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第一章 绝缘电阻（率）的测量§1―1 概述一、定义：绝缘电阻R=U/I体积绝缘电阻 Rv=U/Iv 表面绝缘电阻 Rs= U/IsRv ∥RsRv=【d （厚度）/A （面积）】ρv （体积电阻率） ρv 单位：Ω．m ρv=E/j —电流密度（A/m 2） ρv=1/ν—电导率，用来表征材料 ρs= E/j 单位：Ω性能：用绝缘电阻表征绝缘结构性能 二、影响绝缘电阻率ρv 的因素1. 温度 ：T →R （ρv ） （离子电导为主体） 2. 湿度：δ（%） →R （ρv ）3. 电场E ，一般R （ρv ）与E 无关（线性材料） 高场强是 E →R （ρv ） （非线性材料）4. 辐射：剂量 →R （ρv ）5. 交联：无影响 ，高温下交联击穿强度高 标准测试条件： T ：23+2℃ δ（湿度）：50+5% 测试前预处理（正常化） T ：23+2℃ δ（湿度）：50+5% t ：24小时消除辐照、湿度影响、机械应力预处理的目的：消除试品经历的历史条件不同对测试结果的影响§1―2试样与电极系统 一、试样固体（绝缘电阻） 片状 管状一般采用片状，大于电极7mm 以上，厚度不大于4mm （最好在0.5~2mm ） 二、电极系统 ㈠ 三电极系统大电阻测量的本质是微电 流测量。
㈡ 二电极系统 常用于薄膜测量㈢ 三电极的优点① Iv 、Is 分开，实现体积电流测量（Rv ）② 消除电极边缘效应，可使被测部分近似为均化电场 ㈣ 电极尺寸测量极直径：50mm特定环境下用25mm 高压极直径：74mm 特定环境下用54mm保护间隙：2mm 保护极尺寸：10mm C=ε0εrh A R=ρv Ah（A 电极面积） 已知：A 、h 、Rv 、D1，g ，求ρvρv= Rv h4g D 2π）（+三、电极材料选择材料的原则： 1. 导电性好2. 与被测材料紧密接触3. 化学性能稳定，不和被测才来哦发生化学反应4. 经济、操作方便 可用电极材料： 1. 银漆、银膏 2. 蒸镀（铝、铜、金） 3. 铝箔 4. 导电橡胶§1—3 直接法测量绝缘电阻 Rx=U/Ix →U 已知，测Ix 求Rx一、兆欧表：直流电源+流比计（P13 图1-12） а=f （2I 1I ）=f （R1Rx 2R +） 流比计的特点：а与电压大小无关，使用于现场施工 二、检流法（P14 图1-13）① 校正检流计 ② 读出偏转角 R=аK Un n=IxIg— 分流比，K —仪表常数，а—检流计偏转角 U=1000V Imin=10-10 A R=1013Ω 适用于工厂产品测试三、高阻计法（P15 图1-15） Rx=IpSRnU，Rn 最大1012Ω，放大器输入阻抗>1014Ω。
《电网设备状态检修技术（带电检测分册）》第五章高频局部放电检测技术目录第1节高频局部放电检测技术概述发展历程高频局部放电检测方法是用于电力设备局部放电缺陷检测与定位的常用测量方法之一，其检测频率范围通常在3MHz到30MHz之间。
高频局部放电检测技术可广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备的局放检测，其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合，也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。
高频局部放电检测方法，根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。
电感型传感器中高频电流传感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT）具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点，因此应用最为广泛，其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测，高频电流传感器多采用罗格夫斯基线圈结构。
罗格夫斯基线圈（Rogowski coils，简称罗氏线圈）用于电流检测领域已有几十年历史。
早在1887年英国布里斯托大学的茶托克教授即进行了研究，把一个长而且形状可变的线圈作为磁位差计，并且通过测量磁路中的磁阻，试图研究更加理想的直流发电机。
罗格夫斯基线圈检测技术在20世纪90年代被英国的公立电力公司（CEGB）用在名为“El-Cid”的新技术里，用于测试发电机和电动机的定子[1]。
