第4章-局部放电测量的基本原理
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局放试验原理
局放试验原理
局放试验是一种用于检测电气设备绝缘状况的一种方法。
该试验的原理基于电气设备在高电压作用下可能产生的绝缘故障，如放电、击穿以及局部放电。
通过对设备施加高电压，可以模拟设备工作时可能出现的电气应力，进而推测设备绝缘的可靠性和安全性。
在局放试验中，高压源会向设备施加一定电压，并测量设备产生的局部放电现象。
这些局放现象通常会以脉冲电流或瞬态电压的形式在设备的电气回路中产生，通过检测和分析这些电信号，可以评估设备的绝缘状况。
局放试验通常需要进行多次重复，以获得可靠的结果。
在每次试验中，高压源的电压可能会逐渐升高，以达到设备的击穿电压。
测试人员会记录下电压和局放电流之间的关系，并观察设备的响应情况。
如果出现局部放电现象，其电流的幅度和次数将被记录下来，以评估设备的绝缘质量。
通过局放试验，可以识别设备绝缘中潜在的故障和缺陷。
根据局放信号的形状和幅度，试验人员可以判断设备绝缘的质量，进而采取适当的维修和保养措施，以提高设备的可靠性和安全性。
总之，局放试验是一种通过施加高电压并检测设备产生的局部放电现象来评估设备绝缘状况的方法。
通过分析局放信号，可以判断设备绝缘质量，从而进行相应的维修和保养工作。
局放试验
一、超声波局部放电测量原理
超声波是一种振荡频率高于20kHz的声波，超 声波的波长较短，可以在气体、液体和固体等 媒介中传播，传播的方向性较强、故能量较集 中，因此通过超声波测试技术可以测定局部放 电的位置和放电程度。
超声波局部放电测量特点： 1. 可以较准确的测定局部放电的位置。 2. 测量简便。可在被测设备外壳任意安装传感器。 3. 不受电源信号的干扰。
如采用示波器观察脉冲，应先调节宽带放大器的增益， 得到一个高度为L0mm的脉冲，然后计算单位刻度的放电量 q0/ L 0，此时L0= q0。试品册得的视在放电量q= UN.Cq （L/ L0）若放大器变档则：
q= UN.Cq（L/ L0）×10(N1-N2) 示波器读数 L:测量信号高度 ；L0：校正信号高度 N1:测量档位 N2:校 正档位
低压施加3相倍频电源。
试验方法：测量A相，B、C分别接地，其他两相同 理。判定时取最大值。试验时铁心接地。
第六节 局部放电波形图谱识别 1.内部放电：
单气隙
多气隙
2.表面放电：
3.电晕放电： 4.干扰放电波形：
接触不良
可控硅元件动作
磁饱和产生的谐振波形
调制或非调制的干扰波形
荧光灯产生的干扰
第七节 局部放电试验应注意的事项：
三、放电量与各参数间的关系 一个脉冲真实放电量qr，Ug、Ur等参数在实际试品中 是不可知的，同时绝缘缺陷各不相同，故真实放电量 是不可以直接测量的。 局部放电将引起绝缘上所施加电压的变化,产生一个 ΔU,同时也引起绝缘介质中电荷q的转移,我们称之为视 在放电量。
第二节 局部放电测量方法
局部放电会产生各种物理、化学变化，如发生 电荷转移交换，发射电磁波、声波、发热、发 光、产生分解物等，所以有很多测量局部放电 的方法，一般分为电测法和非电测法。
超声波是一种振荡频率高于20kHz的声波，超 声波的波长较短，可以在气体、液体和固体等 媒介中传播，传播的方向性较强、故能量较集 中，因此通过超声波测试技术可以测定局部放 电的位置和放电程度。
超声波局部放电测量特点： 1. 可以较准确的测定局部放电的位置。 2. 测量简便。可在被测设备外壳任意安装传感器。 3. 不受电源信号的干扰。
如采用示波器观察脉冲，应先调节宽带放大器的增益， 得到一个高度为L0mm的脉冲，然后计算单位刻度的放电量 q0/ L 0，此时L0= q0。试品册得的视在放电量q= UN.Cq （L/ L0）若放大器变档则：
q= UN.Cq（L/ L0）×10(N1-N2) 示波器读数 L:测量信号高度 ；L0：校正信号高度 N1:测量档位 N2:校 正档位
低压施加3相倍频电源。
