详细的局部放电测量技术方法

一、局部放电测量基础

第一节 局部放电的特性

1.1.基本概念

1.1.1.局部放电的定义

在电气设备的绝缘系统中， 各部位的电场强度往往是不相等的，当局部区域的电场强度达到该区域介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，这种现象称为局部放电。发生在绝缘体内的称为内部局部放电；发生在绝缘体表面的称为表面局部放电；发生在导体边缘而周围都是气体的，可称为之为电晕。 1.1.2.产生局部放电的原因

造成电场不均匀的因素很多。①电气设备的电极系统不对称，如针对板、圆柱体等。在电机线棒离开铁心的部位、变压器的高压出线端，电缆的末端等部位电场比较集中，不采取特殊的措施就容易在这些部位首先产生放电；②介质不均匀，如各种复合介质；气体—固体组合、不同固体组合等。在交变电场下，介质中的电场强度是反比于介电常数的，因此介电常数小的介质中电场强度就高于介电常数大的；绝缘体中含有气泡或其他杂质。气体的相对介电常数接近于1，各种固体、③液体介质的相对介电常数都要比它大1倍以上，而固体、液体介质的击穿场强一般要比气体介质的大几倍到几十倍，因此绝缘体中有气泡存在是产生局部放电的最普遍原因。绝缘体内的气泡可能是产品制造过程残留下的，也可能是在产品运行中由于热胀冷缩在不同材料的界面上出现了裂缝，或则因绝缘材料老化而分解出气体。此外，在高场强中若有电位悬浮的金属存在，也会在其边缘感应出很高的场强。在电气设备的各连接处，如果接触不好，也会在距离很微小的两个接点间产生高场强；这些都可能造成局部放电。

局部放电会逐渐腐蚀、损坏绝缘材料，使放电区域不断扩大，最终导致整个绝缘体击穿。因此，必需把局部放电在一定水平之下。高电压电工设备都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但出厂时要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。

1.2.局部放电的类型

局部放电是一种复杂的物理过程，有电、声、光、热等效应，还会产生各种生成物。从电学特性方面分析，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。最引人注目的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。这个脉冲信号可以通过一个简单的模型和等效电路来说明，如图1-1所示。图1-1a是模拟一个含有一个小气泡的绝

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缘体，图中c是绝缘体中的小气泡；b是与气泡串联的部分介质；a是其他部分介质。从电路的观点来分析，可以用图1-1b所示等效电路来表示；图中Cc、Rc并联代表气泡c的阻抗；Cb、Rb并联代表部分的阻抗；Ca、Ra并联代表a部分的阻抗。由于一次放电时间很短（10—10s），在分析放电过程中这种高频信号的传递时，可以把电阻都忽略，只考虑Cc、Cb、Ca组成的等效回路。

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图1-1 局部放电的等效分析图 a)简单模型 b)等效电路

1.2.1.内部局部放电

如图1-1a所示，当工频高压施加与这个绝缘体的两端时，如果气泡上承受的电压没有达到气泡的击穿电压，则气泡上的电压uc就随外加电压的变化而变化。若外加电压足够高， 则当uc上升到气泡的击穿电压uCB时，气泡发生放电，放电过程使大量中性气体分子电离，变成正离子和电子或负离子，形成了大量的空间电荷，这些空间电荷，在外加电场作用下迁

uc ，如图1-2所示，这时气泡上的移到气泡壁上，形成了与外加电场方向相反的电压-D剩余电压ur应是两者的叠加结果

ur=uCB-Duc即气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压，于是气泡的放电暂停。气泡上的电压又随外加电压的上升而上升，直到重新到达uCB时，又出现第二次放电。第二次放电过程产生的空间电

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uc，假定第一次的放电累积的电荷都没有泄漏掉，这时气泡中荷，同样又建立起反向电压Duc；又使气泡上实际的电压下降到ur ，于是放电又暂停。之后气泡上的电反向电压为-2D压又随外加电压上升而上升，当它达到uCB时又产生放电。这样在外加电压达到峰值前，若

uc。放电n次，则放电产生的空间电荷所建立的内部电压为-nD在外加电压过峰值后，uc开

始下降，当气泡上的电压达到-uCB时，即

-nDuc+uc=-uCB (1-2)

时，气泡又发生放电，但这时放电产生的空间电荷的移动方向，决定于内部空间电荷所建立

uc。气隙上的电的电场方向，于是中和掉一部分原来累积的电荷，使内部电压减少了一个D压降达到-ur时，放电又暂停。之后气隙上的电压又随外加电压下降向负值升高，直到重新

uc都一样，并且uCB=-uCB达到-uCB时，放电又重新发生。假定每次放电产生的D，则

当外加电压（瞬时值）过零时放电产生的电荷都消失，于是在外加电压的下半周期，重新开始一个新的放电周期。

通常介质内部气泡的放电，在正负两个半周内基本上是相同的，在示波屏上可以看到正负半周放电脉冲基本上是对称的图形，如图1-3所示。

图1-2 放电过程示意图

uc－气泡上的电压，us－放电产生的反向电压，up－放电产生的脉冲信号

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图1-3 介质内部气泡的放电图形

从实际测得的放电图可以看出，放电没有出现在试验电压的过峰值的一段相位上，这与上述放电过程的解释是相符的，但每次放电的大小，即脉冲的高度并不相等，而且放电多是出现在试验电压副值绝对值的上升部分的相位上，只有在放电很剧烈时，才会扩展到电压绝对值下降部分的相位上，这可能是由于实际试品中往往存在多个气泡同时放电，或者是只有一个大气泡，但每次放电不是整个气泡表面上都放电，而只有其中的一部分， 显然每次放电的电荷不一定相同，何况还可能在反向放电时，不一定会中和掉原来累积的电荷，而是正负电荷都累积在气泡壁的附近，由此产生沿气泡壁的表面放电。另外气泡壁的表面电阻也不是无限大，放电时气泡中又会产生窄小的导电通道，这都使得一部分放电产生的空间电荷泄

u|<|-uCB|，则在电压的下降部分的相漏掉，累积的反向电压要比n△u小得多，如果 |-nD位上就不会出现放电。这些实际情况就使得实际的放电图形与理论上分析的不完全一样。 1.2.2.表面局部放电

绝缘体表面的局部放电过程与内部放电过程是基本相似的，如图1-4所示。只要把电极与介质表面之间发生放电的区域所构成的电容记为Cc，与此放电区域串联部分介质的电容记为Cb，其他部分介质的电容记为Ca，则上述的等效电路及放电过程同样适用于表面局部放电。不同的是现在的气隙只有一边是介质，而另一边是导体，放电产生的电荷只能累积在介质的一边，因此累积的电荷少了，更不容易在外加电压绝对值的下降相位上出现放电。另外，如果电极系统是不对称的，放电只发生在其中的一个电极的边缘，则出现在放电图形是不对称的. 当放电的电极是接高压、不放电的电极是接地时，在施加电压的负半周是放电量少，放电次数多；而正半周是放电量大，而次数少，如图1-4b所示。这是因为导体在负极性时容易发射电子， 同时正离子撞击阴极产生二次电子发射，使得电极周围气体的起始放电电压低，因而放电次数多而放电量小。如果将放电的电极接地，不放电的电极接高压，

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则放电的图形也反过来，即正半周放电脉冲是小而多，负半周放电脉冲是大而少。若电极是对称的，即两个电极边缘场强是一样的，那么放电的图形也是对称的，即正负两半周的放电基本上相同。

图4-4 表面局部放电图 a)放电模型 b)放电图形

1.2.3.电晕放电

电晕放电是发生在导体周围全是气体的情况下，气体中的分子是自由移动的，放电产生的带电质点也不会固定在空间的某一位置上，因此放电过程与上述固体或液体绝缘中含有气泡的放电过程不同。以针对板的电极系统为例，如图1-5a所示，在针尖附近就发生放电，由于在负极性时容易发射电子，同时正离子撞击阴极发生二次电子发射，使得放电总是在针尖为负极性时先出现， 这时正离子很快移向针尖电极而复合，电子在移向平板电极过程中，附着于中性分子而成为负离子，负离子迁移的速度较慢，众多的负离子移向平板电极，或外加电压上升，针尖附近的电场又升高到气体的击穿场强，于是又出现第二次放电。这样，电晕的放电脉冲就出现在外加电压负半周的90°相位的附近，几乎是对称于90°，出现的放电脉冲几乎是等幅值、等间隔的，如图1-5b所示。随着电压的提高，放电的大小几乎不变，而次数增加。当电压足够高时，在正半周也会出现少量幅值大的放电。正负半周波形是极不对称的，如图1-5c所示。

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图4-5 电晕放电图

a)放电模型 b)起始放电时 c)电压很高时

1.2.4 .放电树

放电树也是由于绝缘介质中的缺陷而产生的。当放电树产生了一段时间后，它的“茎”和大的枝杆就会变成中空，在这些中空的区域里会产生大量的局部放电进而形成内部放电并会在相当短的时间里就造成绝缘击穿。

以上几种放电是电工和电子设备中最基本的放电。实际的局部放电过程要复杂得多，往往是上述几种典型放电的综合表现。例如油纸绝缘结构中，气泡放电和油隙放电的内部放电可能同时存在；即使是单纯的气泡放电，气泡的大小、数量和位置也是经常变化的。试品的表面放电及导体尖端的电晕放电也可能同时出现。此外，在电工设备中有可能出现导体联接不好而产生的接触不良的放电，以及金属体没有点的联接，成为一个浮动电位体而产生的感应放电等。

1.3.表征局部放电的参数 1.3.1.视在放电电荷（q）

在绝缘体中发生局部放电时，绝缘体上施加电压的两端出现的脉动电荷称为视在放电电荷。

视在放电电荷的大小是这样测定的：将模拟实际放电的已知瞬变电荷注入试品的两端（施加电压的两端），在此两端出现的脉冲电压与局部放电时产生的脉冲电压相同，则注入的电荷量即为视在放电电荷量。单位用皮库（pC）表示，在一个试品中可能出现大小不同的视在放电电荷，通常以稳定出现的最大的视在放电电荷作为该试品的放电量。

视在放电电荷q与放电处（如气泡内）实际放电电荷qc之间的关系，可以通过等效电

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路图1-1b推出。当气泡中产生放电时，气泡上的电压变化为Duc，这时气泡两端电荷的变化即实际放电电荷

骣CaCbqc=DUc琪C+琪cC+C

ab桫式中各符号见图1-1b，通常 Ca>>Cb

uc(Cc+Cb) （1-3） 所以 qc=D由于一次放电过程时间很短，远小于电源回路的时间常数，即电源来不及补充电荷，因而

Ua,Cb上的电压变化为△Ub，显然 Ca、Cb上的电荷要重新分配，使Ca两端电压变化为 DDUc=DUa+DUb=DUa试品两端瞬变的电荷即视在放电电荷

Ca+CbC籇Uaa CbCbqa=DUa(Ca+代入式（1-3）得

CcCb)籇UaCa籇UcCb （1-4）

Cc+Cbqa=Cbqc （1-5）

Cb+Cc由此可见，视在放电电荷总比实际放电电荷小。在实际产品测量中，有时放电电荷只有实际放电电荷的几分之一甚至几十分之一。 1.3.2.放电重复率（放电次数）

在测量时间内，每秒钟出现放电次数的平均值称为放电重复率，单位为次/s，实际上受到测试系统灵敏度和分辨能力的，测得的放电次数只能是视在放电电荷大于一定值、放电间隔足够大时的放电脉冲。

从图1-2可以看出，放电重复率可以大致估算如下：

骣um-urN=4f琪 （1-6） 琪u-u桫CBr式中 f----外加电压的频率（Hz）。其他符号如图1-2所示。

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1.3.3.放电能量（w）

气泡中每一次放电发生的电荷交换所消耗的能量称为放电能量，通常以微焦耳（mJ为单位。气泡放电时，气泡上的电压由CB下降到ur，相应的能量变化

1）21骣CaCaW=琪Cc+琪2桫Ca+Cb1?(CcCb)uCBDuc2设外加电压上升到幅值为 uim时，出现放电，将uCB=(u2CB-ur2) （1-7）

uimCb代入上式，可得

Cb+Cc1uimW=(Cc+Cb)CbDuc2Cb+Cc (1-8)

2Ui1?uimqq=0.7Uiq22式中Ui---------外加电压的有效值。

在起始放电电压下，每次放电所消耗的能量，可用外加电压的幅值或有效值与视在放电电荷的乘积来表示。当施加电压高于起始放电电压时，在半个周期内可能出现多次放电。这时各次放电能量可用视在放电电荷与该次放电时外加电压的瞬时值的乘积来表示。 1.3.4.放电相位（）

各次放电都发生在外加电压作用之下， 每次放电所在的外加电压的相位，即为该次放电的相位。在工频正弦电压下，放电相位与放电时刻的电压瞬时值密切相关。前后连续放电的相位之差，可代表前后两次放电的时间间隔。 1.3.5.放电平均电流

设在测量时间T内出现放电m次，各次相应的视在放电电荷为q1, q2, ------qm, 则平均放电电流

I=å|qi|/T (1-9)

i=1m这个参数综合反映了放电量及放电次数。 1.3.6.放电功率

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设在测量时间T内，出现m次放电，每次放电对应的视在放电电荷和外加电压瞬时值的乘积分别为q1ut1, q2ut2, ------qmutm, 则放电功率

P=åutiqi/T (1-10)

i=1m这个参数综合表征了放电量、放电次数以及放电时外加电压瞬时值，它与其他表征参数相比，包含有更多的局部放电信息。 1.3.7.起始放电电压

当外加电压逐渐上升，达到能观察到出现局部放电时的最低电压，即为起始放电电压，并以有效值 ur来表示。为了避免测试系统灵敏度的差异造成测试结果的不可对比，实际上各种产品都规定了一个放电量的水平，当出现的放电达到或一出现就超过这个水平时，外加电压的有效值就作为放电起始电压值。

几种典型绝缘结构的放电起始电压， 可以大致估算如下：平板电容器中，固体介质内含有偏平小气泡时，如图1-3所示，起始放电电压为

Ui=ECB轾d+(er-1)d (1-11) er臌式中 ECB----气隙的击穿场强（kV/mm）; r-----固体介质的相对介电常数； d-----介质的厚度（mm）; -----气泡的厚度（mm）。

在平板电容器中， 若固体介质内含有球形气泡时，起始放电电压

轾d(2er+1)d+ ui=ECB犏 (1-12) 犏3er臌对于圆柱体绝缘结构，含有与圆柱体导体同一圆轴的弧形的薄层气泡时，如图1-6所示，起始放电电压

UiECBr1r21ln11r1rrln1r (1-13)

式中各符号见图1-6。

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图1-6 圆柱形绝缘结构中的气隙模型

1.3.8.放电熄灭电压

当外加电压逐渐降低到观察不到局部放电时，外加电压的最高值就是放电熄灭电压，以有效值Uc来表示。在实际测量，为了避免因测试系统的灵敏度不同而造成不可对比，一般也是规定一个放电量水平， 当放电不大于这一水平时，外加电压的最高值为熄灭电压Ue。

对于油纸绝缘，往往是Ui>Ue，而对于固体绝缘结构，Ui与Ue 相差不大。固体绝缘内部的放电还可能出现Ui上述各种局部放电的表征参数，都是要用专门的测试仪器，并采用特定的分度方法进行测定的，只有在仪器特性和测量方法都一样的条件下，测得的结果才是可比的。

1.4.影响局部放电特性的因素

局部放电的各表征参数与很多因素有关，除了介质特性和气泡状态之外，还与施加电压的幅值、波形、作用的时间，以及环境条件等有关。

1.4.1.电压的幅值

随着电压升高，放电量和放电次数一般都趋向于增加，这是由于：

(1) 在电工产品中，往往存在多个气泡，随着电压升高，更多更大的气泡开始放电。在有液体的组合绝缘中，电压愈高，放电愈剧烈，产生的气泡愈多， 放电量和放电次数都增大。

(2) 即使是单个气泡，在较低电压下，只是气泡中很小的部分面积出现放电，随着电压

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升高，放电的面积增大，而且有更多的部位出现放电，于是放电量和放电次数增加。

(3) 在表面放电中，随着电压升高，放电沿表面扩展，即放电的面积增大，放电的部位增多。

从式（1-6）中可以明显看出，当外加电压幅值um增大，或气泡的击穿电压 ucb 减小时，都会明显增加放电次数。

由于气体经电离后击穿电压要降低，本来在某一电压下没有局部放电的试品，一旦在更高的电压下发生放电，即使再将电压降到原来的水平，放电还可能继续出现。对于含有液体的绝缘系统，如果液体的吸气性能不好，在较高的电压下放电所产生的气体，也会使放电熄灭电压降低。因此在局部放电测量中，在进行第二次重复试验时，必须让试品有足够的“休息”时间。

1.4.2.电压的波形和频率

当工频交流电压中含有高次谐波时，会使正弦波的顶部变为尖顶或平顶，这决定于谐波与基波的相位差。当正弦波畸变为尖顶波时，其幅值增大，于是放电起始电压降低，放电量和放电次数都有明显增加。若畸变为平顶波，只有当高次谐波分量较大时，如对于三次谐波而言要大于20%时，由于峰值被拉宽，放电次数有较明显增加，放电量略有增加，起始电压略有升高。

提高电压频率，将明显增大放电重复率，但只要测试系统有足够的分辨能力，对于测得的放电量不会有明显的影响。

1.4.3.电压作用时间

气体放电有一定的随机性，电压作用的时间长，如升压的速度慢或用逐级升压法升高，测得的起始放电电压要偏低。在电压的长期作用下， 局部放电会使绝缘材料发生各种物理和化学效应，如试品中气泡的含量、气泡中气体的压力、气体的成分、气泡壁上的电导率、介电常数等都可能发生变化，这些变化都将导致局部放电状态的变化。

在一般情况下，随着电压作用时间的增加，局部放电会变得更加剧烈。如在液体和固体的组合绝缘中，如果液体的吸气性不是很好，气泡会愈来愈多。在固体材料中会产生新的裂纹，产生低分子分解物和增塑剂挥发物，这些都会形成新的气泡。在放电部位出现树状的放电，也会加剧局部放电。在绝缘体表面放电中,由于放电的范围扩大也会使放电加剧。 在有些情况下，随着电压作用时间的增加，在一定时间内放电反而衰减，甚至观察不到。出现这种“自衰”现象的原因可能有以后几点：

(1) 在封闭气隙中，由于放电放出的气体增加，使气泡中的气压增高，这时气泡的击穿电压可能提高，放电就熄灭了。另一种情况是放电产生的气体少于放电时消耗掉的气隙中的

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氧气，这样气隙的气压可能降低，当气压低到一定程度之后，放电从脉冲型转变为非脉冲型，于是在脉冲型的检测仪器上，就观察不到这种放电。

(2) 气隙壁上介质的特性发生变化，如许多有机材料，在局部放电长时间作用下，材料被炭化，可能把放电气泡短路或者使放电点电场均匀化，从而使放电暂时变弱。随着时间加长，被腐蚀炭化点的周围，由于电场集中又可能出现新的放电，使放电出现起伏。

(3) 有些放电源可能消失，如在导体边上的小毛刺在放电过程可能会被烧掉。有些联接接触不好产生放电，时间长了可能烧结在一起，就不会再放电了。

1.4.4.环境条件

环境的温度、湿度、气压都会对局部放电产生影响。

(1) 温度升高，气泡中的压力增大，液体的吸气性能改善，这将有利于减弱局部放电。另一方面温度高会加速高聚物分解，挥发低分子物质，这又可能加剧局部放电的发展。

图1-7 直流电压下的局部放电过程

¢无放电时气泡上的电压， ua－外加电压，ucuc－有放电时气泡上的电压，up－放电脉冲

(2) 湿度对表面放电有很大影响。在极不均匀的电场中，由于湿度大，增大了电导和介电常数，改善了那里的电场分布，从而改善了那里的局部放电。但对某些憎水性材料，在湿度较大时，表面会形成水珠，在水珠附近的电场集中而形成新的放电点。对于层压制品和纤维材料，在湿度大时，吸进的水分汽化，也会加剧局部放电。

(3) 大气压力会明显影响外部的局部放电，在高原地区气压低，起始放电电压降低，因

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此，局部放电问题就显得更严重。许多充N2气或SF6等气体为绝缘的电工设备，如果气压降低就容易发生局部放电而导致击穿。

从上述各种因素的影响中，可以看出两种本质上的区别，一种只是在不同的条件下， 测量的结果发生了变化；另一种却是使试品本身放电特性发生了变化。前者在试验方法上应给以规定，使试验结果的可比性提高；后者还应考虑通过试验后产品性能可能发生变化，在设计试验时应注意试品可能承受的能力。由于影响因素很多，再加上气体放电本身是有随机性的，因此，测量结果的分散性往往比较大的。 1.5.直流与冲击电压下的局部放电特点

1.5.1.直流电压下的局部放电特点

在直流电压下，局部放电的过程与交流电压下的不同。以绝缘体内部的局部放电为例，同样可以采用图1-1所示等效电路来分析。

当试品施加直流电压时，在升压的过程中， 试品上的电压变化比较快，这时气泡与介质中的电压分配和交流电压下的一样，是按电容分配的。当外加电压升到一个稳定的直流电压时，气隙上的电压并没有达到稳定值，而是开始由电容分配过渡到按电阻分配的过滤过程，最后才稳定在按电阻分配的分压状态，如图1-7所示。气隙上电压随时间可以表示为

轾R+R)t骣CuaRcR(bcbc犏uc(t)=+ua琪-exp- 琪犏Rb+RcC+CR+RRRC+Cbbcc)桫c臌bc(b式中ua------外加电压（V）； t----- 施加电压的时间（s）。

Rb,Rc,Cb,Cc见等效电路图1-1，从式中可以看出，在开始升压时t=0,这时

u(0)=ua当稳定时，t=¥，这时

Cb

Cb+Ccuc(?)uaRc

Rb+Rc通常Rc/(Rb+Rc)比Cb/(Cb+Cc)大，uct随时间上升。

若 uaCb/Cb+Cc比气泡的击穿电压uCB大得多，则在升压的过程就可能出现多次放电，这时放电的机理与交流电压下一样。假定在外加电压上升到稳定值时，气泡上已发生了

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几次放电，放电产生的空间电荷所建立的内部反向电压为nuCB-ur，这时，气泡上的实际电压

()uc(t1)=气泡上的电压就按时间常数

uaCb-n(uCB-ur)

Cb+Cct=RbRc(Cb+Cc)

Rb+Rc向稳态值uaRc/Rb+Rc 上升，经过t时间后，气隙上的电压由ur上升到

()uR骣uaRc-ueuc(t)=ac-琪rRb+Rc琪R+R桫bc-tt (1-14)