罗氏线圈自公布起就受到了很多学者的重视，对于罗格夫斯基线圈的应用也越来越广泛，1963年英国伦敦的库伯在理论上对罗格夫斯基线圈的高频响应进行了分析，奠定了罗格夫斯基线圈在大功率脉冲技术中应用的理论基础[2]。
20世纪中后期以来，国外一些专家学者和公司纷纷对罗氏线圈在电力上的应用进行了大量的研究，并取得了显着的成果。
如法国ALSTHOM公司有一些基于罗氏线圈电流互感器产品问世，其主要研究无源电子式互感器，在20世纪80年代英国Rocoil公司实现了罗格夫斯基线圈系列化和产业化。
特高频局部放电检测技术知识讲解电力设备的局部放电是一种常见的电气现象，它预示着设备的绝缘状况可能出现问题。
特高频局部放电检测技术是一种先进的检测技术，能够有效地检测和识别电力设备的局部放电。
本文将详细介绍特高频局部放电检测技术的原理、应用及优势。
一、特高频局部放电检测技术原理特高频局部放电检测技术主要利用局部放电产生的电磁波进行检测。
当电力设备发生局部放电时，放电产生的电流会激发出电磁波，这些电磁波的频率通常在数吉赫兹到数百吉赫兹之间。
特高频局部放电检测设备能够捕捉到这些特高频电磁波，并对其进行处理和分析。
二、特高频局部放电检测技术的应用特高频局部放电检测技术在电力设备检测中具有广泛的应用。
例如，它可以用于变压器、电缆、断路器等电力设备的检测。
通过对特高频电磁波的分析，可以判断出设备的绝缘状况，发现潜在的故障，从而预防设备故障的发生。
三、特高频局部放电检测技术的优势特高频局部放电检测技术相比传统的检测方法具有以下优势：1、高灵敏度：特高频局部放电检测技术对局部放电产生的电磁波非常敏感，可以检测到非常微弱的放电信号，从而能够发现潜在的设备故障。
2、宽频带：特高频局部放电检测设备具有宽频带的接收能力，可以接收到的电磁波频率范围很广，从而能够获得更全面的设备信息。
3、抗干扰能力强：特高频局部放电检测技术对噪声的抑制能力较强，可以有效地避免干扰信号对检测结果的影响。
4、非接触式检测：特高频局部放电检测技术可以采用非接触式的方式进行检测，无需接触设备，从而不会对设备的正常运行产生影响。
四、结论特高频局部放电检测技术是一种先进的电力设备检测技术，具有高灵敏度、宽频带、抗干扰能力强和非接触式检测等优势。
通过对电力设备的特高频电磁波进行检测和分析，可以有效地发现潜在的设备故障，预防设备故障的发生。
在未来的电力设备检测中，特高频局部放电检测技术将会发挥越来越重要的作用。
随着电力系统的不断发展，人们对电力设备的安全与稳定性要求越来越高。
《电网设备状态检修技术（带电检测分册）》第五章高频局部放电检测技术目录第1节高频局部放电检测技术概述 (2)1.1 发展历程 (2)1.2 技术特点 (3)1.2。
1 技术优势及局限性 (3)1。
2.1 局限性 (3)1.2.3 适用范围 (4)1。
3 应用情况 (4)第2节高频局部放电检测技术基本原理 (4)2。
1 罗氏线圈基本知识 (4)2。
2 高频局部放电检测基本原理 (6)2。
3 高频局部放电检测装置组成及原理 (7)第3节高频局部放电检测及诊断方法 (9)3。
1 检测方法 (9)3。
1。
1 电力电缆 (9)3。
1。
2 其他电力设备 (10)3。
2 诊断方法 (11)第四节典型高频局部放电案例分析 (14)4.1 110kV 电缆GIS终端内部气隙局部放电缺陷案例 (14)参考文献 (16)第1节高频局部放电检测技术概述1.1 发展历程高频局部放电检测方法是用于电力设备局部放电缺陷检测与定位的常用测量方法之一，其检测频率范围通常在3MHz到30MHz之间。
高频局部放电检测技术可广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备的局放检测，其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合，也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。
高频局部放电检测方法，根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。
电感型传感器中高频电流传感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT）具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点，因此应用最为广泛，其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测，高频电流传感器多采用罗格夫斯基线圈结构。
