局部放電檢測技術(shù)

1、局部放電檢測技術(shù)摘要：局部放電試驗(yàn)作為一種非破壞性試驗(yàn)，是電力設(shè)備絕緣檢測和診斷的重要方法。隨著人們對電力設(shè)備可靠性的要求的提高，局部放電技術(shù)快速發(fā)展，各種局部放電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。文章回顧了局部放電檢測技術(shù)的發(fā)展，重點(diǎn)對常用的幾種局部放電測試方法進(jìn)行介紹，并對未來的局部放電檢測作了展望。關(guān)鍵詞：局部放電 絕緣檢測 氣隙 超高頻 Abstract: As a kind of non-destructive testing, the partial discharge test is of the important methods for electric power equipment insu

2、lation detection and diagnosis. With the increasing demand for electric power equipment reliability, partial discharge technologies develop rapidly , all kinds of partial discharge technology arises at the historic moment. The paper reviews the development of partial discharge detection technique, i

3、ntroduces the most popular method of PD detection, and gives a forecast for the future development of PD test. Keywords: partial discharge， insulation detectionair gap，UHF1.引言電力設(shè)備絕緣在運(yùn)行中受到電、熱、機(jī)械、不良環(huán)境等各種因素的影響，其性能會(huì)逐漸劣化，以致出現(xiàn)缺陷，造成故障。而絕緣檢測和診斷技術(shù)可以早期發(fā)現(xiàn)故障,其中局部放電檢測技術(shù)作為一種非破壞性的檢測技術(shù)，運(yùn)用廣泛 梁曦東等 高電壓工程110-111。局部放電是絕

4、緣介質(zhì)外施電壓高到一定程度時(shí)產(chǎn)生電離的一種電氣放電現(xiàn)象是由于高壓設(shè)備絕緣內(nèi)部的一些氣泡、空隙、雜質(zhì)和污穢等缺陷造成的。局部放電在高壓絕緣中普遍存在，雖然局部放電分散發(fā)生在極微小的局部空間內(nèi)，一般不會(huì)引起絕緣的穿透性擊穿，但可以導(dǎo)致電介質(zhì)的局部損壞。若局部放電長期存在，在一定條件下會(huì)導(dǎo)致絕緣擊穿和沿面閃絡(luò)。對電力設(shè)備進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，不但能夠了解設(shè)備的絕緣狀況，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)許多有關(guān)制造與安裝方面的問題，確定絕緣故障的原因及其嚴(yán)重程度。局部放電被人們所認(rèn)知是在1777年，Lichtenberg利用伏特新設(shè)計(jì)的檢測儀可以看到奇妙的星形或圓形塵埃輪廓，并認(rèn)為這些輪廓代表著絕緣表面的放電現(xiàn)象。而1873

5、年Maxwell提出的電磁學(xué)假設(shè)及1896年赫茲的實(shí)驗(yàn)證明都成為了局部放電檢測設(shè)備設(shè)計(jì)和物理模型開發(fā)的的基礎(chǔ)，1919年開發(fā)的基于西林電橋的功耗電橋是最早的局部放電檢測設(shè)備 郭俊 吳廣寧 張血琴 舒雯 局部放電檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展 電工技術(shù)學(xué)報(bào) 2005（20）2。1960年提出的積分電橋方法在局部放電的物理研究中具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，并仍在使用3。此后，各種局部放電檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?；趯Πl(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的各種光、電、聲、熱等現(xiàn)象的研究，局部放電檢測技術(shù)也相應(yīng)出現(xiàn)了電檢測法和非電檢測法。1. 局部放電機(jī)理局部放電可能出現(xiàn)在固體絕緣的空穴中，也可能在液體絕緣的氣泡中，或不同介電特性的絕緣層間，或金

6、屬表面的邊緣尖角部位。所以大致可分為絕緣材料內(nèi)部放電、表面放電和電暈放電。局部放電是由于電氣設(shè)備內(nèi)部存在一些弱點(diǎn)，為了方便研究常用三電容模型來解釋局部放電的機(jī)理，如下圖所示。VCaCbCgVa圖1 固體介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電三電容模型（a） 通過氣孔的介質(zhì)剖面 （b）等效回路圖中，Cg代表氣隙的電容；Cb代表與Cg串聯(lián)部分的介質(zhì)的電容；Ca代表其余部分絕緣的電容。若在電極間加上交流電壓u，則出現(xiàn)在Cg上的電壓為ug，即（1-1） 因?yàn)闅庀逗苄。珻g比Cb大很多，故ug比u小很多。局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流變化如下圖所示。圖2 局部放電時(shí)氣隙中的電壓與電流的變化ug隨u升高，當(dāng)u上升到起始放電電壓u