当uc(t)达到uCB时，又会再出现放电，两次放电的时间间隔，即uc(t)上升到uCB所需的时间tB，可从式（1-14）推算出

轾骣uR琪ac-uCBtB=-tln犏琪犏Rb+Rc桫臌通常

轾骣uR犏琪ac-ur 琪犏Rb+Rc桫臌uaRcuRc>>ur,uCB用外加电压来表示，即uCB=i，则上式可简化为

Rb+RcRb+Rc骣琪tB=-tln琪1-琪桫轾2犏骣uui+L2 i=-t犏犏+琪ur琪犏ur桫犏臌ua当ui<杭州西湖电子研究所

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uaRc-n//(ucb-ur)Rb+Rc则局部放电就不会再出现， 这时虽然有很大的放电量，但只放n’次就停止了， 这对绝缘不会产生很大的危害。如果是ua很高，电荷又容易泄漏，则放电就会持久、重复出现，重复率愈高，对绝缘的危害愈大。因此在直流电压下放电重复率是人们最关心的一个参数。

放电重复率与很多因素有关，从式（1-16）中可以看出：施加的电压ua 增高，气泡的起始放电电压降低，都会使放电重复率升高。这点与交流电压下的情况相同，不同的是它还与时间常数有关，增大，放电重复率减小，所有影响的因素都会影响重复率，如温度升高、电压升高都会使电导率增加，使变小。

前面所述的在交流电压下对起始放电电压和放电熄灭电压的定义，在直流电压下已不适用。因为在直流电压出现一次放电后，可能要隔很长时间才会出现第二次放电，因此有些国家规定：在一分钟内能出现二次放电时的外加电压有效值作为起始放电电压。至于放电熄灭电压， 在直流电压下是没有意义的， 即使外加电压降到零，由于气泡中累积的放电电荷所建立的电场，也还可能发生放电。

在直流电压下，局部放电的危害要比在交流电压下小，但在电压很高（如500kV以上）、湿度较高的情况下，也还是不能忽视的。

1.5.2.冲击电压下的局部放电

在高电压电力系统中，许多电工设备如变压器、电缆、电容器等等，都可能遭受大气过电压和操作过电压的作用，这些过电压都是幅值很高、时间很短的冲击电压。大气过电压的上升时间约为 1~10us ，衰减时间约为几十到几百 。操作过电压的上升时间约为几百us ，衰减时间约为几ms 。在这些冲击电压作用下，也会产生局部放电而损害绝缘系统。有些电气设备是工作在冲击电压下，如脉冲变压器、脉冲电容器、粒子加速器等，因此，在冲击电压下的局部放电问题也开始引起人们的关注。

在冲击电压下，绝缘体中气隙的放电过程也可以用图1-1所示的等效电路来分析，这时气泡和介质中的电场分析决定于介电常数。气泡中的场强与介质的介电常数、气泡中气体的介电常数和气泡的形状、大小有关。

当试品施加（1.2/50）us的标准全波冲击电压时，气泡上的电压将随外加电压的上升而上升。一旦电压上升到气泡的击穿电压 ucb 时，气隙放电，放电产生的电荷所建立的反向电压使放电暂停。由于气体发生击穿有赖于气体中存在自由电子， 在一个小气泡中，在冲击电压作用的极短时间内，出现自由电子的机会是很少的，因此，在这一冲击电压下，气泡第一次的击穿电压是很高的，这时整个气泡产生剧烈的放电， 由此产生的大量空间电荷，建立起很高的反向电压，如图1-8所示。之后，气泡上的电压随外加电压的下降向负极性上

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升，直到内部反向电压与外加电压之差达到反向的击穿电压-ucb时，气泡又发生放电。

/|-u/cb|<作用下有可能发生多次放电。其中第一次放电比其后几次的放电大得多，称之为主放电。它不但与气泡的形状、尺寸、气压等因素有关，也与施加电压的波形、幅值有关。冲击电压上升愈快，主放电的起始放电电压愈高，放电量也愈大。

在衰减振荡的冲击电压作用下，同样， 第一次放电（主放电）比其后的各次放电大，之后由于外加电压反向并与主放电产生的反响电场累加，产生了多次反向放电，这与交流电压下的情况相似，直到气泡中的实际电压达不到气泡的击穿电压为止，如图1-9所示。

图1-8 冲击电压下的局部放电过程 图1-9 振荡冲击电压下的放电过程图

1－外加的振荡冲击电压ua

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2－气泡上的电压uc 3－产生的放电脉冲up

在电力系统中运行的电气设备，通常是在交流电压下又承受叠加上的冲击电压，这有可能使得原来没有局部放电的设备，在冲击电压的激发下，发生连续的局部放电。为了简化分析这两种电压叠加下的局部放电过程，假定在冲击电压作用下， 气泡中发生一次主放电后，气泡中建立了反向电压 uR 与交流的瞬时值叠加如图1-9所示，在这一过程中，工频电压的存在不影响上述冲击电压的放电机理；另一方面，冲击电压下的放电也不影响工频交流电压；同时正负极性的气泡击穿电压是 相同的。根据这些假定可以推断：在冲击电压叠加下，可能出现以下三种情况：

（一）仍然不发生放电 （二）只发生一次放电 （三）发生连续放电

出现哪一种情况决定于冲击电压和工频电压的幅值，以及冲击电压叠加在工频电压上的相位，图1-10a是一个冲击电压 叠加在工频电压正半周的零相位附近，叠加后的电压瞬时值达到了气隙的击穿电压，于是发生一次放电，气泡上的 电压降到 ur ，之后，气隙上的电压随外加工频电压而变化。如果达到负半周的峰值时，气隙上的实际电压达不到气隙的击穿电压，以后就不会再发生放电了。 如果冲击电压是作用在第一象限（0-90度）中靠近峰值的相位上， 则虽然电压的幅值与图a情况相同，却有可能在工频电压的负半周再次出现放电，如图1-10b所示。这样就会在以后工频电压各周期中连续发生放电。这种情况对绝缘造成的危害就严重多了。鉴于这种情况，有些电工产品在出厂试验中规定，在冲击电压试验之后， 按着就测工频电压下的局部放电性能，以考验冲击电压对局部放电的激发作用。当然，若试验设备条件允许，直接做工频电压下叠加冲击电压的试验，就更加符合实际情况。

在冲击电压下，局部放电的起始电压是以50%起始放电时的冲击电压来表示的， 即出现局部放电的次数占施加冲击电压次数的50%时，这时外加冲击电压的幅值作为起始放电电压。

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图1-10 工频电压上叠加冲击电压时局部放电的过程 a)只发生一次放电 b)连续发生放电

1.6.局部放电的危害性

我们知道，绝缘破坏或局部老化，多是从局部放电开始的，它的危害性也就突出地表现在使绝缘寿命降低或影响设备的安全运行。局部放电的危害程度，一方面决定于放电的强度和放电次数的多少；另一方面也决定于绝缘材料的耐放电性能和放电作用下绝缘的破坏机理。

局部放电对绝缘的破坏有两种情况：一是放电质点对绝缘的直接轰炸，造成局部绝缘破坏，逐步扩大，使绝缘击穿；二是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学使用，使局部绝缘受到腐蚀，电导增加，最后导致热击穿。

消除或减少局部放电的产生及其危害性，应从以下三方面着手：

1． 使设计结构合理； 2． 提高工艺水平； 3． 使用优质材料。

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第二节 局部放电测量

2.1.概述

局部放电的产生，总是伴随着高频脉冲、电磁辐射、介质损耗、声、光、热和化学过程等现象。对绝缘内局部放电的探测，可根据这些不同的现象采用相应的方法来测量。局部放电的测量都是根据局部放电过程所产生的物理和化学效应，通过测量局部放电所产生的电荷交换、能量的损耗、放射的电磁波、发出的声和光以及生成一些新的生成物的信息，来表征局部放电的状态。这些信息中有电信息和非电信息两大类，由此可分为电气法和非电气法两大类。具体讲，局部放电的测量方法大致有以下几中：

1． 电气法

（1） 脉冲电流法——利用局部放电产生的脉冲电流在测试阻抗上的压降，通过放

大后进行测量。

（2） 介质损耗法——利用局部放电的损耗使tg增加的特点，在tg和外施电

压曲线上找出tg的急增点来确定局部放电的起始放电电压。

（3） 电磁辐射法——测量局部放电向周围辐射出的电磁波来确定局部放电的存

在。 2． 非电气法

（1） 声波法——利用局部放电产生的可听声波或超声波，通过微音器或钛酸钡变

换器（传感器）检出信号放大后进行测量。

（2） 测光法——测量放电过程中发出的光来检测局部放电。 （3） 测热法——测量放电过程中发出的热来测量局部放电。

（4） 物理化学法——利用局部放电对绝缘介质产生的物理、化学变化来检测局部

放电。

电气法的灵敏度较非电气法的灵敏度为高，一般多用电气法测量。在电气法中，更多采用的是脉冲电流法。非电气法中，声波法也常被采用。目前，在局部放电测量中，是以脉冲电流法为主，声波法为辅，声波法多用于定位中。其他方法应用者较少，只在一些特殊情况下应用。

电气法是根据局部放电产生的各种放电现象来测量局部放电的。如根据放电时在放电处会产生电荷交换，于是在一个与之相连的回路中就会产生脉冲电流，通过测量此脉冲电流来测量局部放电的方法称之为脉冲电流法（ERA法）；根据放电时会产生电磁波辐射，通过不同方法来接受此电磁波，并用准峰值电压表测得的电压幅值来检测局部放电的方法称为无线电干扰电压法（RIV法）；根据放电时会有电能损耗，通过各种电桥测得的损耗因数的增量△tanδ或一个周期(工频周期)内损耗的能量测量局部放电的方法称为电桥法。

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2.2.脉冲电流法

脉冲电流法可以根据局部放电的等效电路来校定视在放电电荷，而且测量的灵敏度高，是目前应用最广，也是IEC和我国有关标准推荐的方法。 2.2.1测量原理

绝缘体的某一区域发生局部放电时，绝缘体的两端（即试品施加电压的两端）就会有瞬变（脉冲）电荷电荷q（视在放电电荷）出现，用一个耦合电容器Ck和检测阻抗Z与试品连接成一个回路，如图1－11所示。回路连接的方式有两种，一种直测法，如图1－11a所示；另一种是平衡法（或称桥式），如图1－11b所示。后者是把检测阻抗分为Za,Zb两部分，并在其中点接地。不论是哪一种方式，在检测阻抗两端采集到的ud 总是与试品的视在放电

电荷q存在一定的关系。

图1-11 脉冲电流法测量原理图 a)直测法 b)平衡法

从图1-11可以看出：当试品CX 两端出现瞬变电荷q时，在试品两端会出现相应的脉冲电压

Dux=q

CkCdCx+Ck+Cdux所含的主要频率分量是很高的，所以在检测阻抗上分配到的脉冲电压 可以简化为按

CK 与Cd 分压来计算

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ud=DuxCk=Ck+Cdq骣CdCd+琪1+Cx琪Cx桫=q (1-17) Cv骣Cd1+Cx，式中Cv=Cd+琪各符号见图1-11。由此可见，当测试回路中Cx 、Ck 、琪Ck桫Cd 确定时，Cv 为常数，ud 正比于q。通过一定的校正方法，就可用测得的ud 分度为视在放电电荷q。

不论是直测法还是平衡法，式（1-17）都是适用的。直测法比平衡法简单，而且灵敏度较高（较小），而平衡法有较高的抗干扰性能，从图1-11b可以看出：对于试品放电产生的脉冲电流在检测阻抗 Zb 、Z上分别产生ub和 -ua，而输出的电压

ud=ub-(-ua)=ub+ua

而对于从高压端进来的干扰电流Ig 分别流过Za 、Zb ，产生的电压分别为 ua 、

ub ，于是输出的干扰电压为ud=ub-ua

由此可见，对于高压端进来的干扰，用平衡回路有一定的压抑作用。

2.2.2.测试线路与装置

实际测试线路除了上述的放电脉冲电流回路之外，还要有检测仪器、高压电源、以及为去除干扰而采用的隔离变压器、滤波器等。一般采用的测试线路如图1-12所示，图中各装置的作用和要求分述如下。

图1-12 脉冲电流法的测试线路

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T1—隔离变压器，T2－调压器，T3高压试验变压器，F1－低压滤波器，

F2－高压滤波器，Cx－试品，Ck－耦合电容器，Z－检测阻抗，

D－监测仪，R－保护电阻

2.2.2.1.隔离变压器

这种变压器在一次和二次两个绕组之间附加两层金属屏蔽层，靠近一次绕组的就和一次绕组的末端相连接；靠近二次绕组的就和二次绕组末端相连接。这就把两个绕组隔离，使从电源进来的高频干扰不会通过原有的一次和二次绕组间的电容直接传送到二次绕组，从电源地线来的干扰也不会传入测试回路。两个绕组的匝数比一般是1：1，有时为了同时起降压作用，即把进线高压（如6kV，10kV ）变为测试系统用的低电压（如220V，380V），也可设计其他适当的变比。 2.2.2.2.调压器

在局部放电测量中，对不同的试品要施加不同的电压，同时在高压试验中，为了避免出现操作过电压，一般都要求从较低电压下开始逐步升高电压。因此需要调压器。 2.2.2.3.试验变压器

局部放电测量都是在试品承受高压下进行的，试验变压器就是能把低电压升为高电压的升压变压器，它与一般试验变压器不同的是本身不应发生局部放电，或放电量小于被测试品允许放电量的一半，故也称无局放试验变压器。 2.2.2.4.滤波器

低压滤波器在低压侧，高压滤波器接在高压侧。两者都是低通滤波器，通频带截止频率一般取5kHZ以下，因为测量局部放电信号的频率一般取10kHZ以上。前者是用来滤掉从电源进来的高频干扰及调压器产生的高次谐波，后者除了进一步阻塞电源进来的高频干扰之外，还可以阻塞试验变压器本身产生的局部放电信号，同时也能阻塞试品的局部放电信号通向试验变压器的入口电容，以免被测信号旁路而降低测量的灵敏度。这种滤波器最常用的由电感L及电容C组成的滤波器，通频带截止频率可以按下式估算

f=1

pLC当然，滤波器本身不应出现局部放电。 2.2.2.5.保护电阻

保护电阻是用来万一变压器负载短路时的电流，以免因试品击穿或耦合电容器、滤

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波器等短路而烧坏变压器，同时也可以改善负载短路时产生的过电压在变压器绕组上的电位分布，避免损坏变压器。 2.2.2.6.耦合电容器

耦合电容器的作用，一方面是把试品的放电信号耦合到检测阻抗上来；另一方面是承受工频高压，使检测阻抗上的工频电压降到很小（一般是在30v以下），以保证人身及仪器安全。由于放电脉冲信号频率很高，对于这种信号，耦合电容器的阻抗Zk 比检测阻抗Zd 小很多，因此绝大部分信号被检测阻抗拾取；而对于工频电压， Zk>>Zd所以绝大部分工频电压降落在Ck上。耦合电容器本身不应出现局部放电。 2.2.2.7.检测阻抗

检测阻抗是采样元件，即当脉冲电流通过时，在检测阻抗两端就会出现脉冲电压ud ，将此电压输入检测仪就可测出局部放电的放电电荷、放电重复率等基本表征参数；同时检测阻抗与耦合电容器又可组成工频电压分压器，从检测阻抗拾取工频电压，通过滤波装置，可把工频信号分离出来，通过检测仪可以测得工频高压值，并与ud 一起处理，可测出放电能量及发生放电时的电压相位。

检测阻抗有两种类型，一种是由电阻Rd与电容Cd（此电容包括检测阻抗中的电容及从耦合电容器连接到检测阻抗所用的屏蔽线的电容）。这种检测阻抗输出的脉冲电压的波形是指数衰减的，它的频谱较宽，即含有各种（从低频到高频）频率分量，如图4-13所示，适用于频带较宽的测试系统，它有较高的灵敏度和分辨能力，但抗干扰能力较差。

另一种是由电感L、电容C及电阻R组成的LCR型检测阻抗。其中电容也包括连接Ck和Zd的屏蔽线的电容，电阻也包括电感线圈的等效电阻。这种检测阻抗输出的冲击电压波形是指数衰减的振荡波形。它的频谱较窄，集中在谐振频率附近，如图1-14所示，适用于频带较窄的测试系统，它配合选频放大器，可以避开单一频率的干扰，适合用于干扰大的场合。

2.2.2.8.检测仪器

检测仪器的重要作用有以下三方面： （1） 滤波

检测仪器按选用的频带来分，可分为低频、宽频、选频。目前最常用的是低频检测

仪，频带选在放电脉冲频谱分量最丰富，而外来干扰较少的频带范围，一般选用10---400KHZ。宽频检测频带上限达10HZ，甚至达10HZ数量级。选用宽频目的一是为了较真实的测得放电的波形（因为一次放电的时间可达 10-7~10-9s）；二是为了消除较低频率的干扰，如选取频带为50—500MHZ，就可避开绝大部分干扰。选频检测仪的频带较窄，大多

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取10—30KHZ，也有少数取得宽一些，如100KHZ左右。频带窄有利于抗干扰，频带宽有利于提高灵敏度及分辨能力。选频检测仪一般都设计为谐振型的，中心频率

f0(见图1-14c)，

f最好是可调的， 从几十KHZ到几MHZ。若是固定的，一般是选100KHZ附近。

不论是哪一种检测仪，都必须把工频分量彻底滤掉，因为从检测阻抗拾取的局部放电的脉冲信号很微弱，而工频电压往往要比它大千倍以上，所以必须滤掉工频分量，放大器才能正常工作。

a)RC阻抗

图1-13 RC型检测阻抗

输出电压波形 c)频谱

图1-14 LCR型检测阻抗

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b)局部放电测量技术资料汇编

a)LCR阻抗，b)输出电压波形，c)频谱

实际用的LCR检测阻抗常设计为一个双绕组的升压变压器，如图4-15所示。输出侧绕组匝数比输入侧多，可以提高测量灵敏度。输入侧绕组中心

XO接地，可接成平衡法测试回

路；用直测法测量时，只要把Xb与Xo连接，Cq是仪器校正时用的分度电容、校正脉冲从Xq端注入。 VS1、VS2是快速稳压管，限定输入电压在安全工作范围之内。

图1-15常用的LCR检测阻抗实际线路图

（2）放大

局部放电的信号是很微弱的， 特别是大电容量的试品。如电容为1uF的试品，出现5pC视在放电电荷时，在检测阻抗两端可能拾取的电压 ud 约为uV级，因此必须经过放大才能在示波器或峰值表显示读数。放大器的增益一般要求能达到60dB以上（对于所测的脉冲信号），而本机噪音要不大于uV级。

放大器的频带应与检测阻抗匹配。频带宽可以保证放电信号的波形不变，而频带窄就会使放电信号发生畸变。不但放电脉冲信号的波头、波尾被拉长，幅值降低，而且还会出现震荡。对于RC检测阻抗，采集的信号经放大后，有可能出现过冲振荡。如图1-16 a所示（ 响应）；对LCR检测阻抗，采集的信号经放大后可能出现振荡波的幅值由小到大再由大到小的衰减，如图1-16b所示（响应），这样一个放电脉冲可能会延续较长时间，就会大大降低测试系统的分辨能力。

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图1-16 窄带放大后波形畸变 a) 响应 b)响应

（3）显示

用于显示局部放电信号的仪器有两类，一类是示波器，一类是峰值表

用示波器不但可以观察、读取放电脉冲信号的大小，而且可以观察脉冲的波形，以及放电脉冲出现的相位。这有利于辨别所观察的脉冲信号是放电信号还是干扰；同时也有利于识别是那种类型的放电。用宽频测试系统（频带不小于100MHZ）配用同样带宽的脉冲数字滤波器（采样频率1GHZ以上），可以测到每一次局部放电的整个脉冲波形。

用快速响应的峰值电压表可以测得放电脉冲的峰值，经过校正，这个脉冲幅值可以直接分度为放电量qd。峰值表的量程刻度有线形和对数两种，前者比较稳定，后者动态范围大，量程广。

为了识别、撤除出现在固定相位上的干扰脉冲，在信号进入峰值表之前先经过门开关电路，这个门开关可以分别在工频一周期的正负半周内的任一相位上，关闭或打开一个宽度可调的相位窗口，以阻止或开通脉冲信号进入峰值表的输入端。这个门开关同时也控制示波器的时基扫描的亮度，明亮的相位区间表示是开通的，即在这一相位区间内的脉冲可进入峰值表，于是可以根据经验判断，避开干扰脉冲，只让放电脉冲进入峰值表。

在设计和选用局部放电测试的线路和装置时，应考虑以下三点基本要求： （1） 灵敏度

测试系统的灵敏度是在一定的试品电容量下，能够测到的最小视在放电电荷电荷q

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来表征的。一般要求它要小于试品标准中规定的允许视在放电电荷

qmax的一半，即

qmin（2） 分辨率

£1q 2max测试系统的分辨能力是连续两个放电脉冲因叠加而造成的误差不超过该脉冲幅值的10%时，两个脉冲的间隔时间（亦称分辨时间）来表示的。我国现行标准规定为100uS。

（3） 抗干扰能力

测试系统的抗干扰能力是以干扰的衰减或压抑比（采取抗干扰措施前后干扰大小的比值）来表示。一般把试品放电信号之外的所有的脉冲和高次谐波都视为干扰噪音。要求信噪比大于2。

2.2.3视在放电量的校正

测量系统所显示的脉冲幅值是代表多少放电量（视在放电电荷q），还需要对测量系统进行分度校正，才能定量。 2.2.3.1．校正方法

把试品与整个测量系统连接好之后， 用已知的模拟放电产生的瞬变电荷q0注入到试品的两端（施加高电压的两端），把测量系统的灵敏度调到合适的状态（在示波器上能看到约20mm高度的脉冲幅值），记下这时显示器上的响应的读数为

α（格），则可得分度系数

0

K=q0/0，之后，将校正脉冲发生器撤除（因为一般校正脉冲发生器承受不了高电压），保持测试系统的测量灵敏度不变，对试品施加规定的试验电压，这时若试品有局部放电，则在显示器上又出现响应的读数αx（格）,于是试品的放电量为qx=Kαx

已知的瞬变电荷

q0 是由一个校正发生器产生一个脉冲电压，并通过一个分度电容

C0

耦合到试品的两端，在满足

1骣CkCd琪式中 u0 -----校正脉冲电压的幅值（V）

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C0 -----分度电容（pf）

u0与C0 都是已知值，因此 q0也是已知的。

小气隙的一次放电时间一般为10-9~10-7s。为了模拟放电脉冲， 同时又要避免产生峰值过冲振荡，有关标准规定校正脉冲电压的前沿不大于0.1us，脉冲波持续时间（脉冲衰减到幅值的10%时所需要的时间）不小于100us。同时为了模拟在试品产生的局部放电的瞬变电荷，校正脉冲电压经分度电容后应接在试品的两端，即q0是出现在试品Cx两端的电荷。 2.2.3.2 应注意的问题

校正是否正确，直接影响测量的结果是否正确。因此分析掌握那些对校正结果有影响的因素是很必要的。

（1）校正脉冲发生器

校正脉冲发生器除了要求能产生上述的（0.1/100）us脉冲波之外，还要求本身内阻 R0 及脉冲电压的重复频率

f0不能太高。校正脉冲电压u0经分度电容C0后施加到试品的两

端，因此在试品两端实际施加的脉冲电压上升时间，不只是决定于u0的上升时间0，而且与时间常数C0R0有关。当C0R0接近0时，会使脉冲的前沿变长，这个脉冲前沿和检测阻抗的放电时间常数可比或更长时，会使测得的分度系数偏小。一般要求C0R0<1t0通常10最大取100pf，t0£0.1us，所以校正脉冲发生器的内阻一般不应大于100欧姆。