罗格夫斯基线圈（Rogowski coils,简称罗氏线圈)用于电流检测领域已有几十年历史。
早在1887年英国布里斯托大学的茶托克教授即进行了研究，把一个长而且形状可变的线圈作为磁位差计，并且通过测量磁路中的磁阻，试图研究更加理想的直流发电机。
电力变压器局部放电超高频检测技术探析局部放电是导致电力变压器失效的最主要原因之一，对其进行有效的检测与处理，能够保证变压器始终处于最稳定的工作状况中。
本文则分析了一种超高频检测方案，首先指出了该方法的检测原理与优势之处，进而将其应用于某变电站的实际检测中，结果显示效果良好。
标签：变压器；局部放电；超高频；检测对变压器进行绝缘状态监测是保证其稳定发挥作用的关键工作，需要格外重视。
局部放电检测是最主要的检测方法，目前最为有效的局部放电检测方案当属超高频检测技术，其检测精度高、定位准确且抗干扰能力极强。
为了深入研究该技术的应用效果，我们首先应该对其形成一个基本认识。
一、超高频检测技术简介（一）超高频检测系统组成无论是何种超高频检测系统，其基本组成均必须包括传感器、信号处理模块、数据采集模块等，其中数据采集模块又可进一步细分为采集卡和工控机。
对各部件的作用分析如下：传感器主要指超高频传感器，主要作用是检测并传输高频电信号；信号处理模块利用设置好的指令，从传感器接受并传输的信号中滤取所需带宽及频率的信号，清除干扰源；数据采集卡最终接受获取的所需信号，并传输至工控机进行最终的数据处理。
（二）局部放电原因电气绝缘系统各个不同部位的电场，其强度往往差异很大，当某一局部的电场强度足以击穿绝缘屏障后，即会出现局部放电现象，但这种放电尚未贯穿整个绝缘系统，因此并不会对电网运行产生实际影响。
一般情况下，高电场强度下，绝缘体电气强度较弱的位置会出现局部放电。
局部放电虽然不会完全击穿整个绝缘屏障，但却会损坏电介质，尤其是有机电介质，从而在一定程度上降低整个变压器绝缘屏障的电气强度，长此以往，必然会影响变压器的正常工作。
（三）局部放电形成超高频电磁波的原因每一次的局部放电都伴随有正负电荷的中和，因此会形成电流脉冲，向周围辐射电磁波。
放电间隙越小，放电持续时间越短，因此电流脉冲越陡，辐射电磁波的频率也就越高。
同时，局部放电区域绝缘强度越高，击穿越快，电流脉冲也就越陡，辐射电磁波的频率同样也就越强。
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。
第37卷 第12期2003年12月 西 安 交 通 大 学 学 报J OU RNAL OF XI′AN J IAO TON G UN IV ERSIT YVol.37 №12Dec.2003外部传感器超高频GIS局部放电检测技术李 忠,张晓枫,陈杰华,胡迪军,冯允平(西安交通大学电气工程学院,710049,西安)摘要:针对GIS同轴结构中局部放电脉冲所激发电磁波的宽频带特征,设计出一种新型局部放电超高频检测非频变超宽带天线,用无限巴伦实现天线和传输线之间的阻抗匹配.由超宽带天线、宽带放大器、数字存储示波器和计算机组成外部传感器超高频局部放电检测系统,利用该系统对所建立的GIS固定微粒局部放电模型进行检测,并对局部放电源进行定位.实验结果表明,设计的天线满足GIS局部放电超高频检测要求,建立的系统可以方便地实现GIS局部放电检测和局部放电源的定位.关键词:局部放电;超高频;检测;气体绝缘的金属封闭式组合电器中图分类号:TM835 文献标识码:A 文章编号:0253-987X(2003)12-1280-04External Sensors U ltra High Frequency Partial Discharge Detection of GISL i Zhong,Zhang Xiaof eng,Chen Jiehua,Hu Dij un,Feng Y unpi ng(School of Electrical Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China)Abstract:Aiming at the broadband feature of electromagnetic wave of partial discharge(PD)pulse excited in gas2 insulated metal2enclosed switchgear(GIS),a new type ultra high frequency(U HF)PD detection frequency inde2 pendent ultra wide band