试验方法：测量A相，B、C分别接地，其他两相同 理。判定时取最大值。试验时铁心接地。
第六节 局部放电波形图谱识别 1.内部放电：
单气隙
多气隙
2.表面放电：
3.电晕放电： 4.干扰放电波形：
接触不良
可控硅元件动作
磁饱和产生的谐振波形
调制或非调制的干扰波形
荧光灯产生的干扰
第七节 局部放电试验应注意的事项：
三、放电量与各参数间的关系 一个脉冲真实放电量qr，Ug、Ur等参数在实际试品中 是不可知的，同时绝缘缺陷各不相同，故真实放电量 是不可以直接测量的。 局部放电将引起绝缘上所施加电压的变化,产生一个 ΔU,同时也引起绝缘介质中电荷q的转移,我们称之为视 在放电量。
第二节 局部放电测量方法
局部放电会产生各种物理、化学变化，如发生 电荷转移交换，发射电磁波、声波、发热、发 光、产生分解物等，所以有很多测量局部放电 的方法，一般分为电测法和非电测法。
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：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。
第4章 局部放电测量的基本原理
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
高压端部电晕放电的抑制，主要是选用合适的无晕环(球)及无晕导电杆作为高压连线。不同电压等级设备无晕环(球)的尺寸举例，见下表。高压无晕导电杆建议采用金属圆管或其它结构的无晕高压连线。110kV及以下设备，可采用单环屏蔽，其圆管和高压无晕金属圆管的直径均为50mm及以下。
电压等级kV
无晕件
双球形mm
内部放电 ---在介质内部或介质与电极之间的放电。这种放电的特性与介质的特性和气屑的形状、大小、位置以及气屑中气体的性质有关。
表面局部放电---在沿介质表面的电场强度达到击穿场强时所发生的局部放电。在电机绕组、电缆、套管等绝缘结构的端部，从导体到介质表面经常会出现这种局部的放电。
电晕放电---在气体中，高电压导体周围所产生的局部放电称为电晕。如高压传输线、高压变压器等高压电气设备，因高压接线端暴露在空气中，都有可能产生这种局部放电。
球形mm
圆管形直径mm
d
H
D
D
220
150
1050
810
750
100
500
2Hale Waihona Puke 012001600
1800
250
750
2500
300
01
抑制干扰的措施 ----接地干扰的抑制
抑制试验回路接地系统的干扰，唯一的措施是在整个试验回路选择一点接地。
02
通常情况下局部放电试验现场干扰的处理的注意事项
02
什么是局部放电?
局部放电产生的原因
局部放电对于高压电工产品往往是很难避免的，这是由于绝缘材料和绝缘结构在制造过程中常会含有比固体绝缘容易击穿的小气泡或油膜，在电场的作用下，会产生内部放电。绝缘材料和绝缘结构中电场分布不均匀，也会产生局部放电（如针尖电极、电极表面上的毛刺、或者是金属屑异物）。
电压等级kV
无晕件
双球形mm
内部放电 ---在介质内部或介质与电极之间的放电。这种放电的特性与介质的特性和气屑的形状、大小、位置以及气屑中气体的性质有关。
表面局部放电---在沿介质表面的电场强度达到击穿场强时所发生的局部放电。在电机绕组、电缆、套管等绝缘结构的端部，从导体到介质表面经常会出现这种局部的放电。
电晕放电---在气体中，高电压导体周围所产生的局部放电称为电晕。如高压传输线、高压变压器等高压电气设备，因高压接线端暴露在空气中，都有可能产生这种局部放电。
球形mm
圆管形直径mm
d
H
D
D
220
150
1050
810
750
100
500
2Hale Waihona Puke 012001600
1800
250
750
2500
300
01
抑制干扰的措施 ----接地干扰的抑制
抑制试验回路接地系统的干扰，唯一的措施是在整个试验回路选择一点接地。
02
通常情况下局部放电试验现场干扰的处理的注意事项
02
什么是局部放电?