校正脉冲发生器产生的校正脉冲的重复频率太高，会产生叠加效应，测试系统的分辨率要求是不大于100us，同时校正脉冲本身的宽度可达100us，因此两个连续脉冲间隔应不小于200us，即脉冲的重复频率应小于5KHZ。

（2）分布电容的影响

从分度电容接到试品的连接线有分布电容Ce ，此电容是与试品并联的，即在校正时，相当于试品的电容为

cx'=Cx+Ce，而在试品施加高压测量局部放电时，要把校正脉冲装

置取掉，这时Ce就不存在了。从式（1-17）可知，Cx变大，测量系统的灵敏度变小，即测得的0偏小，分度系数就偏大了。在有关测量标准中规定分度电容要尽量与试品的高压端靠近，就是为了尽量减小Ce。由校正脉冲输出端到分度电容器接线的分布电容，要与分度电容C0串联后才与试品并联，由于C0很小（一般为20—50PF），所以影响很大。

试验变压器中高压绕组有分布电容，各部分引线也都有分布电容。在进行测试系统时，要把全部接线接好。在校正之后，全部装置都固定不变（接线位置也不变），保证在校正时

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和施加电压测量时，这些分布电容都不变，才能保证测试系统的测量灵敏度不变。

（3）校正脉冲从检测阻抗两端注入

为了能在对试品施加高电压进行局部放电测量时，监视测量系统的灵敏度是否有变化，最好能同时显示校正脉冲的大小。但这样做就要求分度电容C0 能承受高电压，这就要增加设备的投资。为了节省费用，可以把校正脉冲装置接到检测阻抗两端，假定这时显示的读

数为

ad，同样的电荷 从试样两端注入的读数为q0 ，则ad与a0相差N倍即

a0=Nad 。试品的视在放电电荷出现在试品的两端，因此，分度系数应按下式计算

K=q0q0 =a0Nad倍数N可以通过用同一校正脉冲装置分别接到试品两端和检测阻抗两端，分别读取

a0及

ad，于是可求得N=a0/ad。

（4）对于具有分布参数特性的产品

如变压器、长电缆等，由于局部放电脉冲信号由放电处沿着变压器绕组或电缆传播到测量端会产生很大的衰减。同时，当终端连接的阻抗不匹配时，还会产生波反射。所以必需采用特殊的校正定量的方法，才能较准确地测到实际的放电量。从长电缆为例：若长电缆终端接有匹配阻抗，则只需考虑衰减问题。当校正脉冲从近端（接测试仪器的一端）注入时，测得的读数为1 ， 从远端注入时测得的读数为2，则

1=K q0 2=K q0 e –γ ι

式中 ----衰减系数

l----电缆的长度

如果放电发生在离测量端x处，放电量为qx，则在近端测得响应为h x1 ，远端测得响应为hx2。

hx1=Kqxe-gx,-gl-xhx2=Kqxe()-gl

hx1hx2=k2q2xe杭州西湖电子研究所

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qx式中

=q0a1a2hx1hx2=KChx1hx2 kc=q0a1a2。

如果在产品检验中允许测得的放电量可以偏大而不可以偏小（对产品要求更严、更安全），则可以简化为只要从远端注入q0，读取响应值为a2，分度系数为K2=q0/a2 试品施加电压产生局部放电时，读取响应值为ax，则试品的放电量为

qx=K2ax

q若长电缆的终端阻抗不匹配，因有反射波的叠加效应，可能出现a2>a1，取

K1=q0/a1 qx=K1hmF

式中 hm ------试品施加电压出现局部放电时，在电缆的两端测得的两个读数中较大的一个读数；

F ------修正系数，当a1£a2时F=1;当,F=a1/a2,这时

qx=K1hmF=q0a1q0hm=hm=Khm

ca1a2a1a2即分度系数Kc与只考虑衰减效应时一样（因 a1>a2说明是衰减效应为主，反射效应其次），不同的是取hm 而不是 hx1hx2。这说明也考虑了反射效应。

变压器的校正定量采用多端测量方法。 2.3.其他电测法

2.3.1无线电干扰电压法（RIV法）

局部放电最早引起人们关注的并不是由于它对绝缘系统的损害，而是它产生的电磁波对无线电通信的干扰，如高压变电站附近的无线电通信设备，因受高压设备、高压架空导线的局部放电发出的电磁干扰而不能正常工作，因此就用无线电干扰电压，这就是RIV法。

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RIV表是一种窄带选频谐振式电压测试仪器，频带f一般取5——10KHZ，中心频率f0 一般选为1MHZ，也有f0是可调的。它显示的读数以uV来表示，或设0dB=1uV，再用dB来表示。它是准峰值表，即测得的脉冲幅值是略小于放电产生的脉冲峰值，而且与放电的重复率（N）、RIV表的充电时间常数1及放电时间常数2有关。测得的峰值u'与真实的峰值

mum之比为

u'mF=umN=2Df骣t1琪琪t2桫骣nt2琪 1+琪ft1桫2D局部放电产生的电磁波可以通过不同的方式耦合，采集、输入到RIV表中。基本的方式有两种，一种是与脉冲电流法中的直测法测试回路一样，如图1-11a所示，不同的只是用RIV表做为检测仪；另一种是用各种天线采集由空间传播来的局部放电产生的电磁波，如在电站可以用一天线移动检测，找出是在什么地方（哪个设备）产生局部放电。

由于RIV法不能对视在放电电荷进行定量，在我国有关标准中没有推荐使用，但国外有些工厂，由于历史上都是采用这种方法，所以至今还在使用。

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第三节 非电测法

局部放电的过程，除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，同时也会产生各种非电的信息，如产生声波。发光，放热以及出现新的生成物等等。通过这些非电信息的测量来检测局部放电的方法，都属于非电测量法。非电测量法有一明显的优点，即在测量中不受电气的干扰，但它的灵敏度低，不能用视在放电电荷来测量，只有在特殊场合下应用。 3.1.声测法

通过测量局部放电产生的声波，来检测局部放电的大小及位置的方法，称为声测法。由于声电换能器效率的提高和电子放大技术的发展，声测法的灵敏度有很大的提高。现在对于大容量的试品，如uF以上的电力电容器，其灵敏度不比电测法低。例外，根据超声波的定向传播特性，它在一定的媒质中有定向传播速度，所以可以用它来测定局部放电的部位。目前声测法在电力电容器，电力变压器等电工设备的局部放电检测中已得到实际应用。 3.1.1.声波的特性

为了能有效的检测局部放电产生的声波，首先要了解这种声波产生的机理和特性。 3.1.1.1．声波的产生

图1-20 电线在空气中放电产生的声频谱

声波是一种机械振动波。当发生局部放电时，在放电的区域中，分子间产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上就产生了一种压力。由于放电是一连串的脉冲形式的，由此产生的压力波也是脉冲形式的，它含有各种频率分量，也是频带很宽的声波。在液体材料中，放电往往发生在液体含有的气泡中，气泡在放电时会爆裂，把大气泡成更小的气泡；放电也可能扰动液体，使气泡在液体中移动，所有这些都会造成压力的变化而发出声波。在固体介质中，局部放电形成电树支的过程，也会伴随着微弱的爆破，爆破产生的压力变化也会发出声波。对聚乙烯材料的试验表明，电树枝增长率与测得的声压大小有关。树枝增长快时，测的声压高。

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局部放电产生的声信息是很微弱的。放电产生的声波的能量与总部放电能量之比，一般认为小于1%。这种声能的转换率，在不同的媒质中和不同的放电状态下是不同的。 3.1.1.2．声波的频谱

局部放电产生的是一个脉冲，它的频谱分布很广，为10—10Hz数量级范围。在不同的电工设备中，放电状态，传播媒质以及环境条件的不同，检测到的声波的频谱也不同。 当传输在周围的气体中产生放电时，可以测到频率从10—10Hz数量级的声信号。

图1-20是裸线和带有绝缘层的导线局部放电时产生的声波频谱。不同频率的声波强度各不相同，裸线从10kHz到50kHz出现峰值，这和绝缘之表面放电的频谱基本相同。

在液体中，不同形式的电极系统放电时，测得的声谱如图1-21所示，可以从几十Hz扩展到2MHz，但针对平板电极系统的放电，在频率高于300kHz时，已衰减了很多。

在固体材料中，气泡的放电声频谱显示出有周期性的峰值，如图1-22所示。图中上，中，下三条曲线分别为3.18mm,6.35mm和19mm三种不同长度气隙的放电。峰值间的间隔频率，分别约为57.5khz,27.8khz和15khz。以空气中声波速度为340m/s来计算，

可以得出波长分别约为5.94mm，12.2mm和22.6mm。这与气隙的长度相比，3.18mm,6.35mm均约为对应波长的一半。而较长的气隙放电时，实际放电通道长度可能比较短，因此不大相符。这现象可以解释为气泡是一个声谐振腔，声波在谐振腔时,谐振频率的基频波长是谐振腔长度的2倍。

综合上述各种放电类型的声频谱，可以看出超声波的低频段所含的分量较为丰富。近代声测法测量局部放电所用的仪器，频带多取在60～300khz。

3.1.1.3．声波的类型

在气体和液体中传播的声波是纵波，即质点振动的方向平行与波的传播方向，这主要靠分子间的撞击作用传递压力。而在固体中传播的声波，除了纵波之外还有横波，即质点的运动方向垂直于波的传播方向。形成横波传播的条件是质点间有足够的吸引力。每一质点振动时，就能带动邻近的质点跟着振动。这只有在固体或浓度很大的液体中才会出现。

通常在声测法测量局部放电时，在气体和液体中，测得的主要是纵波，而在固体中测得的是横波。当通过液体传播的纵波到达金属外壳时，横波将会出现在金属体中继续传播。 3.1.2.声波的传播

电工设备中的局部放电，通常是发生在设备的内部，而用于测量声波的接收器一般都只能安放在设备的外壳上，于是声波要从放电源传播到测量点才能被检测到。在这个过程中声波要发生反射，传播的速度也可能发生变化。

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图1-21 矿物油中放电的声频谱图 1-22 固体中气泡放电的声频谱

3.1.2.1.传播速度

用声测法来测定局部放电位置时，必需知道声波传播的速度。不同类型，不同频率的声波，在不同的温度下，通过不同媒质的速度都不相同。表1-1列出了在20C时纵波在几种媒质的速度（m/s）。

气体媒质中声波传播速度在130～1300m/s范围内，这与气体分子的平均运动速度很接近。在矿物油中声波传播速度随温度的升高而下降，如图1-23所示。不同频率的声波传播速度不相同，频率愈高，传播速度愈快，如图1-24所示。不同声波的传播速度也不相同，纵波比横波要快约1倍。

表1-1 声波传播速度 （单位：m/s） 媒质 氢 空气 SF6 矿物油 水 瓷料 天然橡胶 速度 1280 330 140 1400 1483 5600～6200 16 媒质 油纸 油纸板 聚四氟乙烯 聚乙烯 有机玻璃 聚苯乙烯 环氧乙烯 速度 1420 2300 1350 2000 20～2820 2320 2400～2900

媒质 铝 钢 铜 铅 铸铁 不锈钢 速度 00 6000 4700 2170 3500～5600 5660～7390 杭州西湖电子研究所

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图1-23 矿物油中声波传播速度 1-24 矿物油中声波传播速度 与温度的关系图 与声波频率的关系 3.1.2.2．传播中的衰竭

声波在媒质中传播时会产生衰竭。造成衰竭的原因很多，如波的扩散，波的反射和热传导等，在气体和液体中，波的扩散是衰竭的主要原因；在固体中 衰竭的主要原因是 分子的撞击，它把声能转变为热能。局部放电往往是发生在很小的区域内，由此产生的声波，可以看成点声源。在此情况下，声波的传播是以球面波的形式，从放电源发出向外传播，显然离开声源愈远，声的强度和声亚就愈小。在理论上，若媒质本身均匀而且无损耗，则声强度与声源距离d的平方成反比，声压与d成反比。

声波在传播中的衰竭,还与声波的频率有关，频率愈高，衰竭愈大。在空气中声波的衰竭随频率的1～2次方（f－f）增加；在液体中声波的衰减经常正比于频率的２次方（f）;而在固体材料中声波的衰减大约正比于频率f。

从表1-2、表1-3中，可以看出各种材料中声波的衰减有很大差别。

表1-2 纵波在几种材料中传播的衰减 （单位：dB/m） 材料 空气 SF6 铝 钢 有机玻璃 聚苯乙烯 氯丁橡胶 测量频率 50kHz 40kHz 10MHz 10MHz 2.5MHz 2.5MHz 2.5MHz

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温度/C 20～28 20～28 25 25 25 25 25 衰减/（dB/m） 0.98 26.0 9.0 21.5 250.0 100.0 1000.0 局部放电测量技术资料汇编

表1-3 与矿物油相比几种材料的衰减 （单位：dB/m）

材料 衰减 矿物油 0 油纸 0.6 油纸板 4.5 钢板 13 铜 9 在气体中，声波的衰减与气体中所含的水分、雾、烟、灰尘以及环境温度有很大的关系。各种不同的气体成分对声波的衰减也有明显的差别。含有少量水蒸气的氧气，要比氮气大200倍，在40kHz下，SF6中声波的衰减比空气中声波的衰减大20多倍。

在MHz频率下，声波在软的材料中的衰减，要比硬的材料中的衰减大得多。如氯丁橡胶是聚苯乙烯的10倍，是钢的50倍。

3.1.2.3. 传播中产生反射

超声波在复合媒质中传播时，在不同媒质的介面上，会产生声反射，而使穿透过的声波

强度变小。从图1－25可以看出，挡探头在变压器外壳的位置与放电源的夹角大于15时，测到的声波有明显的衰减，这是由于矿物油与铁壳之间，声传播的临界角为14.2，大于临界角，就会产生波的全反射。

当声波是从一种媒质传播到另一种媒质时，由于两种媒质的声特性阻抗不匹配，也会造成很大的界面衰减。声特性阻抗是以媒质的密度和声波在该媒质中传播的速度v的乘积

v来表征，单位为g/(s•cm2)

图1-25 声波入射角与接收的声信号的关系

由于声阻抗不匹配而造成的界面衰减，可以用反射系数R来表示。

R1v12v2

1v12v2杭州西湖电子研究所

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式中 1v1、2v2——分别是相邻两种媒质的声阻抗。

由此可见，两种媒质的声特性阻抗相差愈大，造成的衰减愈大。声波从空气传到钢板，要比从油中传到钢板造成的衰减大得多。表1-4中列出几种媒质组合的反射系数。

表1-4 在不同媒质表面声波的特性阻抗及反射系数

材料媒质 特性阻抗 ρvX10/ g/(s·cm) 铝 钢 铜 有机玻璃 聚苯乙烯 矿物油 空气 1.71 4.53 3.93 0.33 0.28 0.13 0.00004 100 100 100 100 100 100 0 74 88 20 14 6 26反 射 系 数 R/（%） 空气 矿物油 聚苯乙烯 51 78 75 0.7 0 有机玻璃 45 74 71 0 16 0.5 0 20 0 0 铜 钢 铝 3.1.3.超声波的检测

用于局部放电测量的超声波检测系统，一般都包括三个部分，即声电转换、电信号放大以及信号的传输与显示，可用图1-26所示的框图来表示整个测试系统。

压电转 光纤 前置放电光转光电转主放大 显示

图1-26 声测法测量系统的框图

3.1.3.1.声电转换

局部放电产生的声信号是很微弱的，其能量约在μJ数量级。为了便于放大和传输信号，通常都是通过传感器把声信号变为电信号。这是一种具有压电效应的压电传感器，其转换能力可用转换系数G来表示

GU(Vm/N) （1-26） pt式中 U——电压（V）；

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p——压力（bar）; t——压电体厚度（m）。

在局部放电测量中，要选用G尽量大的压电传感器，G=1mV/bar以上，同时也要求有足够的频带宽度，能高达MHz。

3.1.3.2．放大信号

在检测系统中有前置放大和主放大两部分。前置放大是为了使被测的信号足以推动电光元件工作，并使信号经长距离传输后不会被外来干扰所淹没，以便主放大器能有足够大的输入。前置放大器的本机噪声很小，不大于被测信号的一半；放大倍数不高，10～100倍；一般采用电池做电源，和压电传感器及电光元件装在一起做成一个探头。

主放大器是要把被测信号放大到在示波器或其他显示仪表上能清楚地显示。增益不小于80dB。频带的选择，一方面要考虑选择在被测信号频谱中频率分量最丰富的频段；另一方面要考虑避开干扰，一般机械振动产生的声波频率都低于50kHz，因此通常选到60～300kHz，若在大气中测量，因声波衰减快、干扰小、频率下限可取10～20kHz。

3.1.3.3．信号的传输与显示

为了拾取较大声波信号，总是把测量的探头置放在尽可能靠近放电点的位置，这个位置往往是很靠近高电位的，因此人工操作仪器时，必需远离探头。为了避免在信号传输过程引入电磁干扰，在探头中通过半导体电光转换器件，先把电信号变为光信号；之后，由光纤把光信号传送到测量仪器，在仪器内通过半导体光电转换器件，把光信号先转换为电信号，再经主放大器进行放大，最后用示波器显示测量结果。

通过上述测量系统测到的局部放电产生的声信号也是脉冲型的，每一次放电有一个声脉冲。在一个周期内（外加试验电压），可能出现多次放电，脉冲出现的相位及大小分布与电测法测得的很相似。为了能获得更多的放电信息，显示仪表最好采用示波器。如果只观察最大的声脉冲幅值（它代表最大的放电量），也可以采用峰值表或准峰值表。

3.1.4.测试技术

在声测法的测试技术中，有两个需要深入讨论的问题，一是提高测量的灵敏度，二是测试装置的定量校正。

3.1.4.1．提高灵敏度

除了大电容量（Cx大于F数量级）试品之外，声测法的灵敏度比电测法的要低。为了提高灵敏度，近年来已进行了各方面的研究，大致可归纳为以下几方面。

（1）选择适当的频带 前面已阐明放电产生的是声脉冲信号，在测量端测到的这种声

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信号的频谱，随着放电源本身的特性及传播特性的不同而变化，因此首先要掌握其频谱特性。另一方面要了解测量系统可能受到的干扰声波的频谱。最后选取放电声波频率分量丰富、干扰成分较少的频带。

（2）提高测试仪器的灵敏度 要选用效率高、响应快的换能元件，包括压电传感器、光电管等，同时要制成低噪声、高增益的放大器，使弱小的声信号能转换为可以清楚显示的电信号。

（3）尽可能减少声信号的衰减 声波在传播过程中的衰减是很严重的，为了减少衰减，应将探头尽可能置放在靠近放电处。同时应注意声波在探头的界面上不会有过大的衰减，如测量变压器的局部放电时，探头放在变压器的铁壳表面，若探头与铁壳之间存在气隙，则声波从铁壳传送到探头时会产生很大损失；若在探头与铁壳之间填满矿物油或凡士林等液体或固体介质，则会大大减少声波的损失。

采用声波导管或棒，可以使声波沿声波导管传播而不会扩散，从而大大减少衰减。用内径位25mm的有机玻璃管做声波导管，测量频率为80kHz的声波，在离声源1m处，测得的信号比空气中测得的约大8倍。

3.1.4.2.测量装置的校正

用上述声测法测得的是局部放电产生的探头置放上的声压。显然对同一类型的产品，用同一套测试装置，测得的声压愈高，说明该产品的局部放电愈严重，因此可以依据历史上的记录，规定一个适当的水平，作为产品的质量控制指标。但声压和放电量是两个不同的物理量，一般不能把测得的声压标志为放电量的大小。因为两者量值的关系受很多因素的影响而不会是一定值。首先，不同的放电状态（如大小不同、媒质不同）产生的声波的能量与放电能量的比值就不一样；其次，从放电点到测量点，声波和电信号都会有衰减，但衰减的程度不会是相同的；第三，测量系统的响应不同，如声波在传输过程遇到多种媒质会产生许多反射波，由于测量系统的频带较窄，这些反射波就可能造成叠加效应，使测得的声压发生变化。所以不能用简单的比例关系把测得的声压变为放电量。对于特定的产品，若放电点集中在很小的范围，可以用电测法和声测法同时测得放电量和声压，做出两者的关系曲线。对于同类型的产品，在测得声压后，就可通过这一曲线找出对应的放电量。

对于测量仪器的校正，可以用一个标准的脉冲电压（电测法中校正用），施加在一个标准的压电体传感器上，使之产生一个标准的声波，把这个传感器紧贴在测量仪器探头上，调节仪器的指示达到一个标定值。经过这样校正后的仪器，它们的测量结果才有可比性。

声测法目前主要用于大电容试品的局部放电检测，如F数量级以上的电容器等，另外也用于大容量变压器内部局部放电位置的测定。

3.2.光测法

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3.2.1.局部放电产生的光的特性

放电的过程会放出光子而发光，这种现象很早就已被人们所认识。各种放电发出的光波长不同，比较弱小的电晕放电，所发出的光波长较短，不超过400mm，呈紫色，大部分属于紫外线范围。对于较强的火花放电，波长可扩展到超过700mm，呈桔红色，大部分属于可见光范围。

在固体表面放电时，放电的光谱与放电区域的气体组成、固体材料的性质、表面状态以及电极材料等有关。在空气中，电晕放电放出的光谱与氮气中放电放出的光谱相似，这证明空气中的电晕，主要是氮分子的带内离复合放出的光。当表面形成电弧的光谱与表面状态关系不大。

光测法测量局部放电，一般都是测量放电发出的可见光，即测量的是光通量，单位是流明（Lm）。

光线照射在物体上，物体上单位面积接收到的 光通量称为照度。设在被照物体上取面积dS，照射在dS上的光通量为d，则照度

E照度的单位为（勒克司Lx）

d dS点光源在一定面积上产生的照度与点光源强度I成反比，与该面积到点光源的距离r的平方成反比，与该面积法线和点光源到面积中心的连线夹角的余弦成正比，即

A式中的符号如图1-27所示。

Icos (1-27) 2r局部放电通常都发生在一个很小的区域内，而测量局部放电发出的光，一般都在离光源较远的地方。因此，通常都可以把它看作是一个点光源，距离这点光源愈远，照度就愈小。

图1-27 点光源的照度计算示意图

3.2.2.测试方法

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根据不同的试验目的，可以采用各种方法来测量局部放电发出的光。如果是为了观察局部放电发展的过程，就要用各种快速摄像方法。如果是为了测定局部放电的起始和熄灭电压，以及放电量的大小，最好用光电倍增管，这是目前光测法中主要采用的测试方法。