7、s，ug達(dá)到Cg的放電電壓Ug時(shí)，Cg氣隙放電，于是Cg上的電壓很快從Ug降到Ur，放點(diǎn)熄滅，則 （1-2）式中，uc為相應(yīng)的外施電壓；Ur為殘余電壓（0UrUg）。放點(diǎn)后在Cg上重建的電壓將不同于ug，只是隨著外施電壓的上升類似于ug的上升趨勢，從Ur上升，當(dāng)升到Ug也即外施電壓又上升了時(shí)，Cg再次放電，放點(diǎn)再次熄滅，電壓再次降到Ur。Cg上的電壓變動(dòng)在Ug至Ur間的時(shí)間，也即產(chǎn)生局部放電脈沖的時(shí)間，此時(shí)通過Cg在外回路有一脈沖電流i，它是檢測局部放電的主要依據(jù)。從上圖可知，當(dāng)Cg放電引起電壓變化為（Ug-Ur）時(shí)，回路放出的電荷qr應(yīng)為當(dāng)Ca>>Cb,Cg>>Cb,

8、Ur=0時(shí)，qrUgCgCa上的電壓也即外施電壓的變化U應(yīng)為 有上兩式可得： 若相應(yīng)的電荷變化量為q，則由上兩式得 是實(shí)際放電電荷，但無法測量。而式中的和Cx均可檢測得到，故q是很可以得到的，一般用pC表示，稱為視在電荷量。從上式可知，它比實(shí)際的放電電荷小很多，可用它來表示電氣設(shè)備的局部放電量。一次脈沖放電的能量W應(yīng)為若，則 式中，均可求得，故一次脈沖放出的能量也是可以求得的。q和W都是局部放電的特征參量，但只是一次脈沖放出的電荷量和能量。半周期內(nèi)能發(fā)出好多個(gè)脈沖，一秒內(nèi)的脈沖數(shù)，即放電重復(fù)率n也是個(gè)重要參數(shù)。從上圖知Cg第一次放電熄滅后，外施電壓每上升，可使Cg放電一次。在過峰值前的最后一次

9、放電后，雖外施電壓繼續(xù)上升，但它小于，Cg不可能放電。當(dāng)ut過峰值并下降，ug將隨之下降至Ur，u再下降uc，則ug降為零。若負(fù)極性下放電電壓仍為Ug，則u必須在下降us才可以使Cg被反沖電到Ug。故過峰值后Cg第一次放電發(fā)生在從Umax下降時(shí)。此后ut沒下降，Cg即放電和熄滅一次。若從+Umax到-Umax半周期的放電次數(shù)為N，則即 每秒內(nèi)放電次數(shù)為 上述機(jī)理只分析了絕緣材料只存在一個(gè)氣隙且這個(gè)氣隙的放電電壓與極性無關(guān)的情況，實(shí)際的試驗(yàn)中氣隙往往多于一個(gè)，兩種極性的放電電壓也不同，分析也更復(fù)雜。局部放電強(qiáng)度參數(shù)測量除視在放電量、單次放電能量、放電次數(shù)頻度外，還有平均放電電流、平均放電功率等，

10、但以視在放電量的測量最為普遍 關(guān)根志 高電壓工程基礎(chǔ)81-82。3.局部放電檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀 局部放電時(shí)會(huì)發(fā)生許多電的（如電脈沖，介質(zhì)損耗的增大和電磁波發(fā)射）和非電的（如光、聲、熱、化學(xué)變化）現(xiàn)象，因此檢測方法也可分為電的和非電的兩類。 3.1 電檢測法 局部放電最直接的現(xiàn)象即引起電極間的電荷移動(dòng)。每一次局部放電都伴有一定數(shù)量的電荷通過電介質(zhì)，引起試樣外部電極上的電壓變化。另外，每次放電過程持續(xù)時(shí)間很短，在氣隙中一次放電過程在 10 ns 量級；在油隙中一次放電時(shí)間也只有 1µs。根據(jù) Maxwell 電磁理論，如此短持續(xù)時(shí)間的放電脈沖會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁信號向外輻射。局部放電電檢測法