局部放电产生的原因
局部放电对于高压电工产品往往是很难避免的，这是由于绝缘材料和绝缘结构在制造过程中常会含有比固体绝缘容易击穿的小气泡或油膜，在电场的作用下，会产生内部放电。绝缘材料和绝缘结构中电场分布不均匀，也会产生局部放电（如针尖电极、电极表面上的毛刺、或者是金属屑异物）。
局部放电试验原理
3.电晕放电：在电场极不均匀的情 况下，导体表面的电场强度达到附 近气体的击穿场强发生的放电。电 晕放电大多发生在电极边缘、导体 尖端周围，电晕放电一般发生在负 半周。
三、放电量与各参数间的关系
一个脉冲真实放电量qr,Ug Ur等参数在实际试品中是不可知的，同时绝缘缺陷各不相同,
故真实放电量是不可以直接测量的。
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：
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 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， 重复击穿和熄灭现象-局部放电。
1.校正方法：注入qO=UN.Cq
试品的电容Cx为 已知，Cx两端的 电荷：qO=UN CxCq/Cx+Cq Cq<< Cx所以qO~UN.Cq一般Cq为固定值，调节UN得到不同的qO值。不论采用何种接线， 校准信号 必须从试品两端注入。
直测法。
仪器测得的信号Uf=Ua-Ub
检测阻抗：
测量阻抗Zm测量阻抗是一个四端网络的元件，它可以是电阻R或电感L的单一元件，也
三、放电量与各参数间的关系
一个脉冲真实放电量qr,Ug Ur等参数在实际试品中是不可知的，同时绝缘缺陷各不相同,
故真实放电量是不可以直接测量的。
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：
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 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， 重复击穿和熄灭现象-局部放电。
1.校正方法：注入qO=UN.Cq
试品的电容Cx为 已知，Cx两端的 电荷：qO=UN CxCq/Cx+Cq Cq<< Cx所以qO~UN.Cq一般Cq为固定值，调节UN得到不同的qO值。不论采用何种接线， 校准信号 必须从试品两端注入。
直测法。
仪器测得的信号Uf=Ua-Ub
检测阻抗：
测量阻抗Zm测量阻抗是一个四端网络的元件，它可以是电阻R或电感L的单一元件，也
局部放电检测原理及一般试验技术课件
06
局部放电检测案例分析
案例一：GIS的局部放电检测
01
02
03
04
GIS（Gas-Insulated Substation）是一种高压电 气设备，其内部结构紧凑， 运行电压高，因此局部放电 检测对于保障GIS的安全运行
至关重要。
GIS的局部放电检测通常采用 电测法，通过测量GIS内部产 生的电信号来判断是否存在
局部放电检测原理及一般 试验技术课件
• 局部放电检测原理 • 局部放电检测方法 • 局部放电检测设备 • 局部放电试验技术 • 局部放电检测标准与规范 • 局部放电检测案例分析
01
局部放电检测原理
局部放电定义
局部放电是指在绝缘介质中，由于电 场的作用，在导体间或导体与介质间 产生的非常短暂的、局部的、非贯穿 性的电荷释放现象。
企业标准与规范
企业标准Q/GDW 1522006
这是国家电网公司制定的关于高压开关设备 局部放电检测的企业标准，适用于国家电网 公司系统内的高压开关设备的局部放电检测 。
企业规范Q/GDW 1532006
这是国家电网公司制定的关于高压电缆局部 放电检测的企业规范，适用于国家电网公司
系统内的高压电缆的局部放电检测。
