局部放电测量原理及方法

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：Ua Ug Cg放电局部放电放电的产生与介质内部电场分布有关，空穴与介质完好部分电压分布关系如下：介质总电容:设空穴与其串联部分介质的总电容Cn:因为介质电容充电电荷q=UC C=εS/dEg:空穴电场强度εg:空穴介电常数Eb:与空穴串联部分电场强度εb: 与空穴串联部分介电常数设qn为空穴充电电荷Ug=qn/Cg空穴电场强度Eg= Ug/dg=q/dgCgdg:空穴距离 db:串联部分完好介质厚度介质中平均场强εg=1空穴大多为空气εb>1所以空穴的E高于完好介质,同时，完好介质的临界场强远高于空气，如环氧树脂Ec=200-300(kV/cm),而空气为25-30(kV/cm)，当外施电压达一定值时空穴首先击穿,其它介质完好,形成局部放电。

高压开关的局部放电分析与检测高压开关是电力系统中重要的设备之一，其中局部放电是常见的故障现象。

局部放电的存在会导致开关的性能下降，甚至引发故障，因此对高压开关进行局部放电的分析与检测至关重要。

1. 局部放电的定义与原理局部放电是指在高电场强度作用下，介质中局部地出现的暂时的放电现象。

由于高压开关通常处于高压环境下工作，介质中存在着微小的缺陷，当电场强度超过局部放电起始电场强度时，缺陷处会出现放电现象。

局部放电会产生瞬时的电流和电压波形，导致系统的故障。

2. 局部放电的检测方法目前，常用的局部放电检测方法包括超声波法、电容法、累积量法和谐波分析法等。

2.1 超声波法超声波法是通过检测局部放电产生的声波信号来判断是否存在局部放电。

超声波法能够检测到开关内部的放电现象，并可以通过声音的强弱来评估放电的严重程度。

该方法具有精度高、对环境影响较小等优点。

2.2 电容法电容法是利用高压开关系统内部的电容来检测局部放电。

通过测量电容的变化，可以判断是否存在放电现象。

电容法相比其他方法具有灵敏度高、实时性好的特点。

2.3 累积量法累积量法是将局部放电产生的离子进行收集和计数，通过计算累积量的变化来分析放电的程度。

累积量法具有可靠性高、抗干扰能力强的优点。

2.4 谐波分析法谐波分析法是通过分析局部放电产生的谐波特征来判断放电的现象。

利用高频和超高频谐波频谱的变化，可以评估放电的强度和位置。

谐波分析法准确性高，但需要专业仪器进行分析。

3. 局部放电分析的意义与要求局部放电的分析可以帮助我们评估高压开关的健康状况，及时发现潜在的故障风险，采取相应的维修和保养措施。

为了准确分析局部放电，有以下几点要求。

3.1 选取合适的检测方法不同的局部放电检测方法适用于不同的情况，我们需根据具体情况选择合适的检测方法。

例如，对于已安装的高压开关，超声波法可能是最合适的检测方法之一。

3.2 确定检测频率和周期检测局部放电的频率和周期需要合理选择，过低的频率和长的周期可能会导致漏检，而过高的频率和短的周期则可能会造成浪费和资源消耗。

第三章局部放电试验随着电力系统电压的不断提高，电气设备在工作电压下的局部放电是使绝缘老化并发展到击穿的重要原因。

局部放电试验是检测绝缘内部局部放电的极好的方法。

因此，局部放电试验已被定为高压设备绝缘试验的重要项目之一。

第一节局部放电特征及原理一、局部放电的特征局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象。

它表现为绝缘内气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部击穿或金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等。

这种放电的能量是很小的，所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。

但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。

局部放电是一种复杂的物理过程，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、超声波、光、热以及新的生成物等。