antenna was designed,which realized impedance2match between antenna and signal transmission line by infinite balun.An external sensors(antenna)U HF detection system of PD consisted of an2 tenna,wide band amplifier,digital stored oscillograph and computer is used to detecte and locate the partial dis2 charge of fixed protrusion of GIS.The experimental results show that this type antenna can meet the need of PD U HF measure,and the system can detect and locate conveniently PD in GIS.K eyw ords:partial discharge;ult ra high f requency;detection;gas2i nsulated metal2enclosed sw itchgear 随着GIS的广泛应用,尽管GIS的可靠性非常高,但在制造和装配过程中,GIS内部不可避免会留下小的缺陷,如固定突起、自由金属微粒、绝缘气隙等.这些微小的缺陷在常规实验过程中很难被发现,一旦投运,就会发展成危险的放电通道,并最终引起事故.局部放电检测是对GIS绝缘状况评估的一种很好方法,它能发现设备绝缘缺陷,对于预防事故发生,发现早期潜在危险有着重要的意义.目前,测量局部放电的方法有光电法、化学气体分析法、声测法和耦合电容法等,由于受灵敏度和设备运行情况的限制,这几种方法在实际中难以推广[1].超高频法可以有效地避开电力系统的电晕和广播电视无线电干扰,灵敏度高,可实现定位,适合于现场在线检测.本文根据GIS局部放电脉冲所激发的电磁波特征,设计出超宽带传感器,建立了外部传感器超高频GIS局部放电检测系统,并利用该系统对所建立的固定微粒局部放电模型进行局部放电源的精确定位.研究结果对于研制GIS局部放电检测系统具有一定的意义.1 超高频局部放电检测原理在GIS内发生局部放电时,伴随有一个很陡的电流脉冲(约几个纳秒),并向周围辐射电磁波,电磁波的频率高达3GHz.GIS就相当于不同特性阻抗收稿日期:2003-03-19. 作者简介:李 忠(1971～),男,博士生;冯允平(联系人),男,教授,博士生导师.的低损同轴传输线的串联,并具有许多不连续点,局部放电所产生的电磁波在其中传播时,不仅以横向电磁波(TEM)形式传波,而且还会建立高次模波即横电波(TE)和横磁波(TM)[2].TEM波为非色散波,磁场是沿圆周方向的,它可以任何频率在GIS 中传播,但频率越高,衰减越快.TE波及TM波则不同,只有当信号频率高于截止频率时,电磁波才能传播,因此从故障诊断角度来看,TE波与TM波更为重要.GIS的同轴结构相当于一个良好的波导,信号在其内部传播时衰减很小,有利于局部放电检测.超高频局部放电检测就是利用传感器接收局部放电所激发的电磁波,并对此电磁波进行分析,实现故障定位,进而提取各类局部放电的特征值,建立局部放电特征参数指纹库来进行模式识别.2 超高频局部放电检测传感器用于U HF法的传感器有两类:一类是装设在GIS内部,这类传感器一般为电容式探头;另一类采用外部天线.若将传感器安装在GIS内部,则内部电磁信号易于接收而且外部干扰几乎被完全屏蔽,灵敏度很高.但是,由于GIS内部具有很高的电压和气压,GIS内部引入传感器可能会改变内部电场分布,引起击穿,这就对GIS的制造提出了严格的要求.由于GIS金属外壳的绝缘缝隙处可泄露出局部放电所激发的高频电磁波[3],所以也可采用外部天线对其进行检测.与内部传感器法相比,外部天线法的抗干扰能力和灵敏度较低,但它不改变内部电场分布和不影响密封系统,移动方便,在比内部传感器数目少的情况下可实现局部放电源的定位,对已投运的GIS可以实现在线检测.由于GIS局部放电脉冲所激发的电磁波的频带较宽,为了获得比较丰富的信息,本文采用超宽带双臂平面等角螺旋天线作为外部传感器.该天线在一定带宽范围内具有非频变特性,在宽频带很容易实现天线和传输线的阻抗匹配,避免了波形畸变.平面等角螺旋天线是指具有螺线形状的金属导体位于同一平面构成的天线,双臂平面等角螺旋天线的结构如图1斜线部分所示.