这些带电粒子在电场作用下又会撞击更多的气体或液体分子，产生连锁反应，最终 导致局部放电。
局部放电的电气特征
局部放电的电气特征主要包括： 放电时产生的电流脉冲、电磁 波、声波等。
其中，电流脉冲是局部放电最 直接的表现形式，其大小和波 形取决于放电的类型和程度。
电磁波和声波可以通过专门的 传感器进行测量，是检测局部 放电的重要手段。
结果处理
对检测数据进行处理和分析，如计算放电强度、放电位置等，并评估 其对设备的影响。
局部放电测量原理
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。
第4章 局部放电测量的基本原理
所示。试品放电瞬间，脉冲电压 Δu 按电容分配，局部放电衰减完后，检测阻抗Cd上电压通过
co
]
1 2
m
（4.7） cos ϕ ] （4.8）
2⎤2 1
图 4.6 接 RC 检测阻抗的测试回路
1 + (ω d / α f )
2
[e −α d t cos(ω d t − ϕ ) − e
其波形如图 3-7b所示。其幅值小于q/CV，最大幅值也不一定在第一周期。经傅氏变换得
网
4.3
放电量的校正
4.3.1 放电量校正的原理
在局部放电的电测法中，如果未经放电量的校正，就无法知道检测仪的显示器上所显示 的放电脉冲的幅值代表试品的多少放电量。电测法局部放电检测系统的定量校正是根据视在 放电量的定义， 如果定量校正试品 C x 产生的局部放电量， 可以用幅值为 U 0 的方波电压源串联 小电容 C 0 组成人工模拟支路并将产生的放电量 q 0 注入与 C x 两端，此注入的电荷量为
4.2.2
LCR 型检测阻抗
Ck Cx Rd Cd
d
Ld
ud
LCR型检测阻抗由电感Ld、电容Cd、电阻Rd组成，接LCR型检测阻抗的测试回路如图 4.6 Rd衰减，同时在Ld、Cd之间产生磁能和电能转换，于是在Cd上出现衰减振荡，并且衰减系数为
α d = 1 /(2 R d C t ) ，振荡角频率为 ω d = 1 Ld Ct 。
脉冲电流法的基本原理可用图 4.1 所示电路阐述：当试品CX产生一次局部放电时，脉冲电 流经过耦合电容Ck在检测阻抗两端产生一个瞬时的电压变化，即脉冲电压ΔU，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。
局部放电测量的基本知识
局部放电测量的基本知识邱昌容徐阳西安交大科技园博源电气有限责任公司序言局部放电（PD）是表征高压电气设备绝缘性能的重要参数，也是发生绝缘故障的有效先兆信息。
通过局部放电的检测,特别是在线监测，将为避免事故的发生和实行状态检修创造条件。
因此PD在线监测已引起广泛的关注。
为了让用户基本上了解有关PD的机理，测量技术，测试结果的分析、判断，以及本公司生产的PD在线监测系统。
针对用户关心的问题，编写这本小册子。
目录一、什么是PD，如何产生 (1)二、为什么要测量局部放电？ (1)三、有哪些测量局部放电的方法 (3)四、有哪些PD表征参数 (5)五、什么是局部放电谱图 (7)六、视在放电电荷如何定量 (9)七、为什么要对变压器局部放电进行在线监测 (10)八、PD在线监测的关键技术是什么 (11)九、BYT-II系统的工作原理及其特点是什么 (15)十、如何进行绝缘诊断 (18)一、什么是PD，如何产生局部放电是指在绝缘系统中，只有局部区域发生放电，而没有击穿，即放电没有贯穿施加电压的导体之间。
局部放电可能出现在绝缘体内部、绝缘体与导体的界面上，以及绝缘体表面。
导体周围都是气体时，导体边缘的PD称为电晕。
产生局部放电的根本原因是电场不均匀。
这可能是由于导体尖端，或毛刺；也可能是绝缘体内部或界面存在气泡、裂纹、杂质、或是绝缘系统由多种介质复合组成。
只要在局部区域的电场强度超过该区域材料的击穿场强时，在该区域就会出现放电，即产生局部放电。