3.2.2.1．光电倍增管的工作原理

光电倍增管是一个由许多倍增电极D组成的一个电子管，各电极间都施加一定的直流电压，如图4-28所示。阴极在光的照射下发射出电子，在各个电极的加速下，这些电子不断撞击而产生新的电子，这样到达阳极的电子数，可以增大哈几个数量级，在阳极就可测到输出的电流或电压。当局部放电很微弱时，人们的眼睛还看不到由次此产生的微光，而光电倍增管可以得到足够大的电流显示，同时光电管的响应时间非常快，一般不大于10s数量级，这对局部放电的测量已足够了。

为了保证光电倍增管能稳定工作，施加于各电极的电压必须非常稳定，要求支流电源的波动不大于0.05%，接在各电极的分压R阻值也要稳定，在靠近阳极的末端，要加去耦合电容C以消除脉冲电流对分压的影响，去耦电容约取0.01～0.05F,分压电阻约取100k。

光电倍增管的输出，可以用微安表测量准峰值电流，或用示波器测量脉冲电压。如图1-28中，RL是负载电阻，CL为耦合电容。光电信号的输出，是用同轴电缆接到示波器的。CL与RL使输出的电压按指数衰减，其衰减时间常数为CLRL，输出脉冲电压的幅值约正比于RL上的电压。为了避免输出的脉冲电压严重叠加，应取CLRLT，T为脉冲的间隔时间。为了保证光电倍增管输出的脉冲信号正比于阴极收到的瞬时光通量，还应满足CLRL≤0.16fm，fm为信号最高频率，CL为一般约1000pF，RL一般选取50。RL取值太小会降低测量灵敏度。

光电倍增管可以输出电压，也可以输出电流。局部放电产生的光脉冲，在CLRL上可以得到一个脉冲电压，经放大后，就可以在示波器上观察到。若是用微安表串联于阳极，测得的是脉冲电流的准峰值。微安表能相对稳定于一个最大的读书，这样测得的电流值（μA）正比于在阴极接收到的光通量。

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图1-28 光电倍增管线路图

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3.2.2.2．提高灵敏度 局部放电产生的光信号是很微弱的，可以采取以下措施来提高光测法的灵敏度。 （1）选用合适的光电倍增管 首先要选择合适的光谱范围。各种类型的光电管，都只能测量一定波长范围的光。如前所述，局部放电的光，多在几百nm范围内，因此，光电管的光谱特性，就要选择在这范围内，才能把局部放电产生的光，尽可能多地采集到，通常选择300nm到700nm就可以了。其次要选择高的阳极灵敏度和低的暗电流。所谓阳极灵敏度，即每单位光通量（lm）能转换成的阳极电流（A），这决定于光电转换和电子倍增。光电转换具有统计性，并不是每一个光子打到阴极上，都能打出一个电子，这种转换率只有20%～30%。电子通过多级倍增可增加10倍，这与电极级数及级间电压有关。电子倍增大，暗电流也增大，多级电子工作状态下，没有光信号照射时，本身固有的电流。显然，这就限定了可测的最小光电流值，因此，暗流也是决定测量灵敏度的关键因素。

（2）减小暗电流 暗电流来自两个方面，一是来自阴极；二是来自倍增电极。前者与电脉冲与电脉冲电流可以相比，是主要的暗电流来源。后者比前者小得多，可以通过幅值鉴别把它消除。把光电管冷却到70时，暗电流可以减小到原来的

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1。还可以用两个光电10管，接成差动电路，如果两个同类型的光电管的暗电流相同，则可相互抵消。此外，还可以根据局部放电产生的光电流脉冲，一般是发生在一定的相位上，而暗电流是随机出现的。因此，在测量N个周期（施加于试品的工频电压的周期）后，取相同相位区间的脉冲幅值的算术平均值，来提高光脉冲电流与暗电流的比值。

（3）把光电管对准光源，而且尽可能靠近光源 从式（4-27）可见，光电管阴极接收到的光照度，是与距光源的距离平方r成反比的。如果不允许光电管靠近光源，还可以采用聚光镜和光纤技术，把放电的光聚集并传输到光电管的阴极。

实验表明，测得的放电光脉冲幅值随放电量增大而增大，但不是严格的正比关系，它与放电能量、放电重复率也有密切的关系，因此不能简单地测得的关信号定量为视在放电电荷。

3.3.色谱分析法

绝缘材料在局部放电作用下，会发生分解，因而产生各种新的生成物。因此，可以通过测定这些生成物的组成和浓度，来表征局部放电的程度。如在封闭空间内，有表面放电时，可以抽取其中的气体，测定其中臭氧O3的含量来判断局部放电；在SF6气体绝缘中，可以通过测定F的含量来判断局部放电。目前广泛应用的，是在有矿物油的绝缘结构中，萃取油中分解出的气体，用色谱分析确定其组成和浓度，以判断局部放电状态。

在局部放电作用下，变压器油中会分解出各种气体，如H2、CH4、C2H2、C2H6、CO等，这些气体也可能是由于过热而产生的，但两种不同的原因，所产生的各种气体的比例不同。有人统计了一百多台运行已久的变压器中的各种气体，如图1-29所示。

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从图1-29a可以看出，由于放电产生的CH4和H2的比值CH4/ H2比较小，绝大多数变压器都小于0.5。而过热产生的CH4/ H2比较大，绝大多数都大于0.5。从图1-29b可以看出，由于放电产生的C2H2/ C2H4值比较大，绝大部分都大于0.1；而过热产生的C2H2/ C2H4>0.1值较小，绝大部分都小于0.1。由此可得出一个区别局部放电和过热的判断依据。

C2H2/ C2H4>0.1, CH4/ H2<0.5——由局部放电造成的； C2H2/ C2H4<0.1, CH4/ H2>0.5——由过热造成的；

C2H2/ C2H4 0.1, CH4/ H20.5在 局部放电和过热同时存C2H2/ C2H40.1, CH4/ H20.5局部放电本身也会产生过热，因此在有些情况下，这两者是同时存在的。

一般进行这种试验，要经过几个步骤。首先要取油试样，并从油中萃取气体；其次要用气相色谱分析气体的组成和含量；最后进行比较作出判断，这是比较麻烦的。现在新发展的在线检测系统，只用PFA膜（聚四氟乙烯与全氟烷基乙烯醚的工聚物），就可将上述气体分离。再加上专用的气相色谱仪和气体传感器就可以测定气体的含量，进行绝缘诊断。采用这种方法，可以大致判断局部放电是否严重。在发现有严重的放电后，最好还是要用电测法进一步测定局部放电的严重程度。另外，要注意到分解的气体要累积到一定程度才能被检测出来，因此，这种方法不能实时地检测到突发的局部放电。

图1-29 含有不同CH4/H2值的老化变压器台数

a) CH4/H2 b) C2H2/C2H4

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第四节 放电位置的测定

在一个复杂的电工设备中，发生在不同部位的放电，对绝缘的破坏作用是不同的，它们在测量端产生的响应也是不同的。测定局部放电的位置，对于准确测定放电量、判断其对绝缘的危害以及设备维修、改进产品设计与工艺等，都有重要的意义。特别是变压器、电缆以及电机的局部放电定位技术，尤其使人们关注。 4.1.变压器的局部放电定位技术

变压器的结构复杂而庞大，定位问题显得更为突出。目前已提出了很多方法，其中最主要的是电测法的多端测量定位和声测法定位两种方法。

4.1.1.多端测量

电力变压器具有很多端子，如图1-30所示。图中E、F为低压绕组的接头；A、B分别高压绕组的高压和中压抽头，C为高压绕组的末端，M为套管的末屏抽头（测量用的抽头）；Z1、Z2、Z3都是检测阻抗；D1、D2、D3都是局部放电检测仪；P为校正脉冲发生器。由于局部放电产生的脉冲波通过绕组转送到各测量端时，会产生不同的衰减，所以在各测量端上将会测得大小不同的局部放电信号。先用校正脉冲代表局部放电产生的脉冲，将此脉冲从不同的位置注入，在不同测量端上就会得到不同的响应，如在检测测仪器D1上测得的响应为а1，在D2上测得а2，在D3上测得а3，取它们之间的比值k1=a1/a2、k2=a2/a3、k3=a3/a1。当校正脉冲是从高压端对地注入时测得的响应比值记为kA1、kA2和kA3。从低压端对地注入时，测得的响应比值记为kE1、kE2和kE3，以此类推，可以将校正脉冲从不同位置注入时，测得的响应比值列一个表，见表面1-5。

图1-30变压器多端测量接线图

在变压器进行局放电试验时，假定测量系统的灵敏度保持一定，测得的响应分别为ax1、

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ax2和ax2，则可求得响应比值为kx1=ax1/ax2、kx2=ax2/ax3、kx3=ax3/ax1，将这一组响应比值与表4-5中各列的响应比值相比，与哪一列的比值比较接近，放电就可能发生在靠近该校正脉冲注入的位置。假如kx1、kx2和kx3 分别kA 1、kA2和kA3很接近，则放电信号传送到各测量端的衰减才会是相同的，也就是响应比值k才会是相同的。对于同一型号的变压器，可以用同一个响应比值表。

表1-5 响应比值表

注入端 AO 比值 k1 k2 k3 kA1 kA2 kA3 kB1 kB2 kB3 kE1 kE2 kE3 kAE1 kAE2 kAE3 BO EO AE 在确定了放电位置之后，就应在代表放电位置的校正脉冲注入端上注入已知电荷q0，并在靠近的检测阻抗上，如在Z2上，读取相应读数a2，则分度系数k= q0/ a2。在变压器试验中出现的局部放电，也必须同样选取在Z2上的相应读数a2x，经过这样定量测得的视在放电电荷量比较接近实际放电荷量。

4.1.2.超声波法定位

局部放电产生的超声波在媒质中是定向传播，可以通过各种方法从测得的超声波信号来作图或计算出放电的位置。

（1）、多点测量计算方法 在变压器外壳的同一侧面上，安放m个接收超声波信息的探头，用直角空间坐标标明各探头及放电源的位置，如x1、x2和x3为局部放电点的坐标，如xi1、xi2和xi3为第i个探头所在位置的坐标。设xi4为第i个探头接收到的超声波信号的时延，x4为等值波速度，于是m个测量点可以列出m方程

fi(x)(x1xi1)2(x2xi2)2(x3xi3)2(x4xi4)20 （1-28）

i1,2,...,m

在这组方程中，要求出四个未知的变量，即x1、x2、x3和x4，可以采用迭代法，由计算机求出方程组的最小二乘法最优解。这种方法最大的优点是波速不取固定数而由计算得出。要取得比较准确的结果，探头数不能太少，一般要取20个左右。

（2）、作图法 根据测量探头的位置和放电信号到达各探头的时延的差别，用作图的方法来确定放电的位置，由于测试的方法不同，作图法又可分为好几种，这里列举两种主要的。

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一种是用两个探关头同时接收超声波信号，移动其中的一个探头，使超声波信号同时到

达两个探头，假定超声波传播到这两个探头的速度也相等，则可以判断放电点发生在通过两个探头连线的中点，并与连线垂直的平面上。如图1-31所示，将一探头固定在位置①，移动另一部探头到位置②时，两个探头接收到的超声波信号延相等，则放电可能在ABCD平面上，因为在这个平面上的任何一点，到①、②两点的距离都是相等的；然后，将探头移到位置③、④，若接收到的超声波信号时延相等，则放电发生在EFGH面上，但放电点是同一个，它同时存在于这两个面上，说明它只可能发生在这两个面的相交线上，最后，再把探头放在BC线上的位置⑤、⑥，同样可以测得放电发生在IJKL面上，于是最后可以确定这三个面的交点P就是放电的位置。

如果超声波从P点传播到m点的等效速度v是已知的，则只要测出传播到m点的时延

tm,就可以计算出P点位置，而不必在⑤、⑥两点进行测量

mPvtm

或者测得出超声波传播到m点和n点的时延差值Δt，也可按下式计算出

mpv2t2 （1-29） mP2ct2

图1-31变压器超声波定位示意图 图1-32用多探头超声波定位示意图

另一种方法是用多探头做V形图。在变压器的一侧，沿着两条相互垂直的x轴、y轴上

安放若干个探头，每个探头测得的超声波信号时延为t，再以x轴为水平轴，t轴为其垂直轴，可画一条V形曲线，如图1-32所示。若超声波从放电源传播到各探头的速度都相同，则V形曲线的最低点xp,即放电距离x轴的最近点，放电必发生在通过该点与x轴垂直的平

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面上。同样的方法可以测得并画出对应于y轴的V形曲线，由此亦可找到通过最近点yp，并与y轴垂直的平面，于是放电点要同时发生在这两个平面上，则只可能落在两个平面的相交线mn上。现假设放电发生在p点上，超声波从p点传播到xp和yp的速度为v，对应的时延为txp和typ，则可分别在两个平面上各做直角三角形mpyp和mpxp，其中ypm=xp，ypp=vtyp ，mxp=yp ，pxp=vtxp，于是

mp2(vtyp)2xp(vtxp)2yp

222所以 vxpyptyptxp2222

xp2yp22tx2 （1-30） mp2ptt2ypypxp式（1-30）包含的几何位置及时延都可以测出，无需知道超声波的传播速度，但必须满足传到各探头的速度是相同的。

除了上述定位方法之外，还可以根据局部放电的脉冲波所含各谐波分量在测量端的响应

与放电发生的位置有关，通过谐波分析，把测量结果与按变压器线圈物理参数计算出各放电点所产生的谐波响应相比较，从而判断放电位置。也可以根据超声波通过不同媒质时，各频率分量产生的衰减不同，频率愈高衰减愈多，因此在测量端测得的超声波频谱与放电的位置有关。直接在油中的尖端放电，如套管接头、引线等部位放电频谱中的中心频率较高，在150kHz左右；绝缘套筒上的表面放电中心频率较低一些，约在80kHz左右；而深埋在绝缘线圈内部的放电中心频率约在60 kHz左右。由此可见，频谱分析能为定位提供有用的信息。 4.2.长电缆局部放电定位技术

图1-33电缆行波法定位图

a)电缆局部放电位置 b)放电脉冲时间间隔

在长电缆中发生局部放电时，可以用行波法来测定放电的位置。在放电点出现的放电脉冲波向电缆的两端传播，设放电点与测量端的距离为x，电缆的总长为L，如图1-33a所示，放电脉冲波经传播x距离后，直接到达测量端M，比放电脉冲波经电缆的另一端反射过来的

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到达测量端的时间早t（见图1-33b），则

vt1L(Lx)x2L2x

所以

x2Lvt1 (1-31) 2式中 v-----放电脉冲波在电缆中的传播速度(m/s)

v3108r

式中 r----传播媒质的相对介电常数。

对于聚乙烯电缆，v1.710m/s。如果传播的速度未知，可以在显示屏上仔细观察

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第三个脉冲出现的时间t2，这个脉冲是第一个脉冲由测量端反射到另一端，再由另一端反射回来，因此是经历了望2L的距离，所以

v2L t2代入式（1-31）可得

xt2t1t2L(11)L() （1-32） 2t2t2于是只要测得t1、t2的及电缆的长度，不需知道传播的速度v，就可以计算出放电点的位置x。

4.3.电机局部放电的定位技术

在整台电机中，要找出是在哪一个槽中发生放电，可以用一根探针伸入通风槽，电机中槽放电的信号会被探针接收，经选频调谐放大后，在示波器上可以观察到。移动探针的位置，当示波器上观察到的信号最大时，探针对应的位置就是放电位置。

也可以用绕有线圈的马蹄形铁心，紧贴在电机的槽口上移动，当接收到的信号最大时，铁心所在的位置即放电的位置。

为了更有效地抑制干扰和提高测试精度，可用两个电磁探头，分别置放于电机定子槽的

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两端，两个探头的线圈串联后经高频变压器与局部放电检测仪相接进行测量见图1-34。当放置电磁探头的槽内线棒有局部放电或槽放电时，脉冲由放电点向两端扩散，于是在两电磁探头上产生相位差不多的振荡信号，而使信号叠加增强，从而提高了灵敏度。当其他槽放电时，放电脉冲通过两个电磁探头，感应出相位几乎相差180°的两个信号，于是它们相互抵消或削弱，从而达到了抑制邻槽的干扰，使测量真实准确。

1-34电机局部放电测试装置

1- 槽楔 2-半导体防晕层 3-传感器铁心 4-传感器线圈

5-高频交压器 6-局部放电指示器

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第五节 抗干扰技术

由于局部放电的信号非常弱小，频谱又很宽，在测量时往往遇到外来的干扰比被测的信号还要大。特别是在工厂或变电站中做局部放电试验时，抗干扰成为一个很难解决的问题。因此，识别各种干扰的来源，采用相应的措施来抑制干扰，提高信噪比，就成为局部放电测试技术中很主要的组成部分。 5.1.识别干扰源

除了测试装置的背景噪声之外，干扰的来源可以归纳为以下三个方面。

（1）来自空间的干扰 空间传播的无线电信号，试验场地附近出现的各种火花放电如汽车的火花塞放电、电焊以及高压设备的放电等，都可以通过测试回路中的分布电容和电感耦合到检测阻抗上来。

（2）来自电源的干扰 电网中的各种高次谐波、过电压脉冲、可控硅动作、高压设备放电、高压冲击和击穿试验等，都会在测试回路的50Hz电源上叠加各种干扰脉冲。

（3）在试验回路中试样之外的放电 在测试回路中，除了试样中的放电之外，其他所有的放电都归为干扰，如高压引线的电晕，接触不良引起的放电，高压试验变压器、耦合电容器以及高压滤波器等高压设备的放电等；还有在试验回路的高场强区内，不接地的金属物可能出现的浮动电位体的感应放电等。

可以通过以下三个步骤来检查干扰源：

（1）检查仪器本身的干扰。将仪器的输入端短路，使仪器处于工作状态，并将其灵敏度调到试验时所需的程度。这时，仪器的背景噪声应不大于待测的最小放电读数的一半，这时若有脉冲出现，只可能是仪器中某部件不好或接触不良，或者是仪器电源没有隔离好，从电源传来的脉冲。

（2）将测量仪器和测试回路连接好，接线布置与测试时相同，但不接电源，将测量仪器调节到工作时的灵敏度。若这时出现新的干扰（除了仪器本身的干扰之外），就是来自空间的干扰。

（3）接上电源，稍加一点电压，这时出现新的干扰，是电源来的干扰。若电压升高到试验电压时又出现新的干扰，这干扰除了电源来的之外，还可能是测试回路中各部件出现放电，也可能是接触不良放电或浮动电位体的感应放电等。

若要判断是哪一部件的放电，可接上一个不放电的试样，取掉高压滤波器，如果这时放电没了，就说明是滤波器的放电；若放电变大了，说明是变压器的放电；若变化不大，说明是耦合电容器的放电。

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此外，还可以通过示波器上观察到的放电图形，来识别不同的干扰，例如：导线或高压端头上出现的电晕，如图1-35所示，通常放电脉冲首先出现在外加电压的负半周峰值附近，等高度、等距离，相当整齐，当电压很高时，也会在正半周峰值附近出现幅值更大，但次数较少的脉冲。接触不良的放电图形如图1-35a所示，放电脉冲出现在零相位附近，随电压升高出现放电的相位加宽；有时在电压足够高而且放电时间较长时，放电会自行消失，这可能是接触不良的触电，被放电火花熔接起来了。

感应放电如图1-35b所示，放电脉冲首先出现在正负半周峰值附近，几乎是等间隔，但高度不等。随外加电压升高，放电的相位向零相位扩展。图中虚线所示试验说明：若浮动电位物体有尖端，它所处的电场又不均匀，则放电的图形与尖端所处的电场有关，放电的图形是不对称的，并不完全和图1-35b相同。

无线电干扰的 图形如图1-35c所示，在整个周期内出现高频震荡脉冲，有时还出现音频的包络线，它与外加电压的大小无关。

可控硅元件工作时会发出固定相位的周期性的脉冲，在示波器上可以看到如图1-35d所示的图形。单个脉冲幅值较大，可能只有一个（单相），也可能有两个、三个（三相）等等，它们之间出现的相位间隔是均等的。

找出干扰的来源和类型，便可采用相应措施来抑制干扰。

a)接触不良 b)感应

c)无线电 d)可控硅

图1-35几种干扰图形

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5.2.屏蔽和接地

用导电、导磁性能良好的金属体，把试验区的空间屏蔽起来，使静电场、电磁场进入这个空间时会发生很大的衰减，衰减的程度A（单位为db）与屏蔽层的厚度t(mm)、屏蔽材料的电导率、磁导率以及被屏蔽的电磁场频率f有关。

A=3.33tfgm?10-3 (1-33)

式中 ——屏蔽材料与铜的电导率之比；

——屏蔽材料与空气磁导率之比。

一般采用一层约2mm厚的钢板做成六面体，围成一个屏蔽室，若采用双层屏蔽，即一层铜网一层钢板，效果更好。屏蔽室的门、窗、通风口以及引线端等都要设计好，才能保证屏蔽效果。良好的屏蔽室可以使100kHz左右的电磁干扰衰减60dB以上。

用隔离变压器把电源的地线与测试回路的地线分开。为了消除变压器中一次绕组与二次绕组之间的分布电容对于干扰电压的耦合作用，在低压绕组边加一个屏蔽层，把它与电源的地线连接，高压绕组边加一屏蔽层，把它与测试回路的接地点连接，这样可以减小电源端引入的干扰。

当屏蔽层不能接地时，可用驱动屏蔽，如图1-36所示。图中，运算放大器组成1：1的电压跟随器，使屏蔽层B的电位始终与导体A的电位保持相等，这样即使A、B间有电容C2存在，但也不起作用，于是外来的干扰En。就不会进入屏蔽层内。

图1-36 驱动屏蔽示意图 图1-37 多点电位差示意图

屏蔽必须要有良好的接地，接地电阻要小（通常要求小于1Ω），而且要和测试回路的接地点连接在一起构成单点接地。由于大地的各点电位不同，若是多点接地，则接地点之间的电位差，就会形成干扰源。如图1-37所示，A点为检测回路的接地点，B点为放大器的接地点，C点为引线屏蔽层的接地点，则A、B、C三点的电位V1、V2、V3就会通过检测阻抗ZD接线的分布电容C1，直接耦合到放大器输入端。将A、B、C三点连接在一起，一点接地，就可以消除V1、V2和V3，所以单点接地是很重要的。

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5.3.滤波

根据放电信号的频率与干扰的频率不同，用不同的滤波器将干扰分量滤掉，保留放电的信号。

5.3.1.低通滤波

在试验变压器的低压端接入电感L与电容C组成的Ⅱ型低通滤波器，如图1-38a所示，截止频率fc可选5kHz，L、C参数值可按下式估算对于低压低通滤波器，C可选大些，如16μF，电感就可做得小些。低通滤波器可以有效地把从电源近来的高频干扰滤掉，净化50Hz的共频电源。

fc=1 pLC (1-34)

在试验变压器的高压端接入T型LC低通滤波器，如图1-38b所示。因为电压高，试验变压器的容量小，电容C不能取大，一般取nF或更小。高压滤波器还可以阻塞试品局部放电的信号，使之不会通过变压器的入口电容旁路而全部通过检测阻抗被采集，这可提高测试的灵敏度。