从电性方面分析，产生放电时，在放电处有电荷交换、有电磁波辐射、有能量损耗。

最明显的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。

当试品中的气隙放电时，相当于试品失去电荷q，并使其端电压突然下降△U，这个一般只有微伏级的电源脉冲叠加在千伏级的外施电压上。

所有局部放电测试设备的工作原理，就是将这种电压脉冲检测出来。

其中电荷q称为视在放电量。

二、局部放电的机理1．局部放电的发生机理局部放电的发生机理可以用三电容模型来描述图3-1 电极组合的电气等值回路描述局部放电几个主要参量。

(1)视在放电电荷q。

它是指将该电荷瞬时注入试品两端时，引起试品两端电压的瞬时变化量与局部放电本身所引起的电压瞬时变化量相等的电荷量，视在电荷一般用pC(皮库)来表示。

(2)局部放电的试验电压。

它是指在规定的试验程序中施加的规定电压，在此电压下，试品不呈现超过规定量值的局部放电。

(3)局部放电能量w。

第4章 局部放电测量的基本原理脉冲电流法的基本原理可用图4.1所示电路阐述：当试品C X 产生一次局部放电时，脉冲电流经过耦合电容C k 在检测阻抗两端产生一个瞬时的电压变化，即脉冲电压 U ，脉冲电压经传输、放大和显示等处理，可以测量局部放电的基本参量。

脉冲电流法是对局部放电频谱中的较低频段（一般为数千赫兹至数百千赫兹或至多数兆赫兹，局部放电信号能量主要集中在该段频带内）成分进行测量，以避免无线电干扰。

传统的测量仪器一般配有脉冲峰值表指示脉冲峰值，并有示波管显示脉冲大小、个数和相位。

放大器增益很大，其测试灵敏度相当高，而且可以用已知电荷量的脉冲注入校正定量，从而测出放电量q 。

图4.1 脉冲电流法基本原理示意图4.1 脉冲电流法的基本测量线路（a ）并联法测量回路 （b ）串联法测量回路 （c ）平衡法测量回路图4.2 脉冲电流法的基本试验测量线路示意图脉冲电流法的基本试验测量线路有三种，如图4.2所示，其中图4.1（a ）、（b ）统称为直接法测量回路，（c ）称为平衡法测量回路。

每种测量回路应包括以下基本部分：（1）试验电压u ；（2）检测阻抗Z d ，将局部放电产生的脉冲电流转化为脉冲电压；（3）耦合电容C k ，与试品C x 构成使脉冲电流流通回路，并具有隔离工频高电压直接加在检测阻抗上Z d 的作用；（4）高压滤波器Z m ，一方面阻塞放电电流进入试验变压器，另一方面抑制从高压电源进入的谐波干扰。