螺旋线的极坐标系方程为ρ=ρeαφ(1)式中:ρ为极径;ρ0为起始极径,即φ=0°时的ρ值;α为螺旋率,即螺线的紧密程度;φ为极角.这种天线是由4条具有相同螺旋率α的等角螺旋线组成,天线一个臂的边是由螺线方程ρ1图1 双臂平面等角螺旋天线结构示意图=ρ0eαφ和ρ2=ρ0eα(φ-δ)的曲线构成.天线的另一臂相当于前一臂绕定轴旋转半圈,与前一臂形成对称形状,它的边是由螺线方程ρ3=ρ0eα(φ-π)和ρ4=ρeα(φ-δ-π)的曲线构成.本文设计的双臂平面等角螺旋天线的螺旋率α为01221,δ取π/2,取一圈半螺旋.这种天线为自补结构,在一定频带范围内可以近似认为它具有非频变天线的特性,理论输入阻抗值为18815Ω.用50Ω同轴线馈电时,为了实现不平衡到平衡的转变,天线两臂采用无限巴伦结构进行阻抗匹配.具体作法是将同轴馈电装置沿螺线的一臂焊好,这样在天线的扩展方向没有辐射.这个螺旋在工作区的结构上将不激起电流,此时同轴线外导体成为天线的一部分.为了对称,在另一臂上也焊一根假同轴线.设计的平面等角螺旋天线的技术参数如表1所示.表1 平面等角螺旋天线技术参数内半径r/cm外半径R/cm频率/MHz天线阻抗/Ω天线与传输线间驻波比增益/dB2.525300～3000≈50<2>23 固定突起局部放电源的定位对于庞大的GIS设备,仅检测出其内部有局部放电是不够的,将整个GIS打开进行维修,寻找局部放电源,既不经济,也不合理.为了减少不必要的人力和物力的浪费,本文采用两种方法实现在线局部放电源的定位.3.1 峰-峰值比较法利用超高频电磁波信号在传播过程衰减的原1821 第12期 李 忠,等:外部传感器超高频GIS局部放电检测技术理,将外部可移动传感器放在GIS 外部距GIS 母线不等距离的位置,比较各传感器接收的信号幅值,信号大的传感器靠近局部放电源的位置[4].其缺点是只能对局部放电源位置进行大致的定位,不能精确定位,而且必须要信号有明显的衰减特征,才能使用.3.2 时间差计算法电磁波在传播过程中,对于不同的传感器而言,接收到局部放电信号的时间是不一样的.双传感器时间差局部放电源的定位原理是在GIS 发生局部放电的气室两端放置两个传感器,观察两传感器所接收的信号之间是否有时间差,有则可以计算局部放电源的位置,没有则改变其中一个天线与GIS 外壳的距离,直到有明显的时间差为止,然后计算局部放电源的位置.3.3 实验和讨论GIS 中的电场一般近似为均匀电场,在实验室内用同轴结构模拟实际的GIS 母线段,模拟装置如图2所示.该装置正中为一表面光滑的铝合金电极,外壳由两种不同材料组成,中部为一个较厚的铝合金圆筒,其两端均为有机玻璃圆筒.在实验中,铝合金外壳接地,并从微粒注入口放一固定微粒,而中心铝合金电极(母线)经水电阻接实验变压器输出端.外部传感器超高频法GIS 局部放电检测系统结构框图如图3所示,是由宽带天线、宽带放大器、数字存储示波器、IEEE488接口和计算机组成.本文所有实验均在屏蔽实验室进行,实验用电源通过隔离变压器以保证电源质量,信号传输线使用双屏蔽电缆,宽带放大器在300～1600MHz 的增益大于25dB ,采用54820A 示波器,采样率为2GSa/s ,带宽为500MHz.图2 GIS 模拟装置示意图 按本文3.1节所述,将两天线布置在距GIS 外壳不等距离处,近距离实验结果如图4所示.实验结果表明,局部放电源距离2号传感器的位置较近,这与模拟局部放电源的位置一致.按本文3.2节所述,将两天线布置在模拟装置一端的两侧距GIS 外壳不等距离处,测量局部放电信号,具体实验及时间差定位计算方法如图5所示.由图5可得以下等式x 21=l 2+a 21(2)x 22=l 2+a 22(3)x 1-x 2=Δx(4)Δx =Δtc(5)图3 测量系统框图(a )1号天线实验波形(b )2号天线实验波形图4 峰-峰值比较法局部放电源定位实验时域波形图5 时间差定位计算原理图2821西 安 交 通 大 学 学 报 第37卷 由式(2)～式(5)计算得l=(a21-Δx2-a22)24Δx2-a221/2 (a1≠a2)(6)实验数据为a1=0.470m,a2=0.270m,Δt= 01587ns,l=0116m,c为电磁波传播速率(近似取光速).计算结果为l=01192m,误差为01032m.GIS内局部放电源的定位,可以利用峰-峰值法和双传感器时间差法测量GIS局部放电源的位置.由于实验模型相对实际设备尺寸较小,距离测量误差相对较大,以及两天线之间存在着差异,这些因素影响实验结果误差.因此,以后将尽量减小各种误差的影响,对实际的GIS装置进行实验,并进行各类故障的识别.4 结 论(1)GIS的结构有利于外部传感器超高频法局部放电检测.