________________https://www.wendangku.net/doc/5812141444.html,

带电检测试题库_特高频法超声波法局部放电检测

一、单项选择题 1、特高频GIS局放检测仪传感器及放大器的频带宽度一般为（ B ）。 A、10kHz-100kHz B、300MHz-1.5GHz C、100kHz-10MHz D、1GHz-10GHz 2、应用脉冲电流法进行局部放电试验，其局部放电量试验结果的单位为（ D ）。 A、kHz B、mV C、mA D、pC 3、如果局放检测方法测得的图谱如下图所示，其放电源类型应为（ C ）。 A、悬浮电位放电 B、绝缘内部气隙 C、电晕 D、金属微粒 4、如果应用GIS特高频局放检测方法测得的图谱如下图所示，其放电源类型应用为（ A ）。 A、金属微粒 B、绝缘内部气隙 C、电晕 D、悬浮电位 5、对于带末屏引下线的CT进行局放检测，可优先选用（ C ）检测方法。 A、特高频 B、超声波 C、高频 D、地电波 6、电力电缆高频局放检测的信号频率范围为（ B ）。 A、10kHz-100kHz B、3MHz—30MHz C、100kHz-10MHz D、1GHz-10GHz 7、GIS局部放电可用（ A ）方法进行检测。 A、特高频、超声波 B、高频、超声波 C、高频、地电波 D、特高频、地电波

8、频谱仪的作用是（ D ）。 A、观察信号的时域波形 B、观察信号的局放谱图 C、观察局放的典型图谱 D、测量信号的频率成分 9、无线电射频根据频率和波长的不同，可以划分为不同的波段，特高频频带范围规定为（ B ）。 A、300MHz-1GHz B、300MHz-3GHz C、300kHz-1GHz D、1GHz-10GHz 10、电磁波在真空或空气中的传播速度是（C ）。 A、8×108m/s B、8×108m/min C、3×108m/s D、3×108m/min 11、特高频与高频局部放电检测过程中是否需要电压同步信号：（ D ）。 A、特高频需要 B、高频需要 C、均不需要 D、均需要 12、超声波是指频率高于（ C ）的声波。 A、100kHz B、300MHz C、20kHz D、150kHz 13、下列电力设备当中，不宜应用超声波法进行局放检测的是（ A ）。 A、隔离开关 B、开关柜 C、GIS D、高压电缆终端 14、下列电力设备当中，不宜应用特高频法进行局放检测的是（ D ）。 A、高压电缆终端 B、开关柜 C、GIS D、高压电缆本体 15、检测电力设备局部放电的目的在于反映其（ C ）。 A、高温缺陷 B、机械损伤缺陷 C、伴随局放现象的绝缘缺陷 D、变压器油整体受潮缺陷

局部放电测试方法

局部放电测试方法 随着电力设备电压等级的提高，人们对电力设备运行可靠性提出了更加苛刻的要求。我国近年来110kV以上的大型变压器事故中50％是属正常运行下发生匝间或段间短路造成突发事故，原因也是局部放电所致。局部放电检测作为一种非破坏性试验，越来越得到人们的重视。 虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，高压绝缘设备都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但在出厂时要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。对电力设备进行局部放电测试是一项重要预防性试验。 根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产生分解物等，可以有很多测量局部放电的方法。总的来说可分为电测法和非电测法两大类，电测法包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等，非电测法包括声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。 一、电测法 局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间很短，在气隙中一次放电过程在10 ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1μs。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等。 1．脉冲电流法 脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法。脉冲电流法的基本测量回路见图 3-5 。图中C x 代表试品电容，Z m （Z' m ）代表测量阻抗，C k代表耦合电容，它的作用是为 C x与Z m之间提供一个低阻抗的通道。Z代表接在电源与测量回路间的低通滤波器，Z可以让工频电压作用到试品上，但阻止被测的高频脉冲或电源中的高频分量通过。 图3-5（a）为并联测量回路，试验电压U经Z施加于试品C x，测量回路由C k与Z m串联而成，并与C x并联，因此称为并联测量回路。试品上的局部放电脉冲经C k耦合到Z m上，经放大器A送到测量仪器M。这种测量回路适合于试品一端接地的情况，在实际工作中应用较多。 图3-5（b）为串联测量回路，测量阻抗Z m串联接在试品C x低压端与地之间，并经由C k形成放电回路。因此，试品的低压端必须与地绝缘。 图3-5（c）为桥式测量回路，又称平衡测量回路。试品C x与耦合电容C k均与地绝缘，测量阻抗Z m与Z m分别接在C x与C k的低压端与地之间。测量仪器M测量Z m与Z m’上的电压差。