图1-38低通滤波器

a) 低通Ⅱ型滤波器 b)高压T型滤波器

5.3.2.带通滤波

一般绝缘系统中气隙放电的频谱，含量最丰富的频率分量为几十kHz到几MHz。为了不受无线电广播的干扰，一般测量仪器都采用20～400kHz带通滤波，整个测试的频率响应都要与此频带一致。

5.3.3.数字滤波

近代数字滤波技术发展很快，在数据处理中应用效果显著，目前在局部放电测量中采用的有多种数字滤波器，现举两例：

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5.3.3.1.匹配滤波器

先把放电脉冲和干扰脉冲（时域函数）分别变换成为各自的频谱（频域函数），再选取其中某些频域段，在这些频域中放电的分量比干扰的大得多。之后，把这些频域再转换为时域，新得到的脉冲信号就可以比较符合实际的放电脉冲。

5.3.3.2.自适应滤波器

放电脉冲的频谱与干扰脉冲的频谱不同，取其中为已知的一种作为参数输入，经过自适应运算，可把淹没在杂乱干扰脉冲群中的放电信号抽取出来。采用递推的最小二乘自适应算法（RLS）有较好的效果。 5.4.差动补偿法

设计各种补偿电路可使干扰相互抵消。前面叙述的平衡法测试回路，就是补偿电路的一种，它可以使从高压源来的干扰，在电桥的对角线两端的输出中相互抵消。但外来的干扰往往是脉冲波，它含有很多频率分量。交流电桥通常只能对一种频率分量调到平衡，而其他分量还是不能相互补偿。只有当试样和耦合电容器的介质损耗因数相等时，电桥的平衡条件才与频率无关，这时才能得到最佳的补偿。

图1-39补偿法检测局部放电的线路图

图1-39是差动补偿法的测试原理图，试品Cx的放电信号及外来干扰通过耦合电容器Ck

和检测阻抗Z回路，由Z两端送入调幅（放大）移相单元F。另一支路专门采集干扰，干扰信号经耦合电容Ck’，由采样阻抗Z’输入另一个调幅移相器F’。两个经调幅移相的信号一齐送入差动放大器A，最后由检测仪器。处理、显示记录。测量时，先对试品施加很低的电压，这时试品不会放电，外来的干扰可以通过调节两路干扰的幅值和相位，使之相同，这时查放大的输出最小，之后就可升高电压进行测量。这种补偿方法对于窄频带的干扰有较明显的抑制作用。 5.5.特征识别

根据放电信号与干扰的不同特征来分离放电信号与干扰。如前面已述的从示波器上观察到的放电图形来识别干扰，并在试品测量之前予以排除。除此之外，常用的还有开窗口和脉冲极性鉴别等。

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5.5.1.开窗口

对于出现在固定相位上的干扰，通过电子线路设计或计算机软件设计，可以将出现干扰脉冲的相位开“窗口”，去除这个相位上的干扰脉冲。这个窗口的宽度和相位是可以改变的，因此只要干扰脉冲出现的相位是固定的，则可将此干扰去除，当然同时出现在该窗口内的放电脉冲也被去除，只能测得在此窗口之外的放电信号。

5.5.2脉冲极性鉴别系统

图1-40脉冲鉴别系统图

如图1-40所示，当从高压端来的干扰脉冲电流，经过Z1和Z2，在A、B两点出现相同极性的电位变化。但若试样放电，则放电电流是在Cx、Ck、Z1、Z2闭合回路中流通的，所以A、B两点的电位变化，通过逻辑电路或计算机识别软件就可剔除从高压引线引进的干扰。 5.6.统计处理和相关分析

有些干扰脉冲是随机出现的，局部放电脉冲是比较有规则地出现在某相位上，因此取很多周期内相同相位的脉冲的算术平均值，则可以提高信噪比N倍（N为测量的总周期数）。

近代采用相关分析技术，可以把相关信息与不相关信息区别开来，如电缆的局部放电定位测量中，直射波和反射波之间的时延是确定的，也就是说这两者是相关的，而外来的干扰是不相关的，通过相关分处理后，就能把放电信息与干扰区别开来。又如对放电谱图进行模式识别也能把干扰区别开来。

综合采取上述各种抗干扰的方法，在试验室的条件下可以做到满足产品的试验要求，但在现场测量中，干扰问题至尽仍没有得到满意的解决。

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第六节 测试结果的分析和评定

局部放电对电工设备肯定是有害的，但对于高电压设备，要完全消除局部放电是不现实，也是不经济的。只能把局部放电在一定水平之内，以保证产品能达到设计的寿命。另外，局部放电是与绝缘缺陷和绝缘老化密切相关的，可以通过局部放电的各种特征来判断绝缘缺陷类型和绝缘老化程度。由于局部放电是很复杂的物理现象，采用什么表征参数及如何来评定测试结果，是多年来人们不断在研究的课题，从基本放电表征参数到各种放电指纹，从直观的参数对比到各种统计识别方法，各种评定方法已有很大发展。 6.1.用基本表征参数来评定

6.1.1.放电量（稳定、最大的视在放电电荷）

目前许多产品的局部放电的试验标准中，几乎都是以放电量的大小作为评定局部放电性能的标准。各类产品根据运行经验和制造的技术水平，都相应的规定了允许的放电量水平。

一般认为，绝缘的破坏决定于最大的一个缺陷，只要在这一点发生击穿，则整个绝缘系统也就破坏了。最大的视在放电电荷对应于最大的缺陷，因此，用放电量来评定功能局部放电对绝缘的危害是合适的，在实践中也常观察到放电量大的绝缘系统破坏得快。但值得注意的是有些电气设备在运行中测得的放电量虽大，但寿命却比放电量小的还长。在人工加速电老化试验中，也会观察到放电量大的试品，寿命不一定都比放电量小的短，出现这种现象的原因可能有以下几点：

（1）局部放电对绝缘的 破坏是与实际放电电荷直接有关，而测得的只是视在放电电荷，并不是实际的放电电荷。

（2）在许多情况下放电量是瞬时变化的，在测量的瞬间测得的放电量，不一定能代表测量前后长时间的放电量。

（3）放电量只反映放电电荷，不能反映放电次数及放电能量。有人认为放电量虽小一些，但放电次数很多，或放电能量很大时，绝缘也会很快受破坏。

有些试验表明，放电量的某种统计量于绝缘的电老化寿命有更密切的关系。如聚丙烯全膜电容器的电老化试验表明：单位时间内放电量的总合SQ与寿命几乎成反比。环氧浇注材料人工气隙电老化试验中，发现在接近寿命终了时，单位时间内放电量的总合增长得很快，因此Q的增长率可以预示寿命终了。

6.1.2.放电能量或放电功率

局部放电造成绝缘破坏的过程，不论是发生哪一种物理效应和化学反应，总是伴随着能

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量的交换过程。局部放电的能量大，就意味着交换的能量多，材料破坏得快。因此，放电能量或功率与电老化寿命有密切关系。另外，从放电功率的定义（式（1-10））也可以看出，它包含有更多的表征局部放电的信息，除了视在放电电荷之外，还有放电次数和放电时外加电压的瞬时值，因此，测量放电功率这一参数可能是很有意义的。

图1-41是油纸绝缘和变压器油在电老化过程测得的放电能量与分解出的气体的总量之间的关系。分解出的气体的总量以mol表示，它可以表征油纸绝缘的老化程度。由图中直线可以看出老化程度与放电能量有线性关系，而且密封油的质量比再生油好。在同样的放电能量下，再生油的老化比密封油严重。

图1-41绝缘油中放电能量与老化的关系

6.1.3.放电平均相位和起始电压

当局部放电变得剧烈时，往往可以观察到在试验电压上出现放电的相位变宽了，而且是向电压过零相位发展。因此，出现局部放电的相位中心值变小是意味着放电更为剧烈。用聚乙烯材料在三种情况下进行试验，I是未经老化；II是在90℃下老化72h；III是在135℃下老化672h。对应这三种情况下，测得的放电相位中心分别是I,II,III。试验结果明显I>II>III。同时测得相应的起始放电电压是UiI>UiII>UiIII。这可能是聚乙烯老化之后分解出的低分子气体，使得局部放电变得更为剧烈。

6.2.用放电指纹来评定

近年来，采用微机辅助的局部放电多功能测试系统，可以快速地采集在一定测量时间内，各次放电的放电量，放电时对应的外加电压的瞬时值及相位。经过统计处理就可以得出各种分布图谱，这些分布图谱更能表征局部放电的概貌。各种图谱的形状可以用几个统计算子（图

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谱的表征参数）来描述，并由若干个统计算子组成放电指纹。不同的绝缘缺陷和老化程度，对应不同的放电指纹。

6.2.1.放电图谱 6.2.1.1.N-q图谱

将测得的视在放电电荷q按大小排列，并取等区间为x轴，统计出各区间内的放电次数为y轴，做出分布图谱（直方图），即为N-q图谱，如图1-42a所示。

6.2.1.2.N-ф图谱

将一周期的试验电压按相位依次分为若干等区间（一般为200～400个等区间， 每一区间为1.8º-0.9º）作为x轴。统计出各区间内出现放电的次数为y轴，做出直方图即为N-ф图谱，如图1-42b所示。

6.2.1.3.q-ф图谱

将试验电压一周期的相位分为若干等区间作为x轴。再取不同周期中同一相位区间内的视在放电电荷的平均值q（如第i个相位区间фi内有m次放电，则此相位中对应的平均放电电荷qq1mi/m）作为y轴，这个直方图即为q-ф图谱，如图1-42c所示。

此外还可以由其他表征参数组成的各种图谱。 （一） 统计算子

为了描述各图谱的特点，采用各种统计算子作为图谱的特征参数。 1.相位中值

描述q-ф或N-ф图谱中放电出现所在的相位中值

xiPi （1-35）

式中xi——第i个相位窗口；

Pi——出现xi的概率。

2. 不对称度Q

描述q-ф或N-ф图谱中正负半周放电的对称程度

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qs/N （1-36） Qqs/N式中qs、qs——分别为外加电压负、正半周放电量的总和；

N、N——分别为负、正半周放电次数。

图1-42放电图谱图

a) N-q谱图 b) N-ф谱图 c) q-ф谱图

3.偏斜度SK

描述各种放电图谱的包络线形状

(xSKiu)3Pi3 （1-37）

式中xi、Pi、u——与式（1-36）相同；

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——标准偏差

(xiu)2Pi

此外，还有很多统计算子，如突出度Ku、互相关因子CC、相位宽度W、峰值个数P等等。它们都有特定的计算式。

（二） 放电指纹

对于一定的绝缘缺陷（放电源）或绝缘老化，在一定的试验条件下，会有相应的放电图谱，因而可以找出几个能区别于其他绝缘缺陷或老化程度的统计参数，组成放电指纹。对于一种产品，通常都会有几种经常出现的绝缘缺陷，如高压塑料电力电缆，经常会出现绝缘层中有气隙、半导体会突出或脱裂、电缆端部放电等。对于这些典型的绝缘缺陷，进行重复多次的测试，并通过统计处理，可以得出几个有效的统计算子，组成一个对应于一定绝缘缺陷的放电指纹。对于不同的绝缘缺陷，可以测得不同的典型放电指纹，并由这些典型的放电指纹组成指纹库。

（三） 识别方法

由于局部放电本身是随机性的，同一种绝缘缺陷重复测得的统计算子的数值有较大的分散性，不完全相同。因此，从试品测得的放电指纹与指纹库中典型放电指纹对比来识别绝缘缺陷的类型时，就要采用合适的统计识别方法。现在已试用的有：概率分类法（置信区间）、距离分类法（马氏距离）、神经网络、模糊识别、专家系统等等。在什么条件下采用哪种识别方法，还有待深入研究。识别结果只是可能性最大的结果，即属于该种类型放电的概率最大，如果与其他放电类型出现的概率有明显的差异，则可认为就是该类型的放电。

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二、局部放电测量试验线路的选择

引用标准：

 DL417-91《电力设备局部放电现场测量导则》  GB73-2003《局部放电测量》  GB 1207-1997《电压互感器》  GB 1208-1997《电流互感器》  GB 5583-85 《互感器局部放电测量》

局部放电测量回路的连接方法，应依照以上标准进行。对电压互感器、电流互感器、变压器、套管等电力设备的局部放电测量回路连接方法简述如下。

1.电压互感器

电压互感器的试验方法可归结为两大类，即在被试品高压侧和低压侧加压 1.1.高压侧加压

国标《GB 1207-1997电压互感器》上推荐的电压互感器试验电路有三种方法，如图：

T—试验变压器；Ck为耦合电容器；Zm为检测阻抗；Z为电源滤波（也可位于低压侧）

图1 检测阻抗和电压互感器串接

图2

检测阻抗和耦合电容器Ck串接

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图3

平衡回路

相对相电压互感器的局部放电试验线路应与相对地电压互感器一样(见图2),但应向两个高压端子轮流施加电压，共进行两次试验。当一个高压端子加压时，另一个高压端子应接到低压端子上。 1.2.低压侧加压

在《DL417-91电力设备局部放电现场测量导则》中规定： 现场试验原则上应按上述标准与规定进行。但若受变电所现场客观条件的，认为必须要对运行中的互感器进行局部放电时，又无适当的电源设备，则试验电压可用二次绕组自励磁产生：

图4 无耦合电容器Ck试验接线

A: 检测阻抗和电压互感器串接，以杂散电容Cs取代耦合电容器Ck，其试验接线如图4所示。外壳可并接在X处，也可直接接地。

B： 检测阻抗和耦合电容器Ck串接，其试验接线如图5所示。外壳可直接接地。 C： 当干扰影响测量时，可采用邻近相的互感器或性能相近的互感器连接成平衡回路的接线，如图6所示，被试互感器励磁，非被试互感器不励磁，以降低干扰。此时采用脉冲鉴别系统测试效果更佳。

图5 接有耦合电容器Ck的试验接线

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图6 抑制干扰的平衡回路接线

2.电流互感器

电流互感器局部放电试验，试验电压由外施电源产生，一般有三种检测方法：

a: 检测阻抗和互感器串接，以杂散电容Cs取代耦合电容器Ck，其试验接线如图7所示。试验变压器一般按需要选用单级变压器串接(例如单级电压为60kV的3台变压器串接)，其内部放电量应小于规定的允许水平。互感器若有铁芯C端子引出，则并接在B处。电容式互感器的末屏端子也并接在B处。外壳最好接B，也可直接接地。

b: 当干扰影响测量时，可采用邻近相的互感器或性能相近的互感器连接成平衡回路的接线，如图8所示，被试互感器施加高压，非被试互感器不施加高压，以降低干扰。此时采用脉冲鉴别系统测试效果更佳。

c: 检测阻抗和耦合电容器Ck串接，其试验接线如图8所示。外壳可直接接地。

图7 电流互感器试验接线

T—试验变压器；Ck为耦合电容器；Zm为检测阻抗；Z为电源滤波（也可位于低压侧）

图8 抑制干扰的平衡法接线

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图9 接有耦合电容器Ck的试验接线

3.套管

变压器或电抗器套管局部放电试验时，其下部必须浸入一合适的油筒内，注入筒内的油应符合油质试验的有关标准，并静止48h后才能进行试验。试验时以杂散电容Cs取代耦合电容器Cs，试验接线如图10所示。

图10 变压器套管试验接线

Cb—套管电容；L—电容末屏

套管局部放电的试验电压，由试验变压器外施产生，可选用电流互感器试验时的试验变压器。

穿墙或其它形式的套管的试验不需放入油筒，其试验接线见图10。 4.耦合电容器(或电容式电压互感器)

耦合电容器的试验接线与套管相同，见图10，有电容末屏端子的，可利用该端子与下法兰之间，串接测量阻抗Zm，下法兰直接接地。若无电容末屏端子引出的，则需将试品对地绝缘，然后在下法兰对地之间串接测量阻抗Zm。 5.变压器

变压器试验电源一般采用50Hz的倍频或其它合适的频率。三相变压器可三相励磁，也可单相励磁。 变压器局部放电试验的基本原理接线，如图11所示：

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(a)单相励磁基本原理接线

(b)三相励磁基本原理接线

(c)在套管抽头测量和校准接线

图11 变压器局部放电试验的基本原理接线

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三、电力设备局部放电量允许水平的标准摘录

《DL/T596-1996电力设备预防性试验规程》

规定的局放试验标准

环境要求：

进行绝缘试验时，被试品温度不应低于+5℃，户外试验应在良好的天气进行，且空气相对湿度一般不高于80%。

 电流互感器的试验项目、周期和要求

1)1～3年(20～35kV固局部放电测量 体绝缘互感器) 2)大修后 3)必要时 1) 固体绝缘互感器在电压为1.1Um/3时，放电量不大于100pC，在电压为1.1Um时(必要时)，放电量不大于500pC 2)110kV及以上油浸式互感器，在电压为1.1Um/3时，放电量不大于20pC 试验按GB5583进行  电磁式电压互感器的试验项目、周期和要求

1)投运前 2)1～3年局部放 电测量 (20～35kV固体绝缘互感器) 3)大修后 4)必要时 1)固体绝缘相对地电压互感器在电压为1.1Um/3时，放电量不大于100pC，在电压为1.1Um时(必要时)，放电量不大 1)试验按GB5583进行 2)出厂时有试验报告于500pC。固体绝缘相对相电压互感器，者，投运前可不进行试在电压为1.1Um时，放电量不大于100pC 验或只进行抽查试验 2)110kV及以上油浸式电压互感器，在电压为1.1Um/3时，放电量不大于20pC  电力变压器及电抗器的试验项目、周期和要求 局部放电测量 1)大修后(220kV及以上) 2)更换绕组后(220kV及以上、120MVA及以上) 3)必要时 1)在线端电压为1.5Um/3 1)试验方法符合GB1094.3的规定 时，放电量一般不大于500pC； 2)周期中“大修后”系指消缺在线端电压为1.3Um/3时，放性大修后，一般性大修后的试验可自行规定 电量一般不大于300pC 3)电抗器可进行运行电压下局 2)干式变压器按GB50规定部放电监测 执行 杭州西湖电子研究所

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 套管的试验项目、周期和要求

1.1)变压器及电抗器套管的试验电压为1.5Um/3 大修2)其它套管的试验电压为1.05Um/3 后 3)在试验电压下局部放电值(pC)不大于： 2. 油纸电容型 胶纸电容型 必大修后 10 250(100) 要运行中 20 自行规定 时 1)垂直安装的套管，水平存放1年以上投运前，宜进行本项目试验 66kV及以上电容型套管的局部放电测量 2)括号内的局部放电值适用于非变压器、电抗器的套管  耦合电容器和电容式电压互感器的电容分压器的试验项目、周期和要求

预加电压0.8×1.3Um，持续时间不小局部放电试验 必要时 于10s，然后在测量电压1.1Um/3下保持1min，局部放电量一般不大于10pC

电容器的局部放电试验仅在其他试验项目判断电容器绝缘有疑问时进行。放电量超过规定时，应综合判断。局部放电量无明显增长时一般仍可用，但应加强监视。

如受试验设备，预加电压可以适当降低 杭州西湖电子研究所

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《山东电力设备预防性试验规程》规定的局放试验标准

 电流互感器的试验项目、周期和要求

1) 固体绝缘互感器在电压为1.1Um/3时，放电量不大于局部放电测量(35kV及以上) 1)交接时 2)大修后 3)必要时 100pC，在电压为1.1Um时(必要时)，放电量不大于500pC 2)110kV及以上油浸式互感器在电压为1.1Um/3时，放电量不大于20pC 3）SF6电流互感器交接时，在老炼试验和工频耐压试验后，应进行局部放电试验：1.2Um/√3时，放电量不大于10pC

 电磁式电压互感器的试验项目、周期和要求

1)固体绝缘相对地电压互感器在电压为1.1Um/3时，放电量不大于100pC，在电压为1.1Um时(必要时)，放电量不大于500pC。固体绝缘相对相电压互感器，在电压为1.1Um时，放电量不大于100pC 2) 油浸式相对地电压互感器在电压为1.1Um/3 时，放电量不局部放 电测量 1) 交接时 2) 大修后 3) 必要时 大于20pC；油浸式相对相电压互感器在电压为1.1Um 时，放电量不大于20pC

 电力变压器及电抗器的试验项目、周期和要求 局部放电试验(220kV 及以上电压等级和容量120 MVA及以上) 1)在线端电压为1.5Um/3时，放1)交接时 2) 大修更换绝缘部件或部分线圈后 3)必要时 电量一般不宜大于500pC；在线端电压为1.3Um/3时，放电量一般不宜大于300pC 2) 新安装的变压器交接试验中，要求加于匝间和主绝缘的试验电压为1.5Um/3 1）110kV 电压等级的新安装变压器，可比照执行 2）运行中的变压器油色谱异常，怀疑存在放电性故障时，可进行局部放电试验

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 套管的试验项目、周期和要求

1)对保存期超过1 年的1)交接时 110kV 及以上套管，安2)大修后 装前应进行局部放电试2)其它套管的试验电压为1.05Um/3 3)变压器验 3)在试验电压下局部放电值(pC)不大于： 套管解体2)括号内的局部放电量 油纸电容型 胶纸电容型 检修后 适用于非变压器、电抗交接时、4)必要时 器的套管 10 250(100) 大修后 3)有条件时进行 运行中 20 自行规定 1.5Um/3 1)变压器及电抗器套管的试验电压为110kV及以上电容套管的局部放电测量

 耦合电容器和电容式电压互感器的电容分压器的试验项目、周期和要求

预加电压0.8×1.3Um，持续时间不小于局部放电试验 交接时、必要时 10s，然后在测量电压1.1Um/3下保持1min，局部放电量一般不大于10pC

局部放电试验可在其它试验项目判断电容器绝缘有疑问时进行。放电量超过规定时，应综合判断。局部放电量无明显增长时一般仍可用，但应加强监视

有条件时进行 杭州西湖电子研究所

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《DL 417—91电力设备局部放电现场测量导则》

规定的电力设备局部放电水平

6 电力设备的局部放电试验

6.1 电力设备局部放电试验前对试品的要求

a.本试验在所有高压绝缘试验之后进行，必要时可在耐压试验前后各进行一次，以资比较。

b.试品的表面应清洁干燥，试品在试验前不应受机械、热的作用。

c.油浸绝缘的试品经长途运输颠簸或注油工序之后通常应静止48h后，能进行试验。 d.测定回路的背景噪声水平。背景噪声水平应低于试品允许放电量的50%，当试品允许放电量较低(如小于10pC)时，则背景噪声水平可以允许到试品允许放电量的100%。现场试验时，如以上条件达不到，可以允许有较大干扰，但不得影响测量读数。 6.2 变压器局部放电试验 6.2.1 试验及标准

国家标准GB1094-85《电力变压器》中规定的变压器局部放电试验的加压时间步骤，如图5所示。其试验步骤为：首先试验电压升到U2下进行测量，保持5min；然后试验电压升到U1，保持5s；最后电压降到U2下再进行测量，保持30min。U1、U2的电压值规定及允许的放电量为