外部传感器超高频局部放电检测系统解决了常规电气检测方法中的低频干扰问题,不影响GIS正常运行,适用于在线检测.(2)设计的双臂平面等角螺旋天线可以满足超高频局部放电检测要求.(3)建立的GIS局部放电外部传感器超高频检测系统采用峰-峰值法和双传感器时间差法,实现了模拟GIS固定微粒局部放电源的定位.参考文献:[1] 李智敏,张文元,冯允平.GIS局部放电的检测方法[J].高压电器,1997(3):43～45.[2] 张明超,王建生,邱毓昌.GIS局部放电产生的超高频电磁波及其测量[J].高电压技术,1998(2):22～25. [3] Li Zhimin,Feng Yunping.U HF partial discharge moni2toring in GIS and signal precessing[A].1998Interna2 tional Symposium on Electrical Insulating Materials,Toyohashi,Japan,1998.[4] 刘卫东,黄瑜龙,王剑锋.GIS局部放电特高频在线检测和定位[J].高压电器,1999(1):11～15.(编辑 杜秀杰)(上接第1258页)[4] Z iegler M.Lectures on polytopes[M].New Y ork:Springer2Verlag,1995.[5] Caron R J,Mcdonald J F,Ponic C M.A degenerate ex2treme point strategy for the classification of linear con2straints as redundant or necessary[J].Journal of Opti2mization Theory and Application,1989,62(2):225～237.[6] S ontag E.An algebraic approach to bounded controllabili2ty of linear systems[J].International Journal of Con2trol,1984,39:181～188.[7] Choi J.On the stabilization of linear discrete time systemssubject to input saturation[J].Systems&Control Let2ters,1999,36:241～244.(编辑 杜秀杰)3821 第12期 李 忠,等:外部传感器超高频GIS局部放电检测技术。
《电网设备状态检修技术（带电检测分册）》第五章高频局部放电检测技术目录第1节高频局部放电检测技术概述 (2)1.1 发展历程 (2)1.2 技术特点 (3)1.2.1 技术优势及局限性 (3)1.2.1 局限性 (3)1.2.3 适用范围 (4)1.3 应用情况 (4)第2节高频局部放电检测技术基本原理 (4)2.1 罗氏线圈基本知识 (4)2.2 高频局部放电检测基本原理 (6)2.3 高频局部放电检测装置组成及原理 (7)第3节高频局部放电检测及诊断方法 (9)3.1 检测方法 (9)3.1.1 电力电缆 (9)3.1.2 其他电力设备 (10)3.2 诊断方法 (11)第四节典型高频局部放电案例分析 (14)4.1 110kV 电缆GIS终端内部气隙局部放电缺陷案例 (14)参考文献 (16)第1节高频局部放电检测技术概述1.1 发展历程高频局部放电检测方法是用于电力设备局部放电缺陷检测与定位的常用测量方法之一，其检测频率范围通常在3MHz到30MHz之间。
高频局部放电检测技术可广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备的局放检测，其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合，也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。
高频局部放电检测方法，根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。
电感型传感器中高频电流传感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT）具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点，因此应用最为广泛，其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测，高频电流传感器多采用罗格夫斯基线圈结构。
