局部放電試驗方法-電測法

來源：揚州國浩電氣有限公司 2025年07月05日 07:02

局部放電發生的過程中伴有聲、光、電、熱以及化學分解等物理現象，利用這些過程都可以進行放電測量。因此局部放電的檢測方法有脈沖電流法、超聲波法、紫外成像法、氣相色譜法、震蕩波法、特高頻法等多種檢測方法；盡管脈沖電流法測量局放可以定量，但較難解決現場干擾問題，而超高頻法抗干擾能力強，又無法定量，只能定性分析。超聲波法能夠進行局放定位，是當前非常有用的輔助監測手段。相對地，油中溶解氣體的在線監測方式則成熟得多，但無法監測突發性故障。針對產生的不同表征有不同的試驗方法，下面將一一闡述：

局部放電測量的目的是確定試品是否存在放電及放電是否超標，確定局部放電起始和熄滅電壓。發現其它絕緣試驗不能檢查出來的絕緣局部隱形缺陷及故障。

測量局部放電的方法分為電測法和非電測法兩大類。非電測法不能用于定量測量，主要用于放電定位，且靈敏度較低。電測法靈敏度較高且能定量，在電力工業中得到廣泛的應用。

局部放電最直接的現象即引起電極間的電荷移動，每一次局部放電都伴有一定數量的電荷通過電介質引起試樣外部電極上的電壓變化。另外每次放電過程持續時間很短，在氣隙中一次放電過程在10ns量級；在油隙中一次放電時間也只有1ms。根據Maxwell電磁理論，如此短持續時間的放電脈沖會產生高頻的電磁信號向外輻射。局部放電電檢測法即是基于這兩個原理常見的檢測方法有脈沖電流法、無線電干擾電壓法、介質損耗分析法等等。特別是20世紀80年代由S.A.Boggs博士和G.C.Stone博士提出的超高頻檢測法近年來得到廣泛關注并逐漸有實用化的產品問世。

1. 脈沖電流法

電測法中，應用廣泛的是高頻脈沖電流法。高頻脈沖電流法是測量局部放電引起的在試樣兩端所產生的電壓(瞬時)變化或脈沖電流變化。它是通過檢測阻抗接入到測量回路中來檢測。通過輸入電荷校正方波，檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點接地線、鐵芯接地線以及繞組中由于局放引起的脈沖電流，獲得視在放電量。脈沖電流法是研究、應用泛的一種檢測方法，IEC-60270為IEC于2000年正式公布的局放測量標準。

脈沖電流法又包括直接法和平衡檢測法。直接法在現場測量中遇到的困難較大，遭遇的干擾較多，測試靈敏度不能保證。而平衡法中的各種電橋測量干擾抑制比大。只是靈敏度較低。

脈沖電流法現廣泛被用于變壓器出廠時的型式試驗以及電氣交接試驗中，但不可否認脈沖電流法存在著幾方面的問題：

1、抗干擾能力差，受現場電磁干擾如窄帶干擾、脈沖干擾和白噪聲等在變壓器投運后無法有效應用于現場的在線監測；
2、盡管中頻電源局放試驗裝置是一種優良、穩定的局放試驗裝置。但是在中頻250Hz下進行大型變壓器現場局部放電試驗時，被試變壓器加壓電流呈容性，容性補償是必須考慮的問題；
3、由于檢測阻抗和放大器對測量的靈敏度、準確度、分辨率以及動態范圍等都有影響，因此當試樣的電容量較大時，受禍合阻抗的限制，測試儀器的測量靈敏度受到一定限制；測量頻率低、頻帶窄，一般在20-300kHz，包含的信息量少；
4、對于故障的定位是局放頻譜的分析，對試驗人員技術和經驗的要求很高。這些問題也是在局部放電檢測過程中需要克服和解決的問題，所以盡管有這些問題存在，脈沖電流法仍舊被普遍應用。

2. 無線電干擾電壓法

電測法還有RIV法，即無線電干擾電壓法。局部放電會產生無線電干擾的現象很早就被人們所認識。例如人們常采用無線電電壓來檢測由于局放對無線電通訊和無線電控制的干擾，并已制定了測量方法的標準。用RIV表來檢測局放的測量線路與脈沖電流直測法的測量電路相似。此外，還可以利用一個接收線圈來接收由于局放而發出的電磁波，對于不同測試對象和不同的環境條件，選頻放大器可以選擇不同的中心頻率(從幾萬赫茲到幾十萬赫茲)，以獲得的信噪比。

RIV法又稱射頻檢測法，是因為常用射頻傳感器來進行檢測。我國專家在國外研究的基礎上設計出用于大型電機局部放電在線監測用的寬頻電流傳感器，取得了良好的應用效果。并且隨著濾波技術的發展，此傳感器在大型變壓器在線監測中應用廣泛。