U13Um3Um U215.Um3

电压下允许放电量Q＜500pC，或

U213.Um电压下允许放电量Q＜300pC

3

式中 Um——设备最高工作电压。

试验前，记录所有测量电路上的背景噪声水平，其值应低于规定的视在放电量的50%。 测量应在所有分级绝缘绕组的线端进行。对于自耦连接的一对较高电压、较低电压绕组的线端，也应同时测量，并分别用校准方波进行校准。

在电压升至U2及由U2再下降的过程中，应记下起始、熄灭放电电压。

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图5 变压器局部放电试验的加压时间及步骤

6.3 互感器的局部放电试验 6.3.2 试验及标准

国家标准GB5583—85《互感器局部放电测量》关于仪用互感器局部放电允许水平，见表2。

为防止励磁电流过大，电压互感器试验的预加电压，可采用150Hz或其它合适的频率作为试验电源。

试验应在不大于1/3测量电压下接通电源，然后按表2规定进行测量，最后降到

1/3测量电压下，方能切除电源。

放电量的读取，以相对稳定的最高重复脉冲为准，偶尔发生的较高脉冲可以忽略，但应作好记录备查。

表2 仪用互感器局部放电允许水平

接地形式 互感器形式 电流互感器 和相对地 电压互感器 相对相电压互感器 电流互感器 和相对地电 压互感器 相对相电压 互感器 预加电压 ＞10s 测量电压 ＞1min 1.1Um 1.3Um 1)绝缘形式 液体浸渍 固 体 电网中性点 绝缘或经消 弧线圈接地 1.1Um/3 液体浸渍 1.3Um 1.1Um 固 体 液体浸渍 固 体 液体浸渍 固 体 液体浸渍 固 体 允许局部放电水平(pC) 视放电量 100 250 10 50 10 50 10 50 10 50 电 网 中性点有效 接 地 0.8×1.3Um 1.1Um/3 1.3Um 1.1Um 注：1)只在制造厂与买主间协商后，才能施加这些电压。

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表5 有关电力设备局部放电量的允许水平

预加电压 电压(kV) 时间 s 试 验 电 压 电压 kV (1) 220kV变压1)器 外施、自激 见备注 见备注 时间 min 允许放电量pC 交接 运行 中 设备名称 高压施加方式 标准的 4)来源 备 注 1.5Um/3(2) 1.3Um/3 30 (1)500 (2)300 - 国家标准 预加电压要求是：在1.5Um/3电压下，GB1094.1—85《电力变压器》 5min；升压至Um，5s；降到1.5Um/3，30min (1)背景噪声允许水平为20pC(现场测量) (2)中性点有效搠地系统 (3)中性点非有效搠地系统详见 GB5583-85 (1)背景噪声允许水平为20pC(现场测量) (2)中性点有效搠地系统 (3)中性点非有效搠地系统详见 GB5583-85 110kV及以下油浸纸电2)流互感器 110kV及以上油浸纸电2)压互感器 外施 0.8×1.3Um 0.8×1.3 10 1.1Um/3 ＞1 10 20 外施、自激 10 1.3Um/3 (1)＞1 10 20 国家标准GB5583-85《互感器局部放电测量》 油浸纸套 绝缘 管 气体绝缘 耦合电容器 固体绝缘互感器 外施 - - 1.05Un2/3 (2)1.5Un/3 - 10 20 外施 - 0.8×1.3Um - 1.05Un/3 - 10 20 国家标准GB4109-83《交流电压高于1000V的套管通用技术条件》 国家标准GB4705-84《耦合电容器及电容分压器》 GB5583-85 (1)背景噪声允许水平为20pC(现场测量) (2)1.5Un/3的试验电压仅适应于变压器、电抗器套管 外施 10 1.1Um/3 ＞1 30 30 外施、 自励 1.1Um/3 ＞1 (1)250 (2)250 (1)300 (2)120 (1)中性点有效接地系统 (2)中性点非有效接地系统详见GB5583-85 局部放电测量技术资料汇编

注：

1)运行中的变压器，若无倍频或中频加压设备，在工频励磁时，测量电压应根据条件尽可能高，允许放电量与持续时间不作规定。

2)运行中的电流互感器，若无预加电压设备，预加电压和测量电压值见6.3.3条中规定。 3)运行中的电压互感器，若无预加电压设备，预加电压和测量电压值见6.3.3条中规定。 4)在“标准的来源”一栏中须注意：

a.国家标准GB1094-85《电力变压器》是适用于220kV及以上的变压器。国家标准GB4109-83《交流电压高于1000V的套管通用技术条件》中对于低于35kV的变压器套管和复合式套管是否需要进行局部放电试验，均由供需双方协议。 b.其余出自国家标准者，均未指明设备的电压等级。 c.国家标准一般指出厂试验，交接试验一般也按该标准执行。

d.运行中的标准是按原水利电力部颁发的《电气设备预防性试验规程》执行。

Um——设备最高工作电压。 Un——设备额定电压。

9 有关电力设备局部放电量的允许水平

有关电力设备局部放电量的允许水平，见表5。

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《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中 变压器类和互感器设备局部放电试验新标准

15 防止大型变压器损坏和互感器爆炸事故 15.2.3 出厂局放试验的合格标准。 15.2.3.1 220KV及以上变压器：

测量电压为1.5Um/√3时,自耦变中压端不大于200pC,其他不大于100pC。

15.2.3.2 110KV变压器：

测量电压为1.5U m/√3时,不大于300pC。

15.2.3.3中性点接地系统的互感器：

测量电压为1.0Um时，液体浸渍不大于10pC，固体型式不大于50pC。 测量电压为1.2Um/√3时，液体浸渍不大于5pC，固体型式不大于20pC。

15.2.5 认真执行交接试验规程；

 220kV及以上电压等级和120MWA及以上容量变压器，在新安装时必须进行现场局

部放电试验。

 220kV及以上电压等级变压器在大修后，必须进行现场局部放电试验。

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南方电网有限责任公司企业标准

《Q/CSG1 0007-2004电力设备预防性试验规程》

规定的局放试验标准

1． 油浸式电力变压器的试验项目、周期和要求

220KV及以上： 1)大修更换绝缘部件或部分绕组后 2)必要时 1) 110KV电压等级的变压器大修Um/3 时，放电量一般不大在线端电压为1.5后，可参照执行 于500pC ；在线端电压为1.3Um/3 ，2) 必要时，如：运行中变压器油色放电量一般不大于300pC 谱异常，怀疑存 在放电性故障时 局部放电试验

2．油浸式电流互感器的试验项目、周期和要求

在电压为1.2Um/3 时，视在放电量不大于20pC 局部放电试验 110KV及以上；必要时 必要时，如：对绝缘性能有怀疑时

3． 干式电流互感器的试验项目、周期和要求

在电压为1.2Um/3 时，视在放电量不大于50pC 局部放电试验 110KV及以上；必要时 必要时，如：对绝缘性能有怀疑时

4． 电磁式电压互感器（油浸式绝缘）的试验项目、周期和要求

油浸式相对地电压互感器在电压为局部放电测量 必要时 1）只对110KV及220KV进行 1.2Um/3 时，视在放电量不大于20pC 2）必要时，如：对绝 缘性能有怀疑时

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5． 电磁式电压互感器（固体绝缘）的试验项目、周期和要求 局部放电试验

6． GIS（H-GIS）的试验项目、周期和要求 运行中局部放电测量

7．套管的试验项目、周期和要求

1） 变压器及电抗器套管的试验电压为1.5Um/3，对油浸纸式及胶浸纸式要求局放量不大于20Pc，对胶粘纸式可由供需双方协议确定 2） 其他套管的试验电压为1）垂直安装的套管水平存放1年以上投运前宜进行本项目试验 2）必要时，如：怀疑套管存在绝缘缺陷时 1）投产后1年1次，如无异常，3年1次 2）必要时 1）只对运行中的GIS进行测量 2）必要时，如：对绝缘性能有怀疑时 在电压为1.2Um/3 时，视在放电量不大于50pC 必要时，如：对绝缘性能有怀疑时 必要时 应无明显局部放电信号 局部放电测量 110KV及以上；必要时 1.05Um/3，对油浸式及胶浸式要求局放量不大于20Pc,对胶粘纸式可由供需双方协议确定

8.藕合电容器和电容式电压互感器的电容分压器的试验项目、周期和要求

预加电压0.8*1.3Um，持续时间不小于局部放电测量 必要时 10s，然后在测量电压1.1Um/3下保持1min，局部放电量一般不大于10pC 1）多节组合的藕合电容器可以分节试验 2）必要时，如：对绝缘性能有怀疑时

局部放电试验可在其它试验项目判断电容器绝缘有疑问时进行。放电量超过规定时，应综合判断。局部放电量无明显增长时一般仍可用，但加强监视。

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《GB1208-1997/IEC185:1987电流互感器》

规定的电流互感器局部放电水平

4.3.2局部放电水平

局部放电技术要求适用于Um≥ 7.2KV的电流互感器。

按4.6.2.2条的程序进行预加电压之后，在表5规定的局部放电测量电压下，局部放电水平应不超过表5规定的限值。

表5 局部放电测量电压和允许放电水平

局部放电允许水平pC 系统接地方式 局部放电测量电压（均方根值）KV 液体浸渍 Um 中性点接地系统 1.2Um/√3 中性点绝缘或非有效接地系统 1．2Um 1.2Um/√3 5 10 5 20 50 20 10 绝缘型式 固体 50 注：表中两组允许值由制造厂按对应的测量电压任选其一

4.6.2.2 局部放电测量 b> 局部放电试验程序

在按照程序A或程序B预加电压之后，当达到表5规定的局部放电测量电压时，在30S内测量局部放电水平，测量的局部放电水平应不超过表5中规定的限值。 程序A 程序B

在工频耐压试验之后，通过降低电压来达到局部放电测量电压。

在工频耐压试验之后，进行局部放电试验。施加的电压升至工频耐受电压的8 0%，持续时间不小于60S。然后，直接降到规定的局部放电测量电压。

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《GB1207-1997/IEC186:1987电压互感器》

规定的电压互感器局部放电水平

4.6.2.3 局部放电

局部放电技术要求适用于设备最高电压Um≥ 7.2KV的电磁式电压互感器.

局部放电水平应不超过表6所列的限值，在按4.10.10.4的程序预加电压之后，再加相应的局部放电测量电压（也在同一表中）。

表6 局部放电测量电压和允许放电水平

局部放电允许水平pC 系统接地方式 一次绕组的连接方式 局部放电测量电压（均方根值）KV Um 中性点接地系统 相对地 1.2Um/√3 相对相 中性点绝缘或非有效接地系统 相对地 1.2Um/√3 相对相 1.2Um 5 5 20 20 1.2Um 1.2Um 5 5 10 20 20 50 绝缘型式 液体浸渍 10 固体 50 注：表中相对规定的两组允许值,由制造厂按测量电压任选其一 4.10.10.4 局部放电测量

4.10.10.4.2 接地电压互感器试验程序

按照程序A或程序B预加电压，再达到表6所规定的局部放电测量电压值，在30S内测量，所测的局部放电量应不超过表6所规定的限值。 程序A 程序B

感应耐受试验后的降压过程中，使电压达到局部放电测量电压。

局部放电试验是在感应耐受试验之后进行，施加电压升至感应耐受电压的8 0%，持续时间不小于60S，然后不间断地降到规定的局部放电测量电压。

4.10.10.4.3 不接地电压互感器试验程序

不接地电压互感器试验回路与接地电压互感器的试验回路相同，但两次试验是轮流地加高压于每一个高压端子与另一个高压端子之间，后者要连接着低压端子座架和箱壳（如果有）。

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额定电压/最高工作电压/预加电压/测量电压换算表

KV

额定电压 3 6 10 15 20 35 44 60 110 1 220 330 最高工作电压Um 3.5 6.9 11.5 17.5 23.0 40.5 50.6 69.0 126.0 177.0 252.0 363.0 预加电压0.8*1.3Um 3. 7.176 11.96 18.2 23.92 42.12 52.62 71.76 131.04 184.08 262.08 377.52

互感器加压步骤:

预加电压0.8×1.3Um，持续时间不小于10s，然后在测量电压1.1Um/ 3 下保持1min，局部放电量一般不大于100pC

测量电压1.2Um/√3 2.42 4.78 7.97 12.12 15.93 28.06 35.06 47.80 87.30 122.63 174.59 251.49 测量电压1.1Um/√3 2.22 4.38 7.30 11.11 14.61 25.72 32.14 43.82 80.02 112.41 160.04 230. 杭州西湖电子研究所 79

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四、局部放电试验一般步骤

局部放电试验是非破坏性试验项目，从试验顺序而言，应放在所有绝缘试验之后。通常是以工频耐压作为预激磁电压持续数秒，然后降到局部放电试验电压(一般为Um/√3的倍数，变压器为1.5倍，互感器为1.1～1.2倍)，持续时间几分钟，测局部放电量；

预激磁电压是模拟运行中过电压，预激磁电压激发的局部放电量不应由局部放电试验电压所延续，概念是系统上有过电压时所激发的局部放电量不会由长期工作电压所延续。这一方法是使变压器或互感器在Um/√3长期工作电压下无局部放电量，以保证变压器能安全运行，使局部放电起始电压与局部放电熄灭电压都能高于Um/√3。 具体步骤:

1.选择试验线路确定试验电源

局部放电试验回路的连接方法，应依照国标GB73-2003《局部放电测量》及行标DL417-91《电力设备局部放电现场测量导则》进行。具体可参看所附资料（局部放电测量试验线路的选择）

选择试验线路的同时应参考目前拥有试验电源的容量 对试验电源的要求： 变压器：

一般采用50Hz的倍频或其它合适的频率。三相变压器可三相励磁，也可单相励磁。 电流互感器：

一般可选用频率为 50Hz的试验电源。 电压互感器：

为防止励磁电流过大，电压互感器试验的预加电压，推荐采用150Hz或其它合适的频率作为试验电源。一般可采用电动机—发电机组产生的中频电源，三相电源变压器开口三角接线产生的150Hz电源，或其它形式产生的中频电源。

当采用磁饱和式三倍频发生器作电源时，因容易造成波形严重畸变，使峰值与真有效值电压之间的幅值关系不是√2倍的倍数关系，可能造成一次绕组实际电压峰值过高，造成试品损坏，故必须在被试品的高压侧接峰值电压表监测电压。

电压波形应接近正弦形。当波形畸变时 ,应以峰值除以√2作为试验电压值。

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2、确定局放允许水平选择标准脉冲进行校准

依据DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》和有关反事故技术措施之规定，结合1997年以来新颁布的相关国家标准和行业标准，确定试品的局部放电允许水平（试验判据）。具体可参看所附资料（电力设备局部放电试验允许水平）

确定试验判据以后，可选择标准脉冲进行试验回路的校准。如局放允许水平为100PC，也可选择100PC标准脉冲进行校准 3、加压测量 3.1变压器试验：

试验电压应在不大于1/3规定测量电压下接通电源，再开始缓慢均匀上升至规定测量电压，保持5分钟；然后试验电压升到预加电压，5秒后降到规定测量电压，30分钟无上升趋势时即可降低电压到1/3测量电压以下，方能切除电源。如对所测量的局放不稳定的变压器，应延长测量时间，在不危及变压器安全的前提下，达到局放稳定时为止。

对局放大的变压器，应测量局放的起始放电电压和熄灭电压，以便确定故障的性质。 起始放电电压：电压从低值缓慢均匀上升，一直到放电量刚刚超过局放规定值，此时所加电压即为起始放电电压

熄灭电压：当电压升过起始放电电压后（一般高10℅），然后将电压缓慢均匀下降，直到放电量刚刚小于局放规定值，此时所加电压即为熄灭电压 3.2互感器试验：

试验电压应在不大于1/3规定测量电压下接通电源，再开始缓慢均匀上升到预加电压保持10秒后，降到规定测量电压，保持1分钟以上，再读取放电量；最后降以1/3测量电压以下，方能切除电源。 4、局部放电的观测

读取视在放电量值时应以重复出现的、稳定的最高脉冲讯号计算视在放电量。偶而出现的较高的脉冲可以忽略。

测量回路的背景噪音水平应低于允许放电水平的50%。当试品的允许放电水平为10PC或以下时,背景噪音水平可达到允许放电水平的100%。

测量中明显的干扰可不予考虑。

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附一、DL 417—91《电力设备局部放电现场测量导则》

中华人民共和国能源部 1991-12-02批准 1992-04-01实施

1 主题内容

本导则主题内容是依据国家标准GB73—87《局部放电测量》规定的要求，结合现场实际情况，推荐电气法局部放电试验的测量方法、测量仪器和校准方法；规定有关通用的试验程序；给出识别试品内部放电和外界干扰脉冲的图谱与说明。 2 适用范围

本导则主要适用于在变电所现场或试验室条件下，利用交流电压下的脉冲电流法测量变压器、互感器、套管、耦合电容器及固体绝缘结构的局部放电。其测定的物理量为：

a.测定电力设备在某一规定电压下的局部放电量； b.测定电力设备局部放电的起始电压和熄灭电压。 对长电缆的局部放电试验，本导则不作介绍。

在以本导则进行测量时，根据不同试品，应参照有关电力设备的国家标准或行业标准中的有关条款规定。 3 名词术语

3.1 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。

注：导体(电极)周围气体中的局部放电有时称为“电晕”，这一名词不适用于其它形式的局部放电。“游离”是指原子与分子等等形式的电离，通常不应把“游离”这一广义性名词用来表示局部放电。

3.2 视在放电量q是指在试品两端注入一定电荷量，使试品端电压的变化量和局部放电时端电压变化量相同。此时注入的电荷量即称为局部放电的视在放电量，以皮库(pC)表示。

注：实际上，视在放电量与试品实际点的放电量并不相等，后者不能直接测得。试品放电引起的电流脉冲在测量阻抗端子上所产生的电压波形可能不同于注入脉冲引起的波形，但通常可以认为这二个量在测量仪器上读到的响应值相等。

3.3 局部放电起始电压Ui是指试验电压从不产生局部放电的较低电压逐渐增加时，在试验中局部放电量超过某一规定值时的最低电压值。

3.4 局部放电熄灭电压Ue是指试验电压从超过局部放电起始电压的较高值逐渐下降时，在

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试验中局部放电量小于某一规定值时的最高电压值。 4 试验回路和测量仪器 4.1 试验回路

测量局部放电的基本回路有3种，如图1所示，其中图1(a)、(b)可统称为直接法测量回路：(c)称为平衡法测量回路。 4.1.1 第一种回路主要包括：

图1 局部放电测量的基本回路

(a)测量阻抗与耦合电容器串联回路；(b)测量阻抗与试品串联回路；(c)平衡回路

Zf—高压滤波器；Cx—试品等效电容；Ck—耦合电容；

Zm—测量阻抗；Z—调平衡元件；M—测量仪器

a.试品等效电容Cx。

b.耦合电容Ck。Ck在试验电压下不应有明显的局部放电。

c.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，也可以是电阻电容并联或电阻电感并联的RC和RL电路，也可以由电阻、电感、电容组成RLC调谐回路。调谐回路的频率特性应与测量仪器的工作频率相匹配。测量阻抗应具有阻止试验电源频率进入仪器的频率响应。连接测量阻抗和测量仪器中的放大单元的连线，通常为单屏蔽同轴电缆。

d.根据试验时干扰情况，试验回路接有一阻塞阻抗Zf，以降低来自电源的干扰，也能适当提高测量回路的最小可测量水平。

e.测量仪器M。

4.1.2 3种试验回路一般可按下面基本原则选择：

a.试验电压下，试品的工频电容电流超出测量阻抗Zm允许值，或试品的接地部位

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固定接地时，可采用图1(a)试验回路。

b.试验电压下，试品的工频电容电流符合测量阻抗Zf允许值时，可采用图1(b)试验回路。

c.试验电压下，图1(a)、(b)试验回路有过高的干扰信号时，可采用图1(c)试验回路。

d.当用Model5(英国Robinson公司制造)及类似的测量仪器时，应使Ck和Cx后的等效电容值在测量阻抗所要求的调谐电容C的范围内。 4.2 测量仪器 4.2.1 测量仪器的频带

常用的测量仪器的频带可分为宽频带和窄频带两种，其由下列参数确定：

图2 测量仪器的频带 (a)宽频带； (b)窄频带

a.下限频率f1上限频率f2其定义为：对一恒定的正弦输入电压的响应A，宽频带仪器分别自一恒定值下降3dB时的一对(上、下限)频率；窄频带仪器分别自峰值下降6dB时的一对(上、下限)频率，如图2所示。

b.频带宽度Δf：宽频带和窄频带两种仪器的频带宽度均定义为

Δf=f2-f1

宽频带仪器的Δf与f2有同一数量级；窄频带仪器Δf的数量级小于f2的数量级。 c.谐振频率f0：窄频带仪器的响应具有谐振峰值，相应的频率称为谐振频率f0。 4.2.2 现场测量时仪器的选择

现场进行局部放电试验时，可根据环境干扰水平选择相应的仪器。当干扰较强时，一般选用窄频带测量仪器，例如f0=(30~200)KHz，Δf=(5~15)KHz；当干扰较弱时，一般选用宽频带测量仪器，例如f1=(10~50)KHz，f2=(80~400)KHz。对于f2=(1~10)KHz的很宽频带的仪器，具有较高的灵敏度，适用于屏蔽效果好的试验室。 4.2.3 指示系统

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局部放电的测量仪器按所测定参量可分不同类别。目前有标准依据的是测量视在放电量的仪器，这种仪器的指示方式，通常是示波屏与峰值电压表(pC)或数字显示并用。用示波屏是必须的。示波屏上显示的放电波形有助于区分内部局部放电和来自外部的干扰。

放电脉冲通常显示在测量仪器的示波屏上的李沙育(椭圆)基线上。测量仪器的 扫描频率应与试验电源的频率相同。 5 视在放电量的校准

确定整个试验回路的换算系数K，称为视在放电量的校准，换算系数K受回路Cx、Ck、

Cs(高压对地的杂散电容)及Zm等元件参量的影响。因此，试验回路每改变一次必须进行一次

校准。

5.1 校准的基本原理

视在放电量校准的基本原理是：以幅值为U0的方波通过串接小电容C0注入试 品两端，此注入的电荷量为

Q0U0C0

式中 U0——方波电压幅值，V； C0——电容，pF； Q0——电荷量，pC。 5.2 校准方波的波形

校准方波的上升时间应使通过校准电容C0的电流脉冲的持续时间比1/f2要短，校准方波的上升时间不应大于0.1μs，衰减时间通常在100μs到1000μs 范围内选取。

目前大都选用晶体管或汞湿继电器做成小型电池开关式方波发生器，作为校准电源。 5.3 直接校准

将已知电荷量Q0注入试品两端称为直接校准，其目的是直接求得指示系统和以视在放电量Q表征的试品内部放电量之间的定量关系，即求得换算系数K。这种校准方式是由国家标准GB73—87《局部放电测量》推荐的。直接法和平衡法测量回路的直接校准电路，如图3所示，其方法是：接好整个试验回路，将已知电荷量Q0=U0C0注入试品两端，则指示系统响应为L′。取下校准方波发生器，加电压试验，当试品内部放电时，指示系统响应为L。由此则可得换算系数 Kh为