国家电网公司变电检测通用管理规定 第3分册 高频局部放电检测细则

国家电网公司变电检测通用管理规定第3分册高频局部放电检测细则 国家电网公司 二〇一六年十二月

目录 前言 ...................................................................................................................................................................... II 1检测条件 (1) 1.1环境要求 (1) 1.2待测设备要求 (1) 1.3人员要求 (1) 1.4安全要求 (1) 1.5仪器要求 (1) 2检测准备 (2) 3检测方法 (2) 3.1检测原理图 (2) 3.2检测步骤 (3) 3.3检测验收 (3) 4检测数据分析与处理 (3) 5检测原始数据和报告 (4) 5.1原始数据 (4) 5.2检测报告 (4) 附录 A （规范性附录）高频局部放电检测报告 (5) 附录 B （资料性附录）高频局部放电检测的典型图谱 (6) 附录 C （资料性附录）高频局部放电信号分类方法 (8) 附录D（资料性附录）高频局部放电接线示意图 (9) I

前言 为进一步提升公司变电运检管理水平，实现变电管理全公司、全过程、全方位标准化，国网运检部组织26家省公司及中国电科院全面总结公司系统多年来变电设备运维检修管理经验，对现行各项管理规定进行提炼、整合、优化和标准化，以各环节工作和专业分工为对象，编制了国家电网公司变电验收、运维、检测、评价、检修管理通用管理规定和反事故措施（以下简称“五通一措”）。经反复征求意见，于2017年1月正式发布，用于替代国网总部及省、市公司原有相关变电运检管理规定，适用于公司系统各级单位。 本细则是依据《国家电网公司变电检测管理通用管理规定》编制的第3分册《高频局部放电检测细则》，适用于35kV及以上变电站的变压器、避雷器、耦合电容器、电容式电压互感器、电流互感器、高压电力电缆和高压套管等容性设备。 本细则由国家电网公司运维检修部负责归口管理和解释。 本细则起草单位：国网浙江电力。 本细则主要起草人：徐翀、姚晖、吴忠、毛明华、童志明、蓝道林、黄宏华、邹国平。 II

局部放电检测方法之电检测法(介质损耗分析法)

局部放电检测方法之电检测法（介质损耗分析法） 电检测法包括脉冲电流法、无线电干扰电压法、超高频UHF 局部放电检 测技术、介质损耗分析法1.电检测法局部放电最直接的现象即引起电极间的电 荷移，动每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电。介质引起试样外部电 极上的电压变化另外每，次放电过程持续时间很短在气隙中一次放电过程在10 ns 量级在油隙中一次放电时间也只有1ms 根据Maxwell 电磁理论如此短持续时间的放电脉，冲会产生高频的电磁信号向外辐射局部放电电检测法即是基 于这两个原理常见的检测方法有脉冲电流法无线电干扰电压法介质损耗分析法 等等特别是20 世纪80 年代由S. A. Boggs 博士和G. C. Stone 博士提出的超高频检测法近年来得到广泛关注。并逐渐有实用化的产品问世 2.1.1 脉冲电流法 2.介质损耗分析法DLA 局部放电对绝缘材料的破坏作用是与局部放电，消 耗的能量直接相关的因此对放电消耗功率的测量很早就引起人们的重视在大多 数绝缘结构中，随着电压的升高绝缘中气隙或气泡的数目将增加此外局部放电 的现象将导致介质的损坏从，而使得tgd 大大增加因此可以通过测量tgd 的值来测量局部放电能量从而判断绝缘材料和结构的性能情况。 介质损耗分析法特别适用于测量低气压中存在，的辉光或者亚辉光放电由于 辉光放电不产生放电脉冲信号而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长，普通的脉 冲电流法检测装置中难以检测出来但这种放电消耗的能量很大使得Dtgd 很大 故只有采用电桥法检测Dtgd 才能判断这种放电的状态和带。来的危害。 但是。DLA 方法只能定性的测量局部放电是否发生基本不能检测局部放电 量的大小这限制了。DLA 方法的运用目前关于用DLA 方法测局部放，电的报 道还很少。