國內外大量文獻已經證明了振蕩波電壓和工頻電壓具有良好的等效性，與工頻電壓、超低頻電壓(0.1Hz)相比，具有作用時間短、操作方便、可以發現電纜中的各種缺陷、且不會對電纜造成損傷等優點，在國際上已得到廣泛應用。振蕩波電纜局部放電檢測裝置由高壓發生單元和局放測試回路組成，可以施加0-28kV的直流電壓。測量過程中，首先對被測電纜施加直流電壓到期望值，然后合上電子開關，被測電纜和系統內的電感線圈將發生諧振。在電纜上施加一個衰減振蕩的電壓，由于測試回路中電阻的壓降可以忽略，所以振蕩波電壓幅值的衰減是由電纜本身的介質損耗決定的，所以電纜的介質損耗值是可以測得的。

3. 超高頻法

超高頻是通過超高頻傳感器接收變壓器內部局部放電產生的超高頻電磁波，進行局部放電檢測，并實現抗干擾。變壓器局部每一次放電都是正負電荷的中和，伴隨有一個很陡的電流脈沖并向周圍輻射電磁波。也是近年逐漸被運用的檢測方法。

在80年代末，UHF法測量局部放電首先應用在GIS設備中。UHF檢測的特點使其在局部放電檢測領域具有其它方法的優點，因而在近年來得到了迅速的發展和廣泛的應用。英國Strathclyde大學的Judd等人以盤式電容作為耦合特高頻信號的天線傳感器，在變壓器頂部靠近高壓側的箱體上開一介質窗，傳感器通過介質窗提取局部放電信號，送入頻譜分析儀，選取頻率后，使用頻譜儀的POW (po intones ave)模式進行分析，取得了一定的成果。法國ALSTOM輸配電研究中心的K.Ra ja等人在實驗室內研究了各種典型局部放電模型的UHF特性，通過頻譜儀的Zerospan方式檢測，并據此建立了模式識別方法。

高頻方法的研究也面臨著一些問題，由于測量機理與脈沖電流法不同，因此無法進行視在放電量的標定，而目前大多數工程人員已經習慣于通過視在放電量來反映局放的嚴重程度，IEC規定有關局放的變壓器產品出廠標準中，其指標也是通過局放量的閾值來規定的。目前的研究表明，即使在局放源到傳感器之間的傳播路徑不變的情況下，脈沖電流法的視在局放量與超高頻方法所測得的脈沖信號幅值之間也沒有確定的對應關系，這就更加大了應用該方法進行局放定量的難度；此外，由于變壓器內部絕緣結構的復雜性，局放產生的電磁

波在內部的傳播將存在大量的散射、折反射以及衰減，因而傳播特性研究和局放源定位工作將注定是難度很大而且充滿挑戰的。

4、介質損耗法

局部放電對絕緣材料的破壞作用是與局部放電消耗的能量直接相關的。因此對放電消耗功率的測量很早就引起人們的重視。在大多數絕緣結構中，隨著電壓的升高，絕緣中氣隙或氣泡的數目將增加。此外局部放電的現象將導致介質的損壞，從而使得介質損耗大大增加，因此可以通過測量介質損耗的值來測量局部放電能量從而判斷絕緣材料和結構的性能情況。

介質損耗分析法特別適用于測量低氣壓中存在的輝光或者亞輝光放電。由于輝光放電不產生放電脈沖信號，而亞輝光放電的脈沖上升沿時間太長，普通的脈沖電流法檢測裝置中難以檢測出來。但這種放電消耗的能量很大，使得介質損耗很大。故只有采用電橋法檢測介質損耗才能判斷這種放電的狀態和帶來的危害。

但是DLA方法只能定性的測量局部放電是否發生基本不能檢測局部放電量的大小這限制了DLA方法的運用目前關于用DLA方法測局部放電的報道還很少。

目前來看，電測法依然是局部放電試驗中最重要的手段。其中脈沖電流法仍是工程試驗中主要的測量方法，靈敏度高，放電量校準方便，利于獲取局部放電脈沖波形，更好地分析變壓器故障。但是在現場試驗中，脈沖電流法容易受外部電磁路的干擾，影響試驗分析的準確性。

無線電干擾電壓法中，Rogowski線圈傳感器由于結構簡單、安裝方便、檢測靈敏度高、頻帶寬等優點在局部放電在線監測中被廣泛采用?，F在大型電機變壓器GIS等設備的在線監測中均有應用。超高頻檢測法是近年發展起來的新型局部放電檢測方法，具有頻帶高、靈敏度好、抗電磁干擾能力強等顯著優點，被認為是潛力的局部放電在線檢測方法。但是超高頻檢測用微帶天線傳感
器目前還在研究之中制造工藝要求甚高技術尚不成熟。

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