KhLL

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则视在放电量Q为

QU0C0Kh

式中 Q——视在放电量，pC； U0——方波电压幅值，V； C0——电容，pF； Kh——换算系数。

图3 直接校准的接线

(a)直接法测量的直接校准接线；(b)平衡法测量的直接校准接线

为了使校准保证有一定的精度，C0必须满足

CCC001.CxkmCkCm

C010pF

式中 Cm——测量阻抗两端的等值电容。 5.4 间接校准

将已知电荷量Q0注入测量阻抗Zm两端称为间接校准，其目的是求得回路衰减系数K1。直接法和平衡法测量回路的间接校准电路，如图4所示。

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图4 间接校准的接线

(a)直接法测量的间接校准接线；(b)平衡法测量的间接校准接线

图4中的Cs是高压对地的总杂散电容，其值随试品和试验环境的不同而变化，是个不易测得的不定值。因此，通常以测量的方式求得回路衰减系数K1，其方法是：接好整个试验回路，将已知电荷量Q0注入测量阻抗Zm两端，则指示系统响应为β。再以一等值的已知电荷量Q0注入试品Cx两端，则指示系统响应为β′。这两个不同的响应之比即为回路哀减系数K1，即

K111

)则视在放电量

QU0C0K1

直接法校准时，加电压试验的校准方波发生器需脱离试验回路，不能与试品内部放电脉冲直观比较。间接法校准时，校准方波发生器可接在试验回路并能与试品内部放电脉冲进行直观比较。因此，目前国内外的许多检测仪器均设计成具有间接校准的功能。

注：1)当杂散电容Cs的影响可忽略时，图4中的3种接线方式的回路衰减系数为

K11CxCk

计算与实测表明，只要存有很小杂散电容Cs，则回路哀减系数K1会产生很大的误差，因此在许多情况下杂散电容是不能忽略的。此时图4中的3种校准接线的回路衰减系数Kls为

直接法接线时，Zm与Ck串联接线

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K1s1 直接法接线时，Zm与Ck并联接线

CxCsCkCk

K1s1CxCkCs

平衡法接线时，若Ck和Ck与对地杂散电容Cs接近(以另一类同于Cx的设备代替Ck或Ck

的几何尺寸及对地距离，均与试品Cx接近)，则当电桥平衡时，分布电容Cs对称，Kls=1。 5.5 校准时的注意事项

5.5.1 校准方波发生器的输出电压U0和串联电容C0的值要用一定精度的仪器定期测定，如

U0一般可用经校核好的示波器进行测定；C0一般可用合适的低压电容电桥或数字式电容表测

定。每次使用前应检查校准方波发生器电池是否充足电。

5.5.2 从C0到CX的引线应尽可能短直，C0与校准方波发生器之间的连线最好选用同轴电缆，以免造成校准方波的波形畸变。

5.5.3 当更换试品或改变试验回路任一参数时，必须重新校准。 6 电力设备的局部放电试验

6.1 电力设备局部放电试验前对试品的要求

a.本试验在所有高压绝缘试验之后进行，必要时可在耐压试验前后各进行一次，以资比较。

b.试品的表面应清洁干燥，试品在试验前不应受机械、热的作用。

c.油浸绝缘的试品经长途运输颠簸或注油工序之后通常应静止48h后，能进行试验。

d.测定回路的背景噪声水平。背景噪声水平应低于试品允许放电量的50%，当试品允许放电量较低(如小于10pC)时，则背景噪声水平可以允许到试品允许放电量的100%。现场试验时，如以上条件达不到，可以允许有较大干扰，但不得影响测量读数。

图5 变压器局部放电试验的加压时间及步骤

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6.2 变压器局部放电试验 6.2.1 试验及标准

国家标准GB1094-85《电力变压器》中规定的变压器局部放电试验的加压时间步骤，如图5所示。其试验步骤为：首先试验电压升到U2下进行测量，保持5min；然后试验电压升到U1，保持5s；最后电压降到U2下再进行测量，保持30min。U1、U2的电压值规定及允许的放电量为

U13UmU215.Um.Um或 U2133Um

3电压下允许放电量Q＜500pC

3电压下允许放电量Q＜300pC

式中 Um——设备最高工作电压。

试验前，记录所有测量电路上的背景噪声水平，其值应低于规定的视在放电量的50%。 测量应在所有分级绝缘绕组的线端进行。对于自耦连接的一对较高电压、较低电压绕组的线端，也应同时测量，并分别用校准方波进行校准。

在电压升至U2及由U2再下降的过程中，应记下起始、熄灭放电电压。

在整个试验时间内应连续观察放电波形，并按一定的时间间隔记录放电量Q。放电量的读取，以相对稳定的最高重复脉冲为准，偶尔发生的较高的脉冲可忽略，但应作好记录备查。整个试验期间试品不发生击穿；在U2的第二阶段的30min内，所有测量端子测得的放电量Q，连续地维持在允许的限值内，并无明显地、不断地向允许的限值内增长的趋势，则试品合格。

如果放电量曾超出允许限值，但之后又下降并低于允许的限值，则试验应继续进行，直到此后30min的期间内局部放电量不超过允许的限值，试品才合格。利用变压器套管电容作为耦合电容Ck，并在其末屏端子对地串接测量阻抗Zk。 6.2.2 试验基本接线

变压器局部放电试验的基本原理接线，如图6所示。

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图6 变压器局部放电试验的基本原理接线

图(a)单相励磁基本原理接线；(b)三相励磁基本原理接线； (c)在套管抽头测量和校准接线 Cb—变压器套管电容

6.2.3 试验电源

试验电源一般采用50Hz的倍频或其它合适的频率。三相变压器可三相励磁，也可单相励磁。

6.2.4 “多端测量——多端校准”局部放电定位法

任何一个局部放电源，均会向变压器的所有外部接线的测量端子传输信号，而这些信号形成一种独特的“组合A”。如果将校准方波分别地注入各绕组的端子，则这些方波同样会向变压器外部接线的测量端子传输信号，而形成一种校准信号的独特“组合B”。 如果在“组合A”(变压器内部放电时各测量端子的响应值)中，某些数据与“组合B”(校准方波注入时各测量端子的响应值)相应数据存在明显相关时，则可认为实际局部放电源与该对校准端子密切有关(参见表1)，这就意味着，通过校准能粗略的定出局部放电的位置。

实际方法如下：

当校准方波发生器接到一对规定的校准端子上时，应观察所有成对的测量端子上的响应，然后对其它成对的校准端子重复作此一试验。其校准部位应在线圈的各端子与地之间进行校准，但也可以在高压套管的带电端子与它们的电容抽头之间进行校准(对套管介质中的局部放电进行校准)，也可以在高压端端子与中性点端子，以及在高压绕组和低压绕组各端子间进行校准。

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成对的校准和测量端子的所有组合，形成一个“组合B”即“校准矩阵”，从而作为对实际试验读数进行判断的依据。

图7表示一台带有第三绕组的超高压单相自耦变压器的局部放电定位例子，校准和试验都是在表1所列的端子上进行的。将1.5Um这一行的试验结果与各种校准结果进行对比，显然可见，它和“2.1——地”这一行的校准响应值相关。这可以认为在2.1端子出现了约1500pC这一数值的局部放电，并且还可以认为局部放电部位约是带电体(2.1端子)对地之间。其结构位置或许在串联线圈与公共 线圈之间的连线上某一位置，也可能在邻近线圈的端部。

上述方法主要用在当一个局部放电源是明显的、而且背景噪声又较低的情况下，但并不是总出现这种情况。当需确定所观察到的局部放电是否发生在高压套管介质中时，可利用由套管出线端子与套管电容抽头间的校准来分析。这一校准与套管中的局部放电组合有密切关系。

表1 局部放电源与相应校准端子的关系

通道 校准 1.1——地2000pC 2.1——地2000pC 2.2——地2000pC 3.1——地2000pC 试 验 1.1 50 5 2 3 ＜0.5 ＜0.5 6 2.1 20 50 10 2 ＜0.5 ＜0.5 40 2.2 5 30 350 35 ＜0.5 0.5 25 3.1 10 8 4 25 ＜0.5 0.5 8 任 意 单 位 U=0 UUm/3 U1.5Um/3

图7 用“多端子测量”和“组合”法来确定局部放电源的位置

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6.2.5 现场试验

现场试验一般在下面3种情况下，需要进行局部放电试验： a.新安装投运时。 b.返厂修理或现场大修后。 c.运行中必要时。 6.2.5.1 现场试验电源和推荐标准

现场试验的理想电源，是采用电动机—发电机组产生的中频电源，三相电源变压器开口三角接线产生的150Hz电源，或其它形式产生的中频电源。若采用这类电源，试验应按6.2.1条中的加压程序，试验电压与允许放电量应同制造厂协商。若无合适的中频或150Hz电源，而又认为确有必要进行局部放电试验,则可采用降低电压的现场试验方法。其试验电压可根据实际情况尽可能高，持续时间和允许局部放电水平不作规定。

降低电压试验法，不易激发变压器绝缘的局部放电缺陷。但经验表明，当变压器绝缘内部存在较严重的局部放电时，通过这种试验是能得出正确结果的。 6.2.5.2 现场试验工频降低电压的试验方法

工频降低电压的试验方法有三相励磁、单相励磁和各种形式的电压支撑法。现推荐下述两种方法。 a.单相励磁法

单相励磁法，利用套管作为耦合电容器Ck，其接线如图8所示。这种方法较 为符合变压器的实际运行状况。图8中同时给出了双绕组变压器各铁芯的磁通分布及电压相量图(三绕组变压器的中压绕组情况相同)。

图8 单相励磁的试验接线、磁通分布及电压相量

(a)C相励磁时的接线图；(b)各柱磁通分布示意图；(c)电压相量图

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由于C相(或A相)单独励磁时，各柱磁通ΦZ、ΦB、ΦC分布不均，A、B、C(或AM、BM、CM)感应的电压又服从于E=4.44fWΦ规律，因此，根据变压器的不同结构，当对C相励磁的感应电压为UC时，B相的感应电压约为0.7UC，A相的感应电压约为0.3UC (若A相励磁时，则结果相反)。

当试验电压为U时，各相间电压为

UCB17.U;UCA13.U

当A相单独励磁时，各相间电压为

UBA17.U;UBC13.U

当B相单独励磁时，三相电压和相间电压为

1UAUCUB2 .U UBCUBA15单相电源可由电厂小发电机组单独供给，或以供电网络单独供给。选用合适的送电网络，如经供电变压器、电缆送至试品，对于抑制发电机侧的干扰十分有效。变电所的变压试验，则可选合适容量的调压器和升压变压器。根据实际干扰水平，再选择相应的滤波器。 b.中性点支撑法

将一定电压支撑于被试变压器的中性点(支撑电压的幅值不应超过被试变压器中性点耐受长时间工频电压的绝缘水平)，以提高线端的试验电压称为中性点支撑法。支撑方法有多种，便于现场接线的支撑法，如图9所示。

图9 中性点支撑法的接线图

(a)低压侧加压法； (b)中性点加压法

Cb—变压器套管电容；CK—耦合电容；T0—支撑变压器；C—补偿电容；

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U0—支撑电压；Zm—测量阻抗；Tr—被试变压器

图9(b)的试验方法中，A相绕组的感应电压Uf为2倍的支撑电压U0，则A相线端对地电压UA为绕组的感应电压Ut与支撑电压U0的和，即

UA3U0

这就提高了A相绕组的线端试验电压。

根据试验电压的要求，应适当选择放电量小的支撑变压器的容量和电压等级，并进行必要的电容补偿。电容补偿的原则是根据励磁电流值来确定的。按图9接线，对一台15000kVA/220kV变压器实测时，若需施加150kV试验电压(相对地有效值)，则可选择支撑变压器参数为100kVA/50kV，此时补偿电容约为0.04μF。图9(a)接线的试验方法和原理与图9(b)基本相同。

注：1)由于线端电压提高，存在着套管和绕组分配这一对矛盾。因为，测定纵绝缘、相间绝缘的局部放电时要求有一定的试验电压，同时必须防止由于变压器套管承受过高的试验电压而产生套管绝缘的局部放电。若将套管内部绝缘局部放电视为变压器内部放电，则会产生很大的测量误差。

例如，若在试验电压下变压器套管有放电Qb，误认为是变压器内部放电时，则

QxQbC读数会大b倍，即有

1)

Qxb式中 Qb——变压器套管的放电量；

QxQbCb

CX——变压器线端侧视入的总电容； Cb——变压器套管电容；

Qxb——由变压器套管放电Qb，误读为变压器内部放电量。

如取Cx=2500pF，Cb=250pF，以及套管有100pC放电量时，就有可能误读为变压器内部放电量达1000pC。

因此根据实际情况，应选择合适的试验电压。 6.3 互感器的局部放电试验 6.3.1 试验接线

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互感器局部放电试验原理接线，如图10所示。

图10 互感器局部放电试验的原理接线

(a)电流互感器； (b)电压互感器

Ck—耦合电容器；C—铁芯；Zm—测量阻抗；F—外壳； L1、L2—电流互感器一次绕组端子；K1、K2—电流互感器二次绕组端子； A、X—电压互感器一次绕组端子；a、x—电压互感器二次绕组端子

电压互感器试验时，D或B点可任一点接地，当采用B点接地时，C、F能接D点就接D点，不能接D点则可接 B点(接地)。 6.3.2 试验及标准

国家标准GB5583—85《互感器局部放电测量》关于仪用互感器局部放电允许水平，见表2。

表2 仪用互感器局部放电允许水平

接地形式 电网中性点 绝缘或经消 弧线圈接地 互感器形式 电流互感器 和相对地 电压互感器 相对相电压互感器 电流互感器 和相对地电 压互感器 相对相电压 互感器 预加电压 ＞10s 测量电压 ＞1min 1.1U 1.3Um 1)m绝缘形式 液体浸渍 固 体 液体浸渍 固 体 液体浸渍 固 体 液体浸渍 固 体 液体浸渍 固 体 允许局部放电水平，pC 视放电量 100 250 10 50 10 50 10 50 10 50 1.1Um/3 1.3Um 1.1Um 电 网 中性点有效 接 地 0.8×1.3Um 1.1Um/3 1.3Um 1.1Um 注：1)只在制造厂与买主间协商后，才能施加这些电压。

为防止励磁电流过大，电压互感器试验的预加电压，可采用150Hz或其它合适的频率

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作为试验电源。

试验应在不大于1/3测量电压下接通电源，然后按表2规定进行测量，最后降到

1/3测量电压下，方能切除电源。

放电量的读取，以相对稳定的最高重复脉冲为准，偶尔发生的较高脉冲可以忽略，但应作好记录备查。

试验期间试品不击穿，测得视在放电量不超过允许的限值，则认为试验合格。 6.3.3 现场试验

现场试验原则上应按上述标准与规定进行。但若受变电所现场客观条件的，认为必须要对运行中的互感器进行局部放电时，又无适当的电源设备，则推荐按以下方法进行。

6.3.3.1 电磁式电压互感器

试验电压一般可用电压互感器二次绕组自励磁产生，以杂散电容Cs取代耦合电容器Ck，其试验接线如图11所示。外壳可并接在X，也可直接接地。以150Hz的频率作为试验电源，在次级读取试验电压时，必须考虑试品的容升电压。容升电压的参考值，见表3。 当干扰影响测量时，可采用邻近相的互感器连接成平衡回路的接线，如图12所示，被试互感器励磁，非被试互感器不励磁，以降低干扰。

表3 容升电压的参考值

电压等级 容升电压 110kV 4% JCC1-220 8% JCC2-220 16%

图11 电磁式电压互感器试验接线

采用两组二次绕组串联励磁，以减小试验的励磁电流。 试验标准(推荐值)如下：

励磁方式：两组二次绕组串联励磁； 允许背景干扰水平；20pC；

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预加电压：根据设备情况适当施加预加电压； 测量电压：Um/3，其中Um为设备最高工作电压； 允许放电量：20pC。

如采用150Hz的加压设备，则应按表2标准，允许放电量为20pC(现场测量)。 接有耦合电容器Ck的试验接线，如图13所示。

图12 抑制干扰的对称法接线 图13 接有Ck的试验接线

6.3.3.2 电流互感器

电流互感器局部放电试验，试验电压由外施电源产生，杂散电容Cs代替耦合电容

Ck，其接线如图14所示。互感器若有铁芯C端子引出，则并接在B处。电容式互感器的末

屏端子也并接在B处。外壳最好接B，也可直接接地。试验变压器一般按需要选用单级变压器串接(例如单级电压为60kV的3台变压器串接)，其内部放电量应小于规定的允许水平。 当干扰影响现场测量时，可利用邻近相的互感器连接成平衡回路，其接线如图15所示，邻近相的互感器不施加高压。

图14 电流互感器试验接线 图15 抑制干扰的平衡法接线

Tr—试验变压器；C—铁芯；F—外壳 Cx—被试互感器；Cc—邻近相互感器 试验标准(推荐值)如下：

预加电压：根据设备情况，适当施加预加电压； 测量电压：Um/3，其中Um为设备最高工作电压：

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允许放电量：20pC：

允许背景干扰水平：20pC以下。

如有合适的加压设备，则应按表2标准，允许放电量为20pC(现场测量)。 6.4 其它设备 6.4.1 套管

变压器或电抗器套管局部放电试验时，其下部必须浸入一合适的油筒内，注入筒内的油应符合油质试验的有关标准，并静止48h后才能进行试验。试验时以杂散电容Cs取代耦合电容器Cs，试验接线如图16所示。

图16 变压器套管试验接线

Cb—套管电容；L—电容末屏

套管局部放电的试验电压，由试验变压器外施产生，可选用电流互感器试验时的试验变压器。试验标准按第9条款中表5进行。

穿墙或其它形式的套管的试验不需放入油筒，其试验接线见图16。试验标准按第9条款中表5进行

6.4.2 耦合电容器(或电容式电压互感器)

耦合电容器的试验接线与套管相同，有电容末屏端子的，可利用该端子与下法兰之间，串接测量阻抗Zm，下法兰直接接地。若无电容末屏端子引出的，则需将试品对地绝缘，然后在下法兰对地之间串接测量阻抗Zm。 试验标准按第9条款中表5规定进行。 7 局部放电测量时的干扰来源

局部放电测量时的干扰主要有以下几种形式： a.电源网络的干扰。

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b.各类电磁场辐射的干扰。

c.实验回路接触不良、各部位电晕及试验设备的内部入电。 d.接地系统的干扰。 e.金属物体悬浮电位的放电。 8 干扰的抑制

抑制干扰措施很多。有些干扰，在变电所现场要完全消除往往是不可能的。实际试验时只要将干扰抑制在某一水平以下，能有效测量试品内部的局部放电就可以了。这在很大程度上取决于测试者的分析能力和经验。 8.1 根据干扰来源与途径采取的抑制干扰措施 8.1.1 电源滤波器

在高压试验变压器的初级设置低通滤波器，抑制试验供电网络中的干扰。低通滤波器的截止频率应尽可能低，并设计成能抑制来自相线、中线(220V电源时)两线路中的干扰。通常设计成π型滤波器，如图17给出的双π型滤波网络接线图。

8.1.2 屏蔽式隔离变压器试验电源和仪器用电源设置屏蔽式隔离变压器，抑制电源供电网络中的干扰，因此隔离变压器应设计成屏蔽式结构，如图18所示。

图17 双π型滤波网络接线图 图18 屏蔽式隔离变压器

屏蔽式隔离变压器和低压电源滤波器同时使用，抑制干扰效果0较好。 8.1.3 高压滤波器

在试验变压器的高压端设置高压低通滤波器，抑制电源供电网络中的干扰。高压滤波器通常设计成T型或TT型，也可以L型。它的阻塞频率应与局部放电检测仪的频带检测仪相匹配。图19给出的这两种滤波器的接线图。

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图19 高压滤波器的接线图 (a)T型；(b)L型

8.1.4 全屏蔽试验室

全屏蔽试验系统的目的和作用是抑制各类电磁场辐射所产生的干扰。试验时所有设备和仪器及试品均处于一屏蔽室内，如图20所示。

全屏蔽试验室可用屏蔽室内接收空间干扰(例如广播电台信号)的信号场强，以及对试验回路所达到的最小可测放电量等指标来检验其屏蔽效果。 屏蔽室应一点接地。

图20 全屏蔽试验室试验接线 LF—低压滤波器；HF—高压滤波器

图21 平衡法接线原理

Ik—辐射干扰；Is—电源干扰

8.2 利用仪器功能和选择接线方式抑制干扰的措施 8.2.1 平衡接线法

平衡接线法接线，能抑制辐射干扰Ik及电源干扰Is，见图21。

干扰抑制的基本原理是：当电桥平衡时，干扰信号Ir、Is耦合到回路，电桥A、B

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两点输出等于零，即抑制了干扰。干扰抑制的效果与Cx和Ck的损耗有关，若选择同类设备作为Ck，即称为对称法，则其损耗值非常接近，干扰抑制效果较好。 8.2.2 模拟天线平衡法

电磁波辐射干扰具有方向性。整个试验回路可视作一种环型天线，变化该环型天线(即变化辐射干扰波与环型天线的入射角)的方向，可有效抑制辐射干扰，其原理示意见图22。实际操作方法是用一根金属导线连接电容Cm(与Ck的电容量相等)，串接测量阻抗Zm，并接在Cx两端，成为一模拟天线，接通测量仪。不断变化模拟天线的方向，使测量仪显示系统的干扰信号指示最小水平，最后即以 此位置连接高压导线与耦合电容器Ｃk。模拟天线尺寸与实际测量时几何尺寸应尽 量相同。

图22 天线平衡法抑制干扰原理图 (a)原理示意图；(b)干扰方向判别示意图

图23 选通区抑制干扰信号示意图

C—选通区；I—干扰信号

图24 双环形屏蔽

8.2.3 仪器带有选通(窗口)元件系统

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对于相位固定、幅值较高的干扰，利用带有选通元件的仪器，就可十分有效地分隔这种干扰，如图23所示。将选通元件与仪器的峰值电压表(pC表)配合使用，效果较好，即pC表只对选通区内的扫描信号产生响应。 8.3 高压端部电晕放电的抑制措施

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，见表4及图24。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。

表4 不同电压等级无晕环(球)的尺寸举例

无晕件 电压等级kV 双球形mm 球形mm 圆管形直径 mm 100 250 300 d 220 500 750 150 200 H 1050 1200 D 810 1600 D 750 1800 2500 实际试验时，可利用超声波放电检测器，以确定高压端部电晕或邻近悬浮体(空中或地面金属件)放电干扰源。这种超声波放电检测器是由一抛物面接收天线、转换器和放大器组成。

8.4 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。 9 有关电力设备局部放电量的允许水平 有关电力设备局部放电量的允许水平，见表5。

