局部放电试验（常温下和高温下）检测

局部放电试验检测技术综述

局部放电是电气设备绝缘系统中由于电场分布不均、绝缘内部存在缺陷或混入杂质等原因，在局部场强超过介质击穿场强时发生的非贯穿性放电现象。局部放电虽未导致绝缘介质立即完全击穿，但长期存在会逐步侵蚀绝缘材料，终引发绝缘失效。因此，局部放电检测是评估电气设备绝缘状态、保障其安全稳定运行的关键手段。局部放电试验通常在常温下进行，以模拟设备在正常环境下的运行状态；对于特定工况下运行的设备（如高温环境下的电机、变压器等），还需进行高温下的局部放电试验，以评估其在极限工作温度下的绝缘性能。

一、检测项目：方法及原理

局部放电检测方法主要分为电气法与非电气法两大类。

1. 电气检测法

（1）脉冲电流法

• 原理：这是经典和直接的局部放电检测方法。当试品内部发生局部放电时，会产生一个瞬变的脉冲电流，该电流流过检测阻抗（如耦合电容与检测阻抗构成的回路），在阻抗两端产生一个脉冲电压信号。通过测量该脉冲信号的幅值、相位、频率等特征参量，可以判断局部放电的强度（如视在放电量）和发生相位。

• 关键参数：视在放电量（pC）、放电重复率、放电相位分布（PRPD谱图）。

• 特点：灵敏度高、可定量测量，是实验室和出厂试验中常用的方法。但易受现场电磁干扰影响。

（2）高频电流互感器法

• 原理：基于电磁感应原理，将高频电流互感器（HFCT）钳套在设备接地线上，用于检测局部放电脉冲电流所激发的高频电磁信号。局部放电脉冲包含丰富的高频分量（通常为数kHz至数十MHz），HFCT可有效耦合这些信号。

• 特点：便于在线监测、安装方便、抗干扰能力相对较强，广泛应用于电缆、开关柜等设备的在线检测。

（3）特高频法

• 原理：局部放电过程会辐射出频率范围在300 MHz ~ 3 GHz的电磁波信号。通过特高频传感器捕捉这些信号，分析其幅值、频段、到达时间等特征，可实现局部放电的检测与定位。

• 特点：抗低频电磁干扰能力强，适用于GIS、变压器等金属封闭设备的检测与定位，但不能直接测量放电量。

（4）暂态地电压法

• 原理：设备内部发生局部放电时，产生的电磁波在金属柜体表面传播，会在柜体接缝处产生暂态对地电压。通过电容耦合式传感器测量金属外壳表面的这些暂态电压，可间接判断内部放电活动。

• 特点：主要用于开关柜等金属封闭设备的带电检测，操作简便，但易受环境噪声影响，且难以定量。

2. 非电检测法

（1）超声波法

• 原理：局部放电过程中，电荷的快速迁移或击穿会产生声波和超声波信号（频率通常为20 kHz ~ 1 MHz）。通过贴在设备外壳上的超声波传感器接收这些声信号，通过分析信号的幅值、时间差等，可以进行放电检测和定位。

• 特点：可实现放电点的物理定位，抗电磁干扰能力极强。但信号在介质中传播衰减大，灵敏度受设备结构影响较大。

（2）光测法

• 原理：某些类型的局部放电（如电晕、表面放电）会伴随光辐射。通过光电倍增管或紫外成像仪等设备检测这些光信号。

• 特点：主要用于可见电晕或表面放电的检测与观测，适用于透明介质或开放环境，应用范围有限。

（3）化学检测法

• 原理：局部放电会使绝缘材料（特别是油纸绝缘）分解，产生特定的气体（如H₂, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, CO等）或生成某些微粒。通过色谱分析仪检测油中溶解气体，或通过检测油中微粒的化学成分，可间接判断绝缘劣化程度和放电类型。

