局部放电测量（特殊试验）检测

局部放电测量技术

局部放电是电气设备绝缘系统中由于电场分布不均，在局部区域发生的非贯穿性放电现象。它是绝缘劣化的重要标志，长期存在会逐步侵蚀绝缘材料，终导致绝缘击穿。局部放电测量作为一种非破坏性试验，能够有效评估绝缘状态，对保障电力设备安全运行具有关键意义。

1. 检测项目：方法与原理

局部放电测量方法主要分为电气法与非电测法两大类。

1.1 电气测量法
电气法是应用广泛、灵敏度高、可进行定量分析的测量方法。

• 脉冲电流法：这是经典和标准的测量方法。其原理是通过检测阻抗或高频电流互感器，采集局部放电发生时在试品回路中产生的瞬态脉冲电流信号。该方法可测量视在放电量、放电重复率等关键参数。根据检测频带的不同，可分为窄带测量和宽带测量。窄带测量抗干扰能力强，但脉冲分辨率低；宽带测量脉冲分辨率高，能保留更多放电波形细节，但易受外界噪声影响。

• 无线电干扰电压法：该方法源于通信领域的干扰测量，通过测量试品两端因局部放电产生的无线电干扰电压来评估放电水平。其测量频带通常为0.15~30 MHz，在某些标准中仍有应用。

• 差分法：适用于现场测试，尤其对于大型变压器。通过比较两个中性点或套管末屏的电流信号，可以有效抑制来自外部的共模干扰，提高信噪比。

• 方向耦合传感器法：在GIS和电缆测试中应用广泛。在测试回路中串联或并联两个特性相同的传感器，利用它们对来自试品内部和外部的脉冲信号响应的时间差来识别和抑制外部干扰。

1.2 非电测量法
非电测法通常作为电气法的有效补充，用于放电定位和类型识别。

• 超声波法：局部放电会激发声波和超声波信号。通过在设备外壳布置超声波传感器，可以接收这些信号。该方法抗电磁干扰能力极强，能有效进行放电点定位，尤其适用于变压器、GIS和电力电缆。但其信号在绝缘介质中衰减大，且传播路径复杂，定量分析困难。

• 特高频法：局部放电会产生上升沿极快的电流脉冲，激发出特高频电磁波。UHF法通过安装在设备内部或盆式绝缘子处的特高频传感器接收300 MHz ~ 3 GHz频段的电磁信号。该方法灵敏度高，抗低频干扰能力强，在GIS和变压器中应用成熟。但通常只能进行相对测量和模式识别，难以直接标定放电量。

• 暂态地电压法：当设备内部发生局部放电时，电磁波会沿金属箱体的缝隙传播，并在箱体表面产生暂态地电压。TEV法通过电容耦合传感器测量箱体外表面的这个电压。该方法主要用于开关柜等中压设备的带电检测，操作简便，但易受环境因素影响，定量困难。

• 光测法：通过光电倍增管或紫外线成像仪直接观测放电产生的光辐射。主要用于表面放电和电晕放电的研究与定位，但光在大多数固体绝缘介质中无法传播，应用受限。

• 化学分析法：通过色谱分析技术检测绝缘油中因放电分解产生的特征气体，如氢气、甲烷、乙炔等。该方法对判断变压器等油浸式设备内部潜伏性故障非常有效，但响应滞后，无法进行实时监测和定位。