（5）测量及显示检测阻抗输出电压的装置M 。

e并联法多用于试品电容较大或试品有可能被击穿的情况下，过大的工频电流不会流入检测阻抗Z d 而将Z d 烧损并在测试仪器上出现过电压的危险。

另外，某些试品在正常测量中无法与地分开，只能采用并联法测量线路。

串联法多用于试品电容较小情况下，耦合电容具有滤波作用，能够抑制外部干扰，而且测量灵敏度随C k /C x 的增大而提高。

在相同的条件下，串联法比并联法具有更高的灵敏度，这是因为高压引线的杂散电容及试验变压器入口电容（无电源滤波器时）也被利用充当耦合电容。

局部放电检测原理及一般试验技术局部放电检测是指通过检测高压设备内的局部放电现象，以评估设备的绝缘状况。

局部放电是电气设备的一种常见的故障形式，它通常是由于设备内部存在着绝缘材料缺陷或引起绝缘材料部分击穿导致的。

局部放电检测技术可以及早发现绝缘问题，防止设备发生故障，提高设备的可靠性和安全性。

局部放电检测的原理是利用高频电压激励绝缘系统，当绝缘系统中存在局部放电时，这些放电会产生脉冲信号，可以通过电流传感器或电压传感器检测到。

通过分析局部放电信号的特征，可以确定绝缘材料的缺陷类型和位置，评估设备的绝缘状况。

1.直流高压法：将直流高压施加在被测设备上，通过检测绝缘系统上的泄漏电流和泄漏电压来评估设备的绝缘状况。

这种方法适用于绝缘材料较好的设备，但对于绝缘材料较差的设备可能会导致击穿。

2.脉冲电压法：施加脉冲电压激励在被测设备上，通过检测局部放电产生的脉冲电流和脉冲电压来评估设备的绝缘状况。

这种方法可以检测到微弱的局部放电信号，适用于各种绝缘材料的设备。

3.交流电压法：施加交流电压激励在被测设备上，通过检测局部放电产生的交流电流和交流电压来评估设备的绝缘状况。

这种方法可以模拟实际工作条件下的电压变化，适用于绝缘材料受到交流电压影响的设备。

4.高频电流法：施加高频电压激励在被测设备上，通过检测局部放电产生的高频电流来评估设备的绝缘状况。

这种方法可以提高局部放电信号的灵敏度，适用于检测高频设备和纤维材料。

在局部放电检测中，还可以采用数字信号处理和频谱分析等技术，对局部放电信号进行进一步的处理和分析。

通过分析局部放电信号的幅值、频率、相位等特征，可以判断绝缘系统的缺陷类型和严重程度。

总之，局部放电检测通过对绝缘系统中局部放电信号的检测和分析，可以评估设备的绝缘状况，及早发现绝缘问题，提高设备的可靠性和安全性。

不同的试验技术可以根据被测设备的特点和需要进行选择和应用。

01 Chapter了解局部放电现象0102局部放电实验主要通过施加高压电场，模拟电流互感器在实际运行中可能承受的电场强度，以检测其局部放电情况。

实验过程中，通常采用测量局部放电的电量参数（如放电电荷、放电电压等）来评估电流互感器的绝缘性能。

掌握局部放电实验原理准备实验设备包括高压电源、测量仪器（如示波器、电荷放大器等）、被安装被测电流互感器将被测电流互感器安装在实验场地中的支架上，并确保其位置加压测试测量局部放电参数分析实验结果整理实验数据掌握实验操作流程02 Chapter电流互感器高压电源测量仪器具备高灵敏度和低噪声的特性以确保测量准确性能够实时显示和记录实验数据高精度的电压和电流测量仪器其他辅助材料绝缘材料，如绝缘胶带、绝缘垫等实验操作手册和安全规范以确保实验安全实验记录表格以便记录实验数据和分析结果03 Chapter实验准备准备实验设备和材料制定实验方案和操作流程了解实验原理和目的设备安装与调试030201加压与观察数据记录与分析记录数据对记录的数据进行整理，提取有用的信息。

数据整理分析结果04 Chapter实验步骤对电流互感器进行局部放电实验，记录各个时间段、不同电压下的放电数据实验设备电流互感器、高压电源、测量仪器（如示波器、频谱分析仪）数据记录表记录实验过程中观察到的局部放电现象、放电位置、放电波形等数据实验数据记录结果分析影响因素探讨环境因素探讨环境因素如温度、湿度、气压等对局部放电的影响设备结构分析电流互感器的结构特点对局部放电的影响，如电极形状、绝缘材料等电压波形研究不同电压波形下局部放电的特点和规律，如直流电压、交流电压等05 Chapter实验前安全检查检查实验设备和电流互感器是否完好无损，特别是绝缘部分不能有损伤或老化。

检查实验场所和环境是否安全，包括地面、墙壁、天花板等，确保没有杂物或易燃物品。

检查实验人员的安全防护措施是否到位，包括穿戴合适的衣服、戴手套、戴安全帽等。

局部放电试验
1、测试目的与要求：
局部放电试验检测是一种非破坏性试验在导体和电缆金属屏蔽层之间施加工频电压，绝缘中的微孔、杂质、金属颗粒，内外屏蔽中破洞和凸出物等，在电锡作用下，均会产生局部放电量。