• 特点：适用于油浸式设备（如变压器、电抗器），可进行趋势分析和故障类型诊断，属于间接检测方法。

二、检测范围

局部放电检测技术广泛应用于以下领域：

1. 电力变压器与电抗器：检测绕组匝间、层间绝缘，主绝缘，以及引线绝缘中的潜在缺陷。

2. 气体绝缘组合电器：检测盆式绝缘子内部气隙、金属颗粒、导体毛刺等引起的放电。

3. 电力电缆及附件：检测电缆本体、中间接头和终端头内部的绝缘缺陷、安装工艺问题。

4. 旋转电机（发电机、电动机）：检测定子绕组绝缘的松动、老化、电晕腐蚀等问题，高温下的局部放电检测对评估其长期运行可靠性尤为重要。

5. 高压开关柜：检测内部元器件（如CT、PT、绝缘子、母线）的绝缘状况。

6. 电容器与套管：检测其内部介质分层、浸渍不良等缺陷。

三、检测标准

国内外针对不同电气设备制定了相应的局部放电试验标准。

标准

• IEC 60270:2000/AMD1:2015 《High-voltage test techniques - Partial discharge measurements》：这是局部放电测量的基础标准，详细规定了基于脉冲电流法的测量回路、校准方法和程序。

• IEC 62478:2016 《High-voltage test techniques - Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods》：规定了使用电磁和声学方法进行局部放电测量的技术规范。

• IEC 60034-27 《Rotating electrical machines - Part 27: Off-line partial discharge measurements on the stator winding insulation of rotating electrical machines》：专门针对旋转电机定子绕组离线局部放电试验。

国内标准

• GB/T 7354-2018 《高电压试验技术 局部放电测量》：等同采用IEC 60270，是我国局部放电测量的核心标准。

• DL/T 417-2019 《电力设备局部放电现场测量导则》：指导电力设备在现场条件下的局部放电测量。

• GB/T 12706.4-2020 《额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件 第4部分：额定电压6kV(Um=7.2kV)到35kV(Um=40.5kV)电力电缆附件试验要求》：规定了电缆附件的局部放电试验要求。

• JB/T 7608-2006 《测量高压交流电机线圈放电量的试验方法规则》：针对高压交流电机线圈的放电量测量。

四、检测仪器

局部放电检测系统通常由以下几个核心部分构成：

1. 试验电源：

   • 无晕试验变压器：提供工频高压，其自身局部放电水平需远低于试品允许值。

   • 串联谐振系统：用于大容量试品（如长电缆、GIS），通过调谐使回路呈谐振状态，可大幅降低电源容量要求，并获得纯净的试验电压。

2. 耦合装置：

   • 耦合电容：与试品并联，为脉冲电流提供低阻抗通道，其自身电容值和局部放电水平需满足标准要求。

   • 检测阻抗：串联在耦合电容的接地回路中，将脉冲电流转换为电压信号。

3. 局部放电检测仪：

   • 核心功能：接收并处理来自检测阻抗、HFCT、UHF传感器等的信号。

   • 关键技术：包含前置放大器、带通滤波器、A/D转换器等。能够显示放电脉冲的幅值（pC）、相位，并生成PRPD谱图，辅助分析放电类型。

   • 校准器：用于在试验前对整套测量系统进行校准，注入已知电荷量的脉冲，以确定测量系统的刻度因数。

4. 辅助传感器：

   • 高频电流互感器：用于在线或带电检测。

   • 特高频传感器：用于GIS、变压器等设备的电磁波检测。

   • 超声波传感器：用于声学检测与定位。

   • 超声定位系统：通过多个传感器接收信号的时间差进行三维空间定位。

5. 高温试验环境模拟装置：

   • 高温烘箱/温控试验舱：用于进行高温下的局部放电试验，能够将试品加热并稳定在预设的高温点（如130°C, 155°C等，依据设备绝缘等级和运行工况设定）。

   • 高温耦合与引线系统：所有引入试验舱的耦合电容、测量引线等均需具备耐高温性能，确保在高温环境下测量系统的稳定性和安全性。

总结：局部放电检测是一项综合性的绝缘诊断技术。选择合适的检测方法需综合考虑设备类型、试验条件（离线/在线、常温/高温）、抗干扰需求以及定量定性要求。常温试验是基础，高温试验则更贴近某些设备的实际严苛工况，两者结合能更全面地评估绝缘系统的长期可靠性。随着传感器技术、信号处理技术和人工智能技术的发展，局部放电检测正朝着更高灵敏度、更强抗干扰能力和更智能化的诊断方向发展。