罗格夫斯基线圈（Rogowski coils，简称罗氏线圈）用于电流检测领域已有几十年历史。
早在1887年英国布里斯托大学的茶托克教授即进行了研究，把一个长而且形状可变的线圈作为磁位差计，并且通过测量磁路中的磁阻，试图研究更加理想的直流发电机。
罗格夫斯基线圈检测技术在20世纪90年代被英国的公立电力公司（CEGB）用在名为“El-Cid”的新技术里，用于测试发电机和电动机的定子[1]。
罗氏线圈自公布起就受到了很多学者的重视，对于罗格夫斯基线圈的应用也越来越广泛，1963年英国伦敦的库伯在理论上对罗格夫斯基线圈的高频响应进行了分析，奠定了罗格夫斯基线圈在大功率脉冲技术中应用的理论基础[2]。
20世纪中后期以来，国外一些专家学者和公司纷纷对罗氏线圈在电力上的应用进行了大量的研究，并取得了显著的成果。
如法国ALSTHOM公司有一些基于罗氏线圈电流互感器产品问世，其主要研究无源电子式互感器，在20世纪80年代英国Rocoil公司实现了罗格夫斯基线圈系列化和产业化。
总而言之，在世界范围内对于罗格夫斯基线圈传感器的研究，于20世纪60年代兴起，在80年代取得突破性进展，并有多种样机挂网试运行，90年代开始进入实用化阶段。
尤其进入21世纪以来，微处理机和数字处理器技术的成熟，为研制新型的高频电流传感器奠定了基础。
20世纪90年代欧洲学者将罗氏线圈应用于局部放电检测，效果良好，并得到了广泛应用。
例如意大利的博洛尼亚大学的G.C. Montanari和A. Cavallini等人及TECHIMP公司成功研制了高频局部放电检测仪，并被广泛应用。
近几年国内的一些科研院所和企业均开始研制基于罗氏线圈传感器以及高频局放检测装置，虽然起步比较晚，有些技术还处于跟踪国外大公司的水平，但随着发展罗氏线圈电子式传感器的时机逐渐成熟，国内如清华大学、西安交通大学、上海交通大学、华北电力大学等对于罗氏线圈传感器进行了深入的研究和探索，并取得了大量成果[4]。
1.2 技术特点1.2.1 技术优势及局限性高频局放检测技术的技术优势及局限性主要表现在以下几个方面：（1）可进行局部放电强度的量化描述。
由于高频局放检测技术应用高频电流传感器，与传统的脉冲电流法具有类同的检测原理，若传感器及信号处理电路相对确定的情况下，可以对被测局部放电的强度进行理化描述，以便于准确评估被检测电力设备局部放电的绝缘劣化程度。
（2）具有便于携带、方便应用、性价比高等优点。
高频电流传感器作为一种常用的传感器，可以设计成开口CT的安装方式，在非嵌入方式下能够实现局放脉冲电流的非接触式检测，因此具有便于携带、方便应用的特点。
（3）检测灵敏度较高。
高频电流传感器一般由环形铁氧体磁芯构成，铁氧体配合经磁化处理的陶瓷材料，对于高频信号具有很高灵敏度。
局部放电发生后，放电脉冲电流将沿着接地线的轴向方向传播，即会在垂直于电流传播方向的平面上产生磁场，电感型传感器是从该磁场中耦合放电信号。
除此之外利用HFCT进行测量，还具有可校正的优点。
1.2.1 局限性（1）高频电流传感器的安装方式也限制了该检测技术的应用范围。
由于高频电流传感器为开口CT的形式，这就需要被检测的电力设备的接地线或末屏引下线具有引出线，而且其形状和尺寸能够卡入高频电流传感器。
而对于变压器套管、电流互感器、电压互感器等容性设备来说，若其末屏没有引下线，则无法应用高频局放检测技术进行检测。
（2）抗电磁干扰能力相对较弱。
由于高频电流传感器的检测原理为电磁感应，周围及被测串联回路的电磁信号均会对检测造成干扰，影响检测信号的识别及检测结果的准确性。
这就需要从频域、时域、相位分布模式等方面对干扰信号进行排除。
1.2.3 适用范围高频法仅适用于具备接地引下线电力设备的局部放电检测，主要包括电力电缆、变压器铁心及夹件、避雷器、带末屏引下线的容性设备等。
1.3 应用情况随着高频局部放电检测技术的不断成熟，国网公司在高频局部放电检测应用实践上积累了大量的宝贵经验，发现了大量潜在缺陷，目前该方法已广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备局部放电检测。
随着状态检修工作的不断深入，高频局部放电检测技术已列入状态检修试验规程，成为提前发现电力设备潜在缺陷的重要手段。
国家电网公司在推广应用高频局部放电检测技术方面做了大量卓有成效的工作。