例如变压器油纸中含有气泡，则气泡中的电场强度E0 比其周围油纸中的电场强E p要大εp/ε0倍。
εp为油纸的相对介电常数约2.2；ε0为空气的相对介电常数约为1，故E0＝2.2E p而气体的击穿场E B0为3kV/mm(大气压力下)而油纸的击穿场强高达15kV/mm，很明显气泡首先放电而油纸仍然保持绝缘特性，这就出现局部放电。
此外还可能因导体接触不好或有浮动电位的金属体产生的PD。
第4章 局部放电测量的基本原理
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课件
技术要求
对局放信号的灵敏度、时间分 辨率和探针的分辨率均有高要 求
应用领域
磁力共振成像技术和局部放电 检测技术的结合，可广泛应用 于医学、化学、生命科学等多 个领域
局部放电检测在核磁共振成像技术中的应用
核磁共振成像技术是一种通过对原子核在外加磁场下发生共振从而获取影像的技术。局部放电检测技术在核 磁共振成像技术中也有广泛的应用。
检测范围
局部放电检测技术适用于不同类 型的高压绝缘子，如玻璃绝缘子、 瓷绝缘子、硅橡胶绝缘子、熔融 盐绝缘子等类型
局部放电检测在变压器内部绝缘中的应用
变压器是电力系统中最为重要的电力设备，其绝缘材料的老化或破损是导致其故障的主因之一。局部放 电检测技术在变压器内部绝缘得到了广泛应用。
原理
利用局放检测仪器对变压器绝缘进行定期检测，获取局部放电信号，分析其特征，确定故障发生位 置和程度
检测方法
应用领域
局部放电检测技术在核磁共振成 像技术中的应用主要是疾病诊断， 早期发现细胞化学改变，提高临 床诊断精度和准确性
通过对局放信号的监测、分析和 处理，结合核磁共振技术，可广 泛应用于医学、生命科学等领域
技术优势
局放检测技术在核磁共振成像技 术中的应用具有高敏感性、高分 辨率、非侵入性等优势
新材料
采用先进材料，提升设备的散 热性、强度和安全性
智能监控
引入人工智能、大数据分析等 技术，将实时监控和及时预警 结合起来
先进设备
引入先进的局放检测仪器，提 升检测效率和检测精度
局放检测技术的局限性
当前局部放电检测技术仍存在以下局限性：
不适用于全封闭电器
全封闭电器内部有隔离气室，这就使得局部放电检测不是很适用，需要选择其他方法
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：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。
第4章 局部放电测量的基本原理
34
m
第4章
局部放电测量的基本原理
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Zd而将Zd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Ck/Cx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。另外，Ck可利用高压引线杂散电容来充当，线路更简单，可以避免过多的高压引线以降低 电晕干扰，在 220kV及更高电压等级的产品试验中多被采用。 平衡法需要两个相似的试品，其中一个充当耦合电容。它是利用电桥平衡的原理将外来 的干扰消除掉，因而抗干扰能力强。电桥平衡的条件与频率有关，只有当Cx1与CBx2的电容量 掉某一固定频率的干扰。在实际测量中，试品电容的变化范围很大，若要找到与每个试品有 相同条件的电容是困难的。因而，往往采用两个同类试品作为电桥的两个高压臂以满足平衡 条件。 和介质损失角 tgδ 完全相等，才有可能完全平衡消除掉各种频率的外来干扰；否则，只能消除
∞ 0
筑
龙
∫ u d (t )dt = C v 1 − α d / α f
36
q
1
⎛ 1 1 ⎞ ⎟= q ⎜ − ⎜ α d α f ⎟ C vα d ⎠ ⎝