2. 检测范围

局部放电测量的应用覆盖了电力系统的各个关键设备领域。

• 旋转电机：发电机和大型电动机的绕组绝缘是检测重点，通常在制造厂进行型式试验和出厂试验，以及在电站进行交接试验和定期检修试验。

• 电力变压器：从干式变压器到油浸式大型电力变压器，局部放电试验是考核其绝缘设计和制造工艺的关键项目，用于出厂、交接和诊断性试验。

• 气体绝缘组合电器：GIS的绝缘系统极为关键，局部放电监测是其状态检修的核心内容。UHF法和超声波法是现场检测的主要手段。

• 电力电缆：对交联聚乙烯电缆、充油电缆等，局部放电测量是检验附件安装质量和诊断本体绝缘缺陷的有效方法。

• 高压开关柜：中压开关柜的绝缘状况直接关系到供电可靠性，TEV法和超声波法是进行带电巡检的常用技术。

• 电容器和套管：这些设备的绝缘一旦发生放电，发展迅速，因此出厂试验中必须包含局部放电测量。

3. 检测标准

局部放电测量的实施需遵循严格的、和行业标准。

• 标准：

  • IEC 60270: 《High-voltage test techniques - Partial discharge measurements》。这是电气法测量的基础性标准，详细规定了测量回路、校准方法和程序。

  • IEC 62478: 《High-voltage test techniques - Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods》。该标准为UHF、超声波等非传统方法提供了技术指导。

  • IEC 61934: 《Electrical insulating systems and materials - Electrical measurement of partial discharges under short rise time and repetitive voltage impulses》。针对变频电机等承受重复脉冲电压的设备。

• 标准：

  • GB/T 7354: 《高电压试验技术 局部放电测量》。等同采用IEC 60270，是国内进行脉冲电流法测量的核心标准。

  • GB/T 17627: 《电磁兼容 试验和测量技术 局部放电测量》。涉及低压设备。

  • DL/T 417: 《电力设备局部放电现场测量导则》。为指导现场检测的重要行业标准。

  • GB/T 25081: 《气体绝缘金属封闭开关设备局部放电测量用特高频传感器的应用导则》。

  • Q/GDW 11060: 《变压器局部放电特高频检测与定位技术应用导则》等电网公司企业标准。

4. 检测仪器

一套完整的局部放电检测系统通常包括以下几个部分：

• 试验电源：要求是低背景噪声的工频或无晕高压电源，如工频试验变压器、串联谐振系统或高频正弦电源。

• 耦合电容：为放电脉冲提供低阻抗通路，其自身在试验电压下应无内部放电。其电容量一般远大于试品电容，以提高测量灵敏度。

• 检测阻抗：是脉冲电流法的核心部件，通常为RC或RLC电路，用于拾取放电脉冲信号。其参数决定了测量系统的频带特性。

• 局部放电检测仪：仪器的核心，负责信号的放大、采集、显示和分析。现代数字式局部放电检测仪具备以下功能：

  • 多通道输入：可同时接入电气、UHF、超声波等多种信号。

  • 宽频带采集：采样率可达百MS/s甚至GS/s级别，以满足UHF等高频信号的采集需求。

  • 数字滤波与干扰抑制：内置多种数字滤波器（FFT、IIR、FIR）和先进的干扰抑制算法（如小波变换、偏振滤波、脉冲识别）。

  • 数据可视化与分析：提供放电图谱的实时显示，包括工频相位关系图、三维谱图、趋势图等，并内置专家诊断系统辅助进行放电类型识别。

  • 自动校准与报告生成：可通过内置校准脉冲发生器进行系统标定，并自动生成测试报告。

• 传感器：

  • 高频电流互感器：钳式CT，用于耦合脉冲电流信号。

  • UHF传感器：内置式（如GIS盘式绝缘子内嵌）或外置式（如变压器阀门处），用于接收特高频信号。

  • 超声波传感器：接触式或非接触式，频率范围通常在20 kHz ~ 300 kHz。

  • TEV传感器：电容式传感器，用于测量开关柜表面的暂态地电压。

局部放电测量技术已从单一的脉冲电流法发展为多物理量、多技术的综合诊断体系。在实际应用中，应根据设备类型、试验条件和诊断目标，选择合适的测量方法组合，并结合相关标准规范，对测量结果进行综合研判，从而对设备绝缘状态做出准确、可靠的评估。