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表5 有关电力设备局部放电量的允许水平

预加电压 设备名称 加方式 高压施电压(kV) 外施、自激 见备注 时间 s 见备注 电压 kV (1) 220kV变压器1) 试 验 电 压 时间 min 允许放电量pC 标准的 交接 中 (1)500 30 (2)300 压器》 - GB1094.1—85《电力变国家标准 预加电压要求是：在运行 来源4) 备 注 1.5Um/3(2) 1.3Um/3 1.5Um/3电压下，5min；1.5Um/3，30min 升压至Um，5s；降到110kV及以下油浸纸电流互感器 2)(1)背景噪声允许水平为20pC(现场测量) 外施 0.8×1.3Um 10 1.1Um/3 ＞1 10 20 (3)中性点非有效搠地系统详见 国家标准GB5583-85《互感器局部放电测GB5583-85 (1)背景噪声允许水平为20pC(现场测量) (2)中性点有效搠地系统 (2)中性点有效搠地系统 110kV及以上油浸纸电压互感器 2)量》 外施、自激 0.8×1.3 10 1.3Um/3 ＞1 10 20 (3)中性点非有效搠地系统详见 GB5583-85 油浸纸绝套 管 气体绝缘 外施 - 0.8× 耦合电容器 外施 1.3Um 10 - 缘 外施 - - (1)1.05Un2/3 - 10 20 国家标准GB4109-83《交流电压高于1000V(1)背景噪声允许水平为20pC(现场测量) (2)1.5Un/3 (2)1.5Un/3的试验电压仅适应于变压器、1.05Un/3 1.1Um/3的套管通用技术条件》 电抗器套管 - 10 20 国家标准GB4705-84 ＞1 30 30 《耦合电容器及电容分压器》 固体绝缘互感器 外施、 自励 1.1Um/3 ＞1 (2)250 (2)120 (1)250 (1)300 GB5583-85 (1)中性点有效接地系统 (2)中性点非有效接地系统详见GB5583-85 103

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注：

1)运行中的变压器，若无倍频或中频加压设备，在工频励磁时，测量电压应根据条件尽可能高，允许放电量与持续时间不作规定。

2)运行中的电流互感器，若无预加电压设备，预加电压和测量电压值见6.3.3条中规定。

3)运行中的电压互感器，若无预加电压设备，预加电压和测量电压值见6.3.3条中规定。

4)在“标准的来源”一栏中须注意：

a.国家标准GB1094-85《电力变压器》是适用于220kV及以上的变压器。国家标准GB4109-83《交流电压高于1000V的套管通用技术条件》中对于低于35kV的变压器套管和复合式套管是否需要进行局部放电试验，均由供需双方协议。 b.其余出自国家标准者，均未指明设备的电压等级。 c.国家标准一般指出厂试验，交接试验一般也按该标准执行。

d.运行中的标准是按原水利电力部颁发的《电气设备预防性试验规程》执行。

Um——设备最高工作电压。 Un——设备额定电压。

附录A、局部放电的波形和识别图谱

(补充件)

A1 前言

局部放电电气检测的基本原理是在一定的电压下测定试品绝缘结构中局部放电所产生的高频电流脉冲。在实际试验时，应区分并剔除由外界干扰引起的高频脉冲信号，否则，这种假信号将导致检测灵敏度下降和最小可测水平的增加，甚至造成误判断的严重后果。

在某一既定的试验环境下，如何区别干扰信号，采取若干必要的措施，以保证测试的正确性，就成为一个较重要的问题。目前行之有效的办法是提高试验人员识别干扰波形的能力，正确掌握试品放电的特征、与施加电压及时间的规律。经验表明：判断正确与否在很大程度上取决于测试者的经验。掌握的波形图谱越多，则识别和解决的方法也越快越正确。目前，有用计算机进行频谱分析帮助识别，但应用计算机的先决条件同样需要预

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知各种干扰波和试品放电波形的特征。现根据我国多年来的实际经验和国外曾经发表过的一些图谱，汇编成文，供参考。应该指出，所介绍的放电波形，多属处理成典型化的图形，不可能包含全部可能发生的内容。 A2 局部放电的干扰、抑制及识别的方法

图A1 干扰及其进入试验回路的途径

Tr—试验变压器；Cx—被试品；Ck—耦合电容器；Zm—测量阻抗； DD—检测仪；M—邻近试验回路的金属物件；UA—电源干扰；

UB—接地干扰；UC—经试验回路杂散电容C耦合产生的干扰； UD—悬浮电位放电产生的干扰；UE—高压各端部电晕放电的干扰； IA—试验变压器的放电干扰；IB—经试验回路杂散电感M耦合产生的辐

射干扰；IC—耦合电容器放电的干扰

A2.1 干扰类型和途径

干扰将会降低局部放电试验的检测灵敏度，试验时，应使干扰水平抑制到最低水平。干扰类型通常有：电源干扰、接地系统干扰、电磁辐射干扰、试验设备各元件的放电干扰及各类接触干扰。这些干扰及其进入试验回路的途径见图A1。

a.电源干扰。检测仪及试验变压器所用的电源是与低压配电网相连的，配电网内的各种高频信号均能直接产生干扰。因此，通常采用屏蔽式电源隔离变压器及低通滤波器抑制，效果甚好。

b.接地干扰。试验回路接地方式不当，例如两点及以上接地的接地网系统中，各种高频信号会经接地线耦合到试验回路产生干扰。这种干扰一般与试验电压高低无关。试验回路采用一点接地，可降低这种干扰。

c.电磁辐射干扰。邻近高压带电设备或高压输电线路，无线电发射器及其它诸如可控硅、电刷等试验回路以外的高频信号，均会以电磁感应、电磁辐射的形式经杂散电容或杂散电感耦合到试验回路，它的波形往往与试品内部放电不易区分，对现场测量影响较大。其特点是与试验电压无关。消除这种干扰的根本对策是将试品置于屏蔽良好的试验室。

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采用平衡法、对称法和模拟天线法的测试回路，也能抑制辐射干扰。

d.悬浮电位放电干扰。邻近试验回路的不接地金属物产生的感应悬浮电位放电，也是常见的一种干扰。其特点是随试验电压升高而增大，但其波形一般较易识别。消除的对策一是搬离，二是接地。

e.电晕放电和各连接处接触放电的干扰。电晕放电产生于试验回路处于高电位的导电部分，例如试品的法兰、金属盖帽、试验变压器、耦合电容器端部及高压引线等尖端部分。试验回路中由于各连接处接触不良也会产生接触放电干扰。这两种干扰的特性是随试验电压的升高而增大。消除这种干扰是在高压端部采用防晕措施(如防晕环等)，高压引线采用无晕的导电圆管，以及保证各连接部位的良 好接触等。

f.试验变压器和耦合电容器内部放电干扰。这种放电容易和试品内部放电相混淆。因此，使用的试验变压器和耦合电容器的局部放电水平应控制在一定的允许量以下。 A2.2 识别干扰的基本依据局部放电试验的干扰是随机而杂乱无章的，因此难以建立全面的识别方法，但掌握各类放电时的时间、位置、扫描方向以及电压与时间关系曲线等特性，有助于提高识别能力。

a.掌握局部放电的电压效应和时间效应。局部放电脉冲波形与各种干扰信号随电压高低、加压时间的变化具有某种固有的特性，有些放电源(干扰源)随电压高低(或时间的延长)突变、缓变，而有些放电源却是不变的，观察和分析这类固有特性是识别干扰的主要依据。

b.掌握试验电压的零位。试品内部局部放电的典型波形，通常是对称的位于正弦波的正向上升段，对称地叠加于椭圆基线上，而有些干扰(如高电位、地电位的尖端电晕放电)信号是处于正弦波的峰值，认定椭圆基线上试验电压的零位。也有助于波形识别。但须指出，试验电压的零位是指施加于试品两端电压的零位，而不是指低压励磁侧电压的零位。目前所采用的检测仪中，零位指示是根据高压电阻分压器的低压输出来定的，电阻分压器的电压等级一般最高为50kV。根据高电位、地电位尖端电晕放电发生在电压峰值的特性，也可推算到试验电压 的零位，只要人为在高压端设置一个尖端电晕放电即可认定。高压端尖端电晕放电的脉冲都严格地叠加于正弦波的负峰值。

图A2 椭圆基线扫描方向识别

c.根据椭圆基线扫描方向。放电脉冲与各种干扰信号均在时基上占有相应的位置

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(即反映正弦波的电角度)，如前所述，试品内部放电脉冲总是叠加于正向(或反向)的上升段，根据椭圆基线的扫描方向，可确定放电脉冲和干扰信号的位置。方法是注入一脉冲(可用机内方波)，观察椭圆基线上显示的脉冲振荡方向(必要时可用X轴扩展)即为椭圆基线的扫描方向，从而就能确定椭圆基线的相应电角度，如图A2所示。

d.整个椭圆波形的识别。局部放电测试，特别是现场测试，将各种干扰抑制到很低的水平通常较困难。经验表明，在示波屏上所显示的波形，即使有各种干扰信号，只要不影响识别与判断，就不必花很大的精力将干扰信号全部抑制。 A3 局部放电的基本图谱 A3.1 基本图谱，见表A1。

表A1 局部放电的基本图谱

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续表

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A3.2 基本图谱说明，见表A2。 表A2 局部放电的基本图谱说明 类型 放 电 模 型 放 电 响 应 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等，但有时上下幅值的不对称度3：1仍属正常 放电量与试验电压的关系 起始放电后，放电量增至某一水平时，随试验电压上升放电量保持不变。熄灭电压基本相等或略低于起始电压 起始放电后，放电量增至某一水平时，随试验电压上升放电量保持不变。熄灭电压基本相等或略低于起始电压，若试验电压上升至某一值并维持较长时间(如30min)，熄灭电压将会高于起始电压，且放电量将会下降；若试验电压维持达1h，熄灭电压会更大于起始电压，并且高于第一次(30min时)的值，放电量也进一步下降 1 绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙 2 绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等，但有时上下幅值的不对称度3：1仍属正常 3 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等，但有时上下幅值的不对称度3：1仍属正 (1)两绝缘体常。放电刚开始时，放电脉冲之间的气隙放电 尚能分辨，随后电压上升，某 (2)表面放电 些放电脉冲向试验电压的零位方向移动，同时会出现幅值较大的脉冲，脉冲分辨率逐渐下降，直至不能分辨 杭州西湖电子研究所

起始放电后，放电量随电压上升而稳定增长；熄灭电压基本相等或低于起始电压 109

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绝缘结构内含有各种不同尺寸的气隙(多属浇注绝缘结构) 4 5 绝缘结构内仅含有一个扁平的气隙(多属电机绝缘) 6 绝缘结构为液体与含有潮气的纸板复合绝缘。电场下，纸板会产生气泡，导致放电，进一步使气泡增多 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等，但有时上下幅值的不对称度3∶1仍属正常。放电刚开始时，放电脉冲尚能分辨，随后电压上升，某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动，同时会出现幅值较大的脉冲，脉冲分辨率逐渐下降，直至不能分辨 若试验电压上升或下降速率较快，起始放电后，放电量随试验电压上升而稳定增长，熄灭电压基本相等或略低于起始放电电压。如在某高电压下维持一定时间(如15min)，放电量会逐渐下降，熄灭电压会略高于起始电压(因浇注绝缘局部放电会导致气隙内壁四周产生导电物质) 起始放电后，放电量随试验电压上升稳定增长。如电压上升及下降速率较快，熄灭电压等于或略低于起始电压；如在某高电压下持续一段时间(如10min)，熄灭电压和起始电压的幅值会降低，幅值略有上升 如在某一高电压下持续1min，放电量迅速增长，若立即降压，则熄灭电压等于或略低于起始电压；若电压维持1min以上再降压，放电量会随电压逐渐下降。如放电熄灭后立刻升压则起始放电电压幅值将大大低于原始的起始及熄灭电压。若将绝缘静止一天以上，则其起始、熄灭电压将会复原 放电一旦起始，放电量基本不变，与电压上升无关。熄灭电压等于或略低于起始电压 7 绝缘结构中仅含有一个气隙，位于电极的表面与介质内部气隙的放电响应不同 (1)一簇不同尺寸的气隙，位于电极的表面，但属封闭型 (2)电极与绝缘介质的表面放电，气隙不是封闭的 放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前，两边的幅值不尽对称，幅值大的频率低，幅值小的频率高。两幅值之比通常大于3∶1，有时达10∶1。总的放电响应能分辨出 放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前，两边幅值比通常为3∶1有时达10∶1；随电压上升，部份脉冲向零位方向移动，放电起始后，脉冲分辨率尚可；继续升压，分辨率下降，直至不能分辨 8 放电起始后，放电量随电压的上升逐渐增大，熄灭电压等于或略低于起始电压。如电压持续时间在10min以上，放电响应会有些变化 A4 干扰波的基本图谱 A4.1 基本图谱，见表A3。

表A3 干扰波的基本图谱

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续表

A4.2 基本图谱说明，见表A4。 表A4 干扰波的基本图谱说明 类型 干 扰 源 放 电 响 应 放电量与试验电压的关系 起始放电后有3种类型： (1)放电量保持不变，与电压有关，熄灭电压与起始电压完全相等 (2)电压继续上升，在某一电压下放电突然消失；电压继续上升后再下降，会在前一消失电压下再次出现放电 (3)随电压上升，放电量逐渐减小，放电脉冲随之增加 起始放电后电压上升，放电量保持不变，惟脉冲密度向两边扩散、放电频率增加，112

9 悬浮电位放电： 在电场中两悬浮金属物体间，或金属物与大地间产生的放电 波形有现两种情况： (1)正负两边脉冲等幅、等间隔及频率相同 (2)两边脉冲成对出现，对与对间隔相同，有进会在基线往复移动 10 针尖对平板或大地的气体介质 较低电压下产生电晕放电，放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位于负峰值处，放电源处杭州西湖电子研究所

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于高电位；如位于正峰处，放电源处于低电位。这可帮助判断电压的零位 较低电压下产生电晕放电，放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位于负峰值处，放电源处于高电位；如位于正峰处，放电源处于低电位。这可帮助判断电压的零位 一对脉冲对称的出现在电压正或负峰处，每一簇的放电脉冲时间间隔均各自相等。但两簇的幅值及时间间隔不等，幅值较小的一簇幅值相等、较密 两簇脉冲位于试验电源零位的不规则的干扰脉冲，基本等幅，与电压成比例 但尚能分辨；电压再升高，放电脉冲频率增至逐渐不可分辨 11 针尖对平板或大地的液体介质 一簇较大的脉冲起始电压较低，放电量随电压上升增加；一簇较小的脉冲起始电压较高，放电量与电压无关，保持不变；电压上升，脉冲频率密度增加，但尚能分辨；电压再升高，逐渐变得不可分辨 12 试品内部、试验回路中导电部分的接触不良 回路中设备的铁芯磁饱和产生的干扰。其原因为： (1)磁密过高 (2)与回路的电容发生谐振 (3)检测仪频带在低限下频率的不稳定性 (1)单个可控硅干扰脉冲 (2)6极水银整流器干扰 (3)旋转电机干扰 (4)荧光灯产生的干扰 调制或非调制的干扰波形有： (1)与无线电波调制 (2)调幅高频 (3)与检测频段相近的超声波干扰 放电量与电压成比例，有时接触处完全导通时会使干扰自行消除 13 带有低频振荡的脉冲出现于时间基线上，振荡周期大于检测仪的分辨率 干扰脉冲幅值随电压上升，电压回零，脉冲即消失，与电压持续时间无关 14 响应特性的范围很宽，常有： (1)波形的位置上可以完全不规则或间断 (2)一个电压周波可出现1、2、3、4、6或12根间断彼此相等的单独脉冲 放电量与电压无关，电压 (3)试验电压与仪器电源的周降为零时，脉冲依然存在。波不很同步，干扰脉冲会在椭圆受电源切断、短路、叠加负基线作定向等速移动 荷的影响，具有严格的时间对应关系，但不规则 通常来源于高频设备，如感应加热器、超声波发生器等 15

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本导则由能源部高电压试验技术标准化委员会提出。 本导则由华东电力试验研究所负责起草。 本导则起草人：俞燮根

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附加说明： 局部放电测量技术资料汇编

附二、GB 5583-85《互感器局部放电测量》

Measurement of partial discharges for instrument transformers

UDC (621.314.22.8+621.314.224)

1. 适用范围和目的

1.1 本标准适用于电流互感器和电压互感器。对电容式电压互感器的电容器部分应按耦合电容器和电容分压器相应的国家标准的要求进行试验。

1.2 本标准的目的是指局部放电的出厂试验,当制造厂与使用部分商定后,也可作为验收试验。

注 :10kV及以下的产品出厂试验允许采用抽样试验的方法。抽样方法按相应的国家标准规定。

1.3 本标准适用的最低电压等级如下:

固体绝缘 Um=6.9kV 浸体浸渍绝缘 Um=69kV 其中 :Um-设备的最高电压.

1.4 本标准可以适用于非惯用型(充气或气浸式等)的设备。这种设备与惯用型设备相比,尚缺乏足够的经验,其许可的放电水平应由制造厂与使用部分协商确定。 2. 试验线路

2.1 电流互感器的局部放电试验线路如图1所示。相对地电压互感器的局部放电试验线路如图2所示。

图 1电流互感器局部放电试验线路

L1，L2为一次绕组的端子，K1，K2为二次绕组的端子；CK为耦合电容器；C—铁心；F—外壳：Z—滤波器(可不用)：Zm—测量阻抗 ；

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A点接地或者B点接地。

只要可能铁心和金属外壳均接到二次绕组的端子 (K1,K2)上。 电容型电流互感器的地屏应接到二次绕组的端子上。

图 2 电压互感局部放电试验线路

A，X为一次绕组的端子；a，x为二次绕组的端子；CK—耦合电容器；C—铁心；F—金属外壳；Z—滤波器(可不用)；Zm—测量阻抗

A点接地或者B点接地。

只要可能铁心和金属外壳均接到二次绕组的端子 (a，x)上。

一次绕组端子与地之间的试验电压可用外施加压 ,也可由二次绕组感应出。 注 ：图1和图2中,高压试验变压器的电容可以作耦合电容器使用，此时,滤波器Z便可省掉。

2.2 相对相电压互感器的局部放电试验线路应与相对地电压互感器一样(见图2),但应向两个高压端子轮流施加电压，共进行两次试验。当一个高压端子加压时，另一个高压端子应接到低压端子上。

2.3 经制造厂与使用部门协商,也可能采用与本标准中所规定的试验线路等效的其他试验线路。 3. 测量仪器

3.1 局部放电的测量仪器是指把测量阻抗两端的电压变成与所测成比例的读数的仪器。所用仪器应符合相应的国家标准的有关条款的规定。

3.2 仪器应根据所要测量的放电参数来选择，在本标准中优先采用视在电荷q，它以皮库*(PC)来表示。

注 ：局部放电采用宽频带(频带宽度至少是100kHz)测量时,具有某些优点,特别对具有分布电容和电感的试品更加明显。对于互感器一般使用窄频带法测量局部放电就可以了,尤

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其是当测量频率可能在0.15～ 2MHz的范围内选择时更可满足。

测量时优先采用的频率是 0.5和1MHz。如有可能,最好是能够给出最高灵敏度的频率下进行局部放电测量。

 皮库即旧称微微库。 4. 校正

指示回路的指示值来确定局部放电的脉冲强度是通过对所测结果进行正确的校正来实现的。校正应包括测定测量仪器本身的特性以及接在整个试验回路中仪器的校正。 4.1 仪器特征的测定

仪器特性的测定应按相应的国家标准的规定进行。 仪器的校验应根据经验全部或部分地定期进行。 4.2 整个试验回路中仪器的校正

这个校正的目的是从指示回路的指示值求出试品中发生的局部放电强度。回路的特性，特别是试品电容与耦合电容之比Cx/Ck对校正结果影响很大，因此在改变上述因素时，必须对回路重新校正。

整个试验回路的校正是通过校正装置在试品两端注入一个已知电荷来实现的。校正装置包括一台电压幅值为 U0的阶跃波发生器和一个小的、电容值为C0的电容器。其接线如图3所示。

图 3 整个试验回路校正的接线

Cx—试品电容；CK—耦合电容器；C0—校正用电容；U0—阶跃波发生器上的电压；Z—滤波阻抗；Zm—测量阻抗，A点接地或者B点接地。

为使校正保持有效，校正用电容应不大于0.1(Cx+CkCm-Ck+Cm)，式中Cm为测量阻抗两端的电容；校正脉冲的上升时间应不大于0.1μs；脉冲衰减时间在100μs的范围内。在此条件下，校正脉冲等价于一个放电量值q0：

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注：校正时C0不宜小于10皮法*(PF)，同时C0至试品及C0至阶跃波发生器的引线应尽量短，以免引起校正误差。 5. 试验

5.1 局部放电试验应在试品所有绝缘试品结束以后进行. 5.2 对试验电压的要求:

电流互感器一般可选用频率为 50Hz的试验电源。电压互感器为防止激磁电流过大,可提高试验电源的频率,但不得超过400Hz。

电压波形应接近正弦形。当波形畸变时 ,应以峰值除以2作为试验电压值。 5.3 试验程序:

试验应在不大于 1/3测量电压下接通电源，升至预加电压，保持10s以上；然后不间断地降到测量电压，保持1min以上，再读取放电量；最后降以1/3测量电压以下，方能切除电源。

注：也可在工频耐压之后,当试验电压降低到要求的电压值时,接着进行局部放电测量。如果测得的局部放电量超过表中所列的允许值,则仍应按上述规定单独进行局部放电试验。

* 皮法即旧称微微法。 6. 允许的局部放电水平(见表) 接地方式 互感器型式 预加电压 ＞10s 测量电压 ＞1min 1.1Um 电流互感器和相对地电压互感器 1.3Um 1)允许局部放电绝缘形式 水平，视在放电量，pC 液体浸渍 固 体 固 体 液体浸渍 固 体 液体浸渍 固 体 液体浸渍 固 体 100 250 10 50 10 50 10 50 10 50 中性点绝缘系统或中性点共振接地系统 1.1Um/3 液体浸渍 1.1Um 相对相电压互感器 电流互感器和相对地电压互感器 相对相电压互感器 1.3Um 0.8×1.3Um 1.3Um 中性点有效接地系统 1.1Um/3 1.1Um 7. 局部放电的观测

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7.1 读取视在放电量值时应以重复出现的、稳定的最高脉冲讯号计算视在放电量。偶而出现的较高的脉冲可以忽略。

7.2 测量回路的背景噪音水平应低于允许放电水平的50%。当试品的允许放电水平为10PC或以下时,背景噪音水平可达到允许放电水平的100%。 测量中明显的干扰可不予考虑。 8. 试验结果的判断

如在施加电压的过程中 ,电压不产生突然下降,而且在施加测量电压期间,测得的视在放电量不超过表中所规定的允许值,则判定被试品合格。

* 只有在制造厂与使用部门商定后,才能按此电压施加。 附加说明 :

本标准由中华人民共和国机械工业部提出 ,由沈阳就压器研究所负责归口。 本标准由沈阳变压顺研究所和北京电力科学研究院负责起草。 本标准主要起草人陈言吉、郭碧红。

国家标准局 1985-11-22发布 1985-12-01实施

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