（4.6）
第4章
局部放电测量的基本原理
可见ud(t)对时间的积分值与 α f 无关，与q成正比，而低频放大器（带滤波器的放大器）就 是一种积分式放大系统。
q 0 = U 0 C 0 ，这时在局部放电检测仪的显示器上可测得脉冲高度 H 0 ，则放电量的分度系数为 K 0 = q0 H 0
高电压技术：4.3 局部放电的测量
2.局部放电的危害：
局部放电产生的电子、离子往复冲击绝缘物，使绝缘物分 解、破坏，并且绝缘物分解出来的导电性和化学性物质， 使绝缘进一步氧化、腐蚀；
局部放电产生的电荷使电场畸变，进一步加强局部放电的 强度；
局部放电使该处产生高温，导致绝缘物老化、劣化 如果局部放电是在工作电压下产生的，那么这种放电会在
➢ 局部放电的测量仪器 （显示单元）
传统方法用示波器观测 数字化测试：计算机辅助测试系统与传统的测
试方法相结合,作出各种谱图和统计量，来分 析局部放电情况。
测量
局放图形
特征提取
识别分类
识别结果
数据库
局部放电测试仪
6.局部放电测量仪
二、模拟局部放电测量仪
干扰判别式局部放电检测仪
6.局部放电测量仪
➢膜纸绝缘介质中，常用高性能液体色谱分析法 （HPLC）判断介质老化情况。 ➢在电力变压器中，油色谱分析（DGA）方法是一 种简单、经济、有效的变压器在线监测方法。
※测量时的注意事项
为了抑制内部干扰与外部干扰，主要措施有： 1.选用没有内部放电的试验变压器和耦合电容器， 外露电极应有合适的屏蔽罩。 2.选用抗干扰能力强的测量回路。 3.对测量线路进行屏蔽。有条件时可将整个试验回 路置于屏蔽室内进行测量。 4.试验电源最好采用独立电源。
W
1 2
qUi
Ui 为气泡放电时试品上的电压，即局部放电起始电压
放电能量W 推导：
令
Cg
Cg
CaCb Ca Cb
则脉冲电流： 放电能量：
i
Cg
dug dt
W
ugidt Cg
Ur Us
ug
dug
1 2
Cg
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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Ｚd ,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Ｚm ，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Ｚｄ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。
另外,C k 可利用高压引线杂散电容来充当，线路更简单,可以避免过多的高压引线以降低电晕干扰,在220kV 及更高电压等级的产品试验中多被采用。
平衡法需要两个相似的试品,其中一个充当耦合电容。
它是利用电桥平衡的原理将外来的干扰消除掉,因而抗干扰能力强。
电桥平衡的条件与频率有关，只有当C x 1与Ｃx 2的电容量和介质损失角δtg 完全相等,才有可能完全平衡消除掉各种频率的外来干扰；否则，只能消除掉某一固定频率的干扰。
在实际测量中，试品电容的变化范围很大,若要找到与每个试品有相同条件的电容是困难的。
因而，往往采用两个同类试品作为电桥的两个高压臂以满足平衡条件。
4.２ 检测阻抗检测阻抗，也称为输入单元,其主要作用是取得局部放电所产生的高频脉冲电流信号,并对试验电源的工频及其谐波低频信号则予以抑制。
检测阻抗是连接试品与仪器主体部分的关键部件，对仪器的频率特性与灵敏度有直接关系。
检测阻抗可分为RC 型及LCR 型两大类,如图4.3所示,图中电容C ｄ主要由至仪器主体连接电缆的电容、放大器输人电容等组成。
4.2.1 ＲC 型检测阻抗图4.３表示接有RC 型检测阻抗时的等效局部放电检测电路。