放电量常用微微库伦（pC）来表示。

对于交联聚乙烯电缆，因绝缘缺陷而导致电缆击穿的主要原因是局部放电，使绝缘在工作电压下不发生局部放电或不超过一定量的局部放电，可以保证绝缘的长期工作可靠性。

因此，为了保障电缆的可靠运行，把整盘电缆的局部放电试验列入电缆的例行试验是非常重要的，世界上几乎所有国家都有该项目的考核标准。

我国最近出版的国家标准已由原来的
1.5U0试验电压下，局放最大为20Pc，改为1.73U0，局放为10Pc。

目前国内有的制造厂内控标准局放由最大为10Pc降至为5Pc。

2、局部放电试验测试原理
绝缘中发生局部放电时，引起电、化、光、声热各种效应，利用这些效应而有多种局部放电检测方法。

目前采用最广泛的高频电脉冲方法，具有较高的灵敏度，可以测量放电量为微微库的微弱信号。

当试品上的外加电压逐渐升高，达到绝缘中气隙的放电电场强度时，气隙中就发生放电。

在试品两端引起压降△U引起了试验回路中电荷重新分配的暂态过程，高频脉冲电流在试样电容，耦合电容器及测量阻抗上造成了一微弱的放电脉冲信号。

通过放大器加以放大，然后再通过示波器将放电信号显示出来，以便观察和记录。

3、局部放电试验测试方法
试验电压应加在导电线芯和金属屏蔽之间，电缆的试验电压应平稳升高到1.2倍试验电压，但时间不得超过1min，此后，缓慢的下降到规定的试验电压，此时可测量局部放电量，之后降压至零。

第4章 局部放电测量的基本原理脉冲电流法的基本原理可用图4.1所示电路阐述：当试品C X 产生一次局部放电时，脉冲电流经过耦合电容C k 在检测阻抗两端产生一个瞬时的电压变化，即脉冲电压 U ，脉冲电压经传输、放大和显示等处理，可以测量局部放电的基本参量。

脉冲电流法是对局部放电频谱中的较低频段（一般为数千赫兹至数百千赫兹或至多数兆赫兹，局部放电信号能量主要集中在该段频带内）成分进行测量，以避免无线电干扰。

传统的测量仪器一般配有脉冲峰值表指示脉冲峰值，并有示波管显示脉冲大小、个数和相位。

放大器增益很大，其测试灵敏度相当高，而且可以用已知电荷量的脉冲注入校正定量，从而测出放电量q 。

图4.1 脉冲电流法基本原理示意图4.1 脉冲电流法的基本测量线路（a ）并联法测量回路 （b ）串联法测量回路 （c ）平衡法测量回路图4.2 脉冲电流法的基本试验测量线路示意图脉冲电流法的基本试验测量线路有三种，如图4.2所示，其中图4.1（a ）、（b ）统称为直接法测量回路，（c ）称为平衡法测量回路。

每种测量回路应包括以下基本部分：（1）试验电压u ；（2）检测阻抗Z d ，将局部放电产生的脉冲电流转化为脉冲电压；（3）耦合电容C k ，与试品C x 构成使脉冲电流流通回路，并具有隔离工频高电压直接加在检测阻抗上Z d 的作用；（4）高压滤波器Z m ，一方面阻塞放电电流进入试验变压器，另一方面抑制从高压电源进入的谐波干扰。