第4章 超声波局部放电检测技术

第四章超声波局部放电检测技术 目录 第一节超声波局部放电检测技术概述 (3) 一、发展历程 (3) 二、技术分类及特点 (4) 三、应用情况 (5) 第二节超声波局部放电检测技术基本原理 (6) 一、超声波得基本知识 (6) 二、超声波局部放电检测基本原理 (8) 三、超声波局部放电检测装置组成及原理 (10) (一)硬件系统 (11) (二)软件系统 (13) 第三节超声波局部放电检测及诊断方法 (15) 一、检测方法 (15) (一)概述 (15) (二)超声波局部放电带电检测方法 (15) 二、诊断方法 (22) (一)正常判断依据 (22) (二)有明显缺陷得判断依据 (23) (三)疑似缺陷判断依据 (23) (四)不同类型设备超声波局部放电得缺陷诊断 (24) 第四节典型超声波局部放电案例分析 (27) 一、110kV GIS设备导向杆松动检测 (27) (一)案例经过 (27) (二)检测分析方法 (27) (三)经验体会 (30) 二、500kV变压器内部放电缺陷检测 (30) (一)案例经过 (30) (二)检测分析方法 (31) (三)经验体会 (33)

三、10kV开关柜局部放电检测 (33) (一)案例经过 (33) (二)检测分析方法 (33) (三)经验体会 (36) 参考文献 (37) 第一节超声波局部放电检测技术概述 一、发展历程 超声波局部放电检测技术凭借其抗干扰能力及定位能力得优势,在众多得检测法中占有非常重要得地位。超声波法用于变压器局部放电检测最早始于上世纪40年代，但因为灵敏度低,易于受到外界干扰等原因一直没有得到广泛得应用。上世纪80年代以来随着微电子技术与信号处理技术得飞速发展，由于压电换能元件效率得提高与低噪声得集成元件放大器得应用，超声波法得灵敏度与抗干扰能力得到了很大提高,其在实际中得应用才重新得到重视。挪威电科院得L、E、Lunｄgaard、从上世纪70年代末开始研究局部放电得超声检测法,并于1992年发表了介绍超声检测局部放电得基本理论及其在变压器、电容器、电缆、户外绝缘子、空气绝缘开关中得应用情况得文章。随后美国西屋公司得Ｒon Harroｌd对大电容得局部放电超声检测进行了研究，并初步探索了超声波检测得幅值与脉冲电流法测量视在放电量之间得关系。２000年,澳大利亚得西门子研究机构使用超声波与射频电磁波联合检测技术监测变压器中得局部放电活动。２002年,法国ＡLSTＯＭ输配电局得研究人员对变压器中得典型局部放电超声波信号得传播与衰减进行了比较研究。20０5年德国Eｋａrd Gｒossman 与ＫurｔFesｅr发表了基于优化得声发射技术得油纸绝缘设备得局部放电在线测试方法,通过使用二维傅里叶变换对信号进行处理,可达10pC得检测灵敏度。同一年，南韩电力研究所研究员发表了关于电力变压器局放超声波信号及噪声得分析方法得文章。 国内清华大学、华北电力大学、西安交通大学、武汉高压所等科研机构自上世纪9０年代开始逐渐开展超声波局部放电检测得研究。西安交通大学提出了相控定位方法,先通过时延算出放电得距离，再根据相控阵扫描得角度确定放电得空间位置。武高所开发了JFD系列超声定位系统,其对一般变压器放电定位误差可小于１０ｃｍ。 经过几十年得发展,目前超声波局部放电检测已经成为局部放电检测得主要方法之一,特别就是在带电检测定位方面。该方法具有可以避免电磁干扰得影响、可以方便地定位以及应用范围广泛等优点。 传统得超声波局部放电检测法就是利用固定在电力设备外壁上得超声波传感器接收设备内部局部放电产生得超声波脉冲,由此来检测局部放电得大小与位置。由于此方法受电气干扰得影响比较小以及它在局部放电定位中得广泛应用,人们对超声波法得研究逐渐深入。