当试品C x 产生局部放电时,视在放电量为q ，C x 两端会产生一个脉冲电压u ∆，理想情况下u ∆是一个直角脉冲波，但在实际情况中u ∆具有一定的上升时间并具有以下的形式)1(t m f e U u α--=∆ （４．1）式中脉冲电压幅值)]/(/[d k d k x m C C C C C q U ++=，f α为放电衰减常数。
对于理想情况，在放电瞬间,电荷q 引起的C k 和C d 上响应的脉冲电压可认为按电容反比例分配，则C d 上的脉冲电压幅值为图4.3 检测阻抗图4.4 接RC 检测阻抗的测试回路xk d d d k k d k d k x d k kd C C C C qC C C C C C C C q C C C uu )/1()/(++=+⋅++=+∆=∆ （4.2） 当C d 上的脉冲电压到达幅值后经电阻d R 放电，则检测阻抗上脉冲电压为t vt d d d d e C q e u t u ατ--=∆=/)( （４.3) 式中)/(1t d d C R =α， )1(k d x d v C C C C C ++=,)(k x k x d t C C C C C C ++=。
通过对(4．3)的傅立叶变换求u ｄ的频率特性为2/122)()(-+=d vd C q U αωω (4.4） ｕd 的时间特性及频率特性分别如图4．5（曲线１)及4.6所示，其中，d h αω=。
如果考虑放电脉冲的上升时间，则ｕd 的时间特性如图图４.5中曲线2，且为)(/11)(/t t fd v t d d f d de e C q e u t u ααταα-----⋅=∆= （４.5） 衡量检测阻抗的品质，主要是根据测量的灵敏度、准确度以及分辨率三个因素。
在采用RC 型检测阻抗时，应考虑如下几点:(1）u d (t )的幅值与放电量q 成正比。
（2)在一定的q 下，减小C d 可以增大Δu ，即可提高灵敏度。
(3)R ｄ小则αｄ大，u d 衰减快，频谱就会很宽。
如果放大器的频带不够宽，就会降低检测的灵敏度。
而宽带放大器在使用中易受到外界干扰的影响,这一点限制了它的实际使用。
（4）RC 型检测阻抗上的电压是非周期性的单向脉冲,每个脉冲与绝缘内局部放电脉冲一一对应。
脉冲持续时间短、分辨率高,即αd 愈大，分辨率愈高。
(5)采用积分式放大系统有利于测量视在放电量。
例如,（4.5)对时间的积分,有d v f d f d v d C q C q dt t u ααααα=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎰∞11/11)(0 （4.6)图4.5 检测电压的（a ）时间特性及（b ）频率特性(a ) (b)可见u d （t )对时间的积分值与f α无关，与q 成正比，而低频放大器（带滤波器的放大器）就是一种积分式放大系统。
4．２.２ ＬCR 型检测阻抗ＬＣＲ型检测阻抗由电感Ｌd 、电容Ｃd 、电阻R d 组成，接LCR 型检测阻抗的测试回路如图4.6所示。
试品放电瞬间,脉冲电压u ∆按电容分配,局部放电衰减完后,检测阻抗C d 上电压通过R d 衰减,同时在L d 、Ｃd 之间产生磁能和电能转换，于是在C d 上出现衰减振荡,并且衰减系数为)2/(1t d d C R =α，振荡角频率为t d d C L 1=ω。
对于理想局部放电脉冲波形,当d d ωα<时，)cos()(t e C q t u d t vd d ωα-= （4.7) 如果放电脉冲的前沿较缓慢，则 ]cos )cos([)/(11)(2ϕϕωαωααt d t f d v d f de t e C qt u ----+= （4．８）式中)/(1f d tg αωϕ-=。
其波形如图3-7b 所示。
其幅值小于q/ＣV ,最大幅值也不一定在第一周期。