（5）测量及显示检测阻抗输出电压的装置M 。

e并联法多用于试品电容较大或试品有可能被击穿的情况下，过大的工频电流不会流入检测阻抗Z d 而将Z d 烧损并在测试仪器上出现过电压的危险。

另外，某些试品在正常测量中无法与地分开，只能采用并联法测量线路。

串联法多用于试品电容较小情况下，耦合电容具有滤波作用，能够抑制外部干扰，而且测量灵敏度随C k /C x 的增大而提高。

在相同的条件下，串联法比并联法具有更高的灵敏度，这是因为高压引线的杂散电容及试验变压器入口电容（无电源滤波器时）也被利用充当耦合电容。

局部放电测量原理
局部放电测量原理是通过检测目标物体中发生的局部放电现象来判断其绝缘性能的一种方法。

局部放电是指在绝缘材料中由于局部缺陷或电场强度过高而产生的电击穿放电现象。

测量局部放电的原理是利用局部放电产生的电磁波和声波来进行检测。

当局部放电发生时，电流会产生高频电磁波和声波，这些电磁波和声波可以通过传感器进行捕捉和测量。

传感器可以是电磁感应传感器或压电传感器。

在测量过程中，传感器会将捕捉到的电磁波和声波信号转化为相应的电信号，并将其传输给信号处理系统。

信号处理系统会对信号进行放大、滤波和分析处理，以获得有关局部放电的相关参数。

这些参数可以包括放电的能量、频率、位置和强度等。

通过测量局部放电的参数，可以评估绝缘材料的质量和性能，并及时发现和定位可能存在的缺陷。

这对于预防设备的局部放电损坏以及事故的发生具有重要的意义。

因此，局部放电测量在电力设备、变压器、发电机、绝缘子等领域中得到广泛应用。

总之，局部放电测量原理是通过检测局部放电产生的电磁波和声波来评估绝缘材料性能的一种方法。

这种测量方法具有高灵敏度、无损测量和定位准确等优点，在电力行业和高压设备检测中具有重要的应用价值。

局部放电检测原理介绍超声波检测法由于声音的传播速度比电磁波慢很多，时间差更容易进行测量，定位更加准确，并且定位后还可通过敲击GIS外壳的方法进行验证，所以在放电定位方面，声学检测法比电学的方法更优越，加之超声波传感器与GIS设备的电气回路之间无任何联系，抗电磁干扰性较好，因此人们对超声法的研究较为深入，技术手段较为成熟。

但是超声波检测法的灵敏度不仅取决于局部放电的能量，而且取决于超声波信号在传播路径上的衰减，在大多数情况下，超声传感器的灵敏度不是很高。

近年来，由于声—电换能器效率的提高和电子放大技术的发展，超声波检测法的灵敏度有了较大的提高[66-77]，但是超声传感器的有效检测范围仍然较小，完成一个较大规模GIS变电站的检测通常需要数天的时间，检测效率不高。

在GIS中，除局部放电产生的声波外，还有微粒碰撞绝缘子或外壳、电磁振动、操作引起的机械振动等也会发出的声波。

气体和液体中只传播纵波，固体中传播的声波除纵波外还有横波。

GIS设备局部放电的超声波检测法是利用安装在GIS外壳上的超声波传感器接收局部放电产生的振动信号以达到检测内部局部放电的目的。

故在GIS中沿SF6气体传播的声波和在变压器油中一样只有纵波，但其传播速度很慢，要比油中低10倍，衰减也大，且随频率的增加而增大。

测量超声波信号的传感器主要有加速度和声发射两种。

当采用加速度传感器时，要采用高通滤波器以消除较低频率的背景干扰；声发射传感器的原理是利用谐振方式，其频率特性中已经包含了高通特性，因此无需另外附加相应的滤波器件。

特高频法特高频法(Ultra High Frequency，简称UHF) 是近年发展起来的一种新的GIS设备局部放电的检测技术。

它是利用装设在GIS内部或外部的天线传感器接受局部放电辐射出的300～3000MHz频段的特高频电磁波信号进行局部放电的检测和分GIS设备的腔体结构相当于一个良好的同轴波导，非常有利于电磁波的传播。

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：Ua Ug Cg放电局部放电放电的产生与介质内部电场分布有关，空穴与介质完好部分电压分布关系如下：介质总电容:设空穴与其串联部分介质的总电容Cn:因为介质电容充电电荷q=UC C=εS/dEg:空穴电场强度εg:空穴介电常数Eb:与空穴串联部分电场强度εb: 与空穴串联部分介电常数设qn为空穴充电电荷Ug=qn/Cg空穴电场强度Eg= Ug/dg=q/dgCgdg:空穴距离 db:串联部分完好介质厚度介质中平均场强εg=1空穴大多为空气εb>1所以空穴的E高于完好介质,同时，完好介质的临界场强远高于空气，如环氧树脂Ec=200-300(kV/cm),而空气为25-30(kV/cm)，当外施电压达一定值时空穴首先击穿,其它介质完好,形成局部放电。