2010年，在充分总结部分省市电力公司试点应用经验的基础上，结合状态检修工作的深入开展，国家电网公司颁布了《电力设备带电检测技术规范（试行）》和《电力设备带电检测仪器配置原则（试行）》，在国家电网公司范围内统一了高频局部放电检测的判据、周期和仪器配置标准，初步建立起完整的高频局部放电检测技术标准体系，高频局部放电检测技术在国家电网公司范围全面推开。
第2节高频局部放电检测技术基本原理2.1 罗氏线圈基本知识罗格夫斯基线圈（Rogowski coils），简称罗氏线圈，又被称为磁位计，最早被用于磁路的测量。
一般情况下罗氏线圈为圆形或矩形，线圈骨架可以选择空心或磁性骨架，导线均匀绕制在骨架上。
罗氏线圈的结构示意图如图5-所示。
图 5-1 罗氏线圈结构示意图罗氏线圈的原边为流过被测电流的导体，副边为多匝线圈。
当有交变的电流流过穿过线圈中心的导体时，会产生交变的磁场。
副边线圈与被测电流产生的磁通相交链，整个罗氏线圈副边产生的磁链正比于导体中流过的电流大小。
变化的磁链产生电动势，且电动势的大小与磁链的变化率成正比。
令流过导体的电流为()I t ，线圈副边感应出的电动势为()e t ，基于安培环路定律和法拉第电磁感应定律，可由Maxwell 方程[8]解得： ()()I t e t Mt ∂=∂ （5-1）其中M 为罗氏线圈的互感系数。
根据罗氏线圈负载的不同，线圈可分为外积分式和自积分式[9]。
外积分式罗氏线圈又称作窄带型电流传感器，具有较好的抗干扰能力。
当采用外积分式罗氏线圈时，为得到电流()I t 的波形，线圈的输出通常需要经过无源RC 外积分电路、由运放构成的有源外积分电路，以及数自积分电路等负载。
外积分式罗氏线圈受积分电路频率性能影响较大，测量频率上限受到限制，一般用于测量兆赫兹以下的中低频率电流。
自积分式罗氏线圈又称作宽带型电流传感器，具有相对较宽的检测频带。
由于其直接采用积分电阻，因此频率响应较快，适用于测量上升时间较短的脉冲电流信号。
罗氏线圈根据其结构不同可分为挠性罗氏线圈、刚性罗氏线圈和PCB 型罗氏线圈[10-11]。
挠性罗氏线圈以能够完全的挠性材料作为线圈骨架，将导线均匀绕在骨架上。
测量时将骨架弯曲成一个闭合的环，使通电导体冲线圈中心穿过。
这种线圈使用方便，但测量精确度低、稳定性不高。
刚性罗氏线圈采用刚性结构线圈骨架，在结构上更容易使得绕线能够均匀分布，大大提高了抗外磁场干扰的能力，从而提高了测量的精确度。
这种线圈的测量精确度和可靠性较高，但在实际使用中会受到现场安装条件的限制。
PCB 型罗氏线圈是一种基于印刷电路板（PCB ）骨架的罗氏线圈，相比传统的罗氏线圈，其线圈密度、骨架截面积以及线圈截面与中心线的垂直程度都有极大提高，是一种高精度的罗氏线圈。
这种线圈现在还处于起步阶段，其实际应用还有一定的距离。
2.2 高频局部放电检测基本原理用于局部放电检测的罗氏线圈称为高频电流传感器，其有效的频率检测范围一般为3MHz ～30MHz 。
由于所测量的局部放电信号是微小的高频电流信号，传感器需要在较宽的频带内有较高的灵敏度。
因此HFCT 选用高磁导率的磁芯作为线圈骨架，并通常采用自积分式线圈结构[13]。
使用HFCT 进行局部放电检测的等效电路图如图 5-2所示。
其中()I t 为被测导体中流过的局部放电脉冲电流，M 为被测导体与HFCT 线圈之间的互感，L s 为线圈的自感，R s 为线圈的等效电阻，C s 为线圈的等效杂散电容，R 为负载积分电阻，u o (t )为HFCT 传感器的输出电压信号。
图 5-2 高频电流传感器局部放电检测等效电路图在传感器参数满足自积分条件的情况下，忽略杂散电容C s ，计算可得系统的传递函数为[15]：o ()()()S U S M R H S R I S L N =≈= （5-2）其中N 为线圈的绕线匝数。
因此，在满足自积分条件的一段有效频带内，HFCT 的传递函数是与频率无关的常数。
并且，HFCT 的灵敏度与绕线匝数N 成反比，与积分电阻R 成正比。
事实上，在高频段C s 的影响是不能忽略的。
在考虑C s 影响的情况下，系统的传递函数H (S )为：o 2()()()()1S S S S S S U S MS H S L R I S L C S R C S R R ==++++ （5-3）HFCT 等效电路类似于高频小信号并联谐振回路，采用高频小信号并联谐振回路理论分析可得电流传感器的频带为：下限截止频率：S S 1S S S S 2()2R R R R f L RR C L ππ++=≈+ （5-4）上限截止频率：S S S 2S S S 122L RR C f L RC RC ππ+=≈ （5-5）在实际使用中，一般希望HFCT 有尽可能高的灵敏度，并且在较宽的频带范围内有平滑的幅频响应曲线。