经傅氏变换得出其频率特性为()()[]()212222222122/⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-++=d d d d d V d L R C qU αϕωωωαωω （４．9) 由以上分析可见:(１）通常d d d d L R ωαω<<<<，。
这样，U d (ω)的最大值出现在d ωω=时,如图4．7所示。
（2)与ＲC 检测阻抗一样，L ＣＲ型检测阻抗u ｄ(t ）的峰值与放电量q 成正比。
(３)与RC 型检测阻抗不同的是LC Ｒ型检测阻抗频谱中幅值较大的谐波分量都集中在ωd 附近。
因此,只要选用包括ωd 在内而频带不必很宽的放大器就可以得到被测信号中的大部分能量，从而获得足够高的测量灵敏度。
（４)从v C 的表达式和(4.7)可以看出,灵敏度最大的条件为C d ≈0及C k ＞>C ｄ。
故设计者应考虑尽最减小输入电容C d ；用户使用时应尽可能采用较大的耦合电容C k 。
图4.6 接RC 检测阻抗的测试回路4.2.3 检测回路的脉冲分辨时间脉冲分辨时间是指检测系统输出的两个相继脉冲之间由于波形重叠而造成的脉冲幅值误差不超过10%时的最小时间间隔。
放电脉冲在检测回路中造成检测阻抗输出脉冲波形重叠而引起的误差与检测阻抗的特性有紧密关系。
1、 RC 型检测阻抗由前可知,RC 型检测阻抗对局部放电脉冲的响应电压波是呈指数式衰减的单向脉冲波形,如果脉冲发生重叠,其结果总是相加。
由（4.3）和(4．５）可知，检测回路的衰减常数d α决定了波形衰减的快慢，是决定分辨时间的主要因素。
为了使脉冲能充分分辨,脉冲必须经过约三倍的时间常数间隔在出现另一脉冲，故脉冲分辨时间为t d d R C R t 3/3==α （4.10）2、 ＲCL 型检测阻抗由图４.７可以看到,ＲCL 型检测阻抗上的波形是衰减的振荡波，当脉冲叠加时，其结果可能增大,也可能减小。
同样为了使脉冲能充分分辨，脉冲分辨时间应该满足t d d R C R t 6/3==α (4.１1)4.3 放电量的校正4.3．1 放电量校正的原理在局部放电的电测法中，如果未经放电量的校正,就无法知道检测仪的显示器上所显示的放电脉冲的幅值代表试品的多少放电量。
电测法局部放电检测系统的定量校正是根据视在放电量的定义,如果定量校正试品x C 产生的局部放电量，可以用幅值为0U 的方波电压源串联小电容0C 组成人工模拟支路并将产生的放电量0q 注入与x C 两端,此注入的电荷量为000C U q =,这时在局部放电检测仪的显示器上可测得脉冲高度0H ,则放电量的分度系数为000H q K = （4．1２）经过校正后，应保持检测系统连接回路不变以及系统的放大倍数等其它参数都不改变,即保持检测系统分度系数不变。
曲调校正用的人工模拟支路后，对试品按试验规程施加试验电压。
lg ωu d (ω)（a ） （b ）图4.7 LCR 检测阻抗上的（a ）电压波形及（b ）电压的频谱示意图当试品产生放电时，在显示器上读得的脉冲高度为H ,则试品的视在放电量为H K q 0= (4．13）国家标准GB735４－87《局部放电测量》推荐了直接法和平衡法测量回路的直接校正电路,如图 所示。
如果将人工模拟支路产生的放电量0q 注入检测阻抗d Z 两端称为间接校正，采用间接校正方法得到的分度系数进行放电量标定时，实际的放电量是分度系数0K 、回路衰减系数l K 以及脉冲高度H 三者的乘积,其中回路衰减系数l K 通常以测量方式求得，其方法是：采用间接校正回路测得分度系数K ，采用直接校正回路测得分度系数K ',则K K K l /'= 且 1>l K (４.1４)(a ）并联法直接校正回路 （b)串联法直接校正回路 (c)平衡法直接校正回路图4.８ 直接校正回路示意图4.3.2 校正脉冲的特性对定量校正的影响一、校正脉冲上升时间的影响校正脉冲的电压波形应与实际局部放电所产生的脉冲电压波形相似，在测量中才会产生很大的误差。