11、即是基于這兩個(gè)原理。常見的檢測方法有脈沖電流法、無線電干擾電壓法、介質(zhì)損耗分析法等等。特別是，20 世紀(jì) 80 年代由 S. A. Boggs 博士和 G. C. Stone 博士提出的超高頻檢測法近年來得到廣泛關(guān)注 Boggs S A, Stone C. Fundamental limitations in the measurement of corona and partia discharge. IEEE Trans. on EI 1982, 17 (2): 143150 ，并逐漸有實(shí)用化的產(chǎn)品問世。3.1.1 脈沖電流法 脈沖電流法是一種應(yīng)用最為廣泛的局部放電測試方法，國際電工委員會(huì)

12、（IEC）專門對此方法制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（IEC270）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工頻交流下局部放電的測試方法，同時(shí)，此方法也適合于直流條件下的局部放電測量。 脈沖電流法的基本測試回路分為直接法和平衡法兩種。脈沖電流法的局部放電檢測回路（a） 并聯(lián)法 （b）串聯(lián)法 （c）平衡法直接法的檢測回路分為并聯(lián)法和串聯(lián)法兩類，如上圖（a）（b）所示。其目的都是要使被測試品Cx局部放電時(shí)產(chǎn)生的脈沖電流作用到檢測阻抗Zm上，然后Zm上的電壓經(jīng)放大后送到測量儀器中去，根據(jù)Zm上的電壓可推算出局部放電的視在電荷量。圖中耦合電容Ck為脈沖電流提供低阻抗通道，低通濾波器Z只允許工頻電流通過而阻塞局部放電所產(chǎn)生的高頻脈沖電流。圖（a

13、）中Zm直接與被測物并聯(lián)，稱為并聯(lián)法；圖（b）中Zm與被測物串聯(lián)，稱為串聯(lián)法，不難看出兩者對高頻脈沖電流的回路是相同的，都是串聯(lián)的流經(jīng)Cx、Ck和Zm三個(gè)元件；在理論上兩者的靈敏度是相等的。如（c）所示，為了提高抗干擾的能力，可以采用電橋平衡原理來檢測直測法常遇到各種干擾，特別是在現(xiàn)場環(huán)境下，會(huì)嚴(yán)重影響測試靈敏度。而平衡法由于其抑制共模干擾的優(yōu)良性能，得到廣泛采用。平衡法測試回路有西林電橋、差分電橋以及雙電橋等形式。目前西林電橋干擾抑制比可達(dá)到幾十，差分法可達(dá)到數(shù)百甚至上千。但是，平衡法的測量靈敏度一般比直測法低。 脈沖電流法應(yīng)用廣泛，目前市場上大部分電類局部放電測試儀都采用直測法回路，如瑞士

14、 Haefely公司的 TE571 局部放電測試儀、JFD2 局部放電測試儀等等。湖北省電力試驗(yàn)研究院于 2003 年曾對三峽工程左岸電站 2 號 TWUM840MVA/550kV 變壓器進(jìn)行了現(xiàn)場局部放電的離線檢測，檢測時(shí)最小背景干擾 3.5pC，最小檢測量 33.5 pC 湖北省電力試驗(yàn)研究院 三峽工程左岸電站2號TWUM-840MVA/550kV變壓器局部放電試驗(yàn). 變壓器，2003，（9）：24-26。 3.1.2 無線電干擾電壓法（RIV） 無線電干擾電壓法，包括射頻檢測法，最早可追溯到 1925 年，Schwarger 發(fā)現(xiàn)電暈放電會(huì)發(fā)射電磁波，通過無線電干擾電壓表可以檢測到局部放

15、電的發(fā)生。國外目前仍有采用無線電干擾電壓表檢測局部放電的運(yùn)用，在國內(nèi)，常用射頻傳感器檢測放電，故又叫射頻檢測法。較常用射頻傳感器有電容傳感器、Rogowski 線圈電流傳感器和射頻天線傳感器等 李景祿等 高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)與狀態(tài)診斷 57-73。 Rogowski 線圈電流傳感器是 20 世紀(jì) 80 年代由英國的 Wilson 等人提出，1996 年，吳廣寧等人對該傳感器做出改進(jìn)，設(shè)計(jì)出用于大型電機(jī)局部放電在線監(jiān)測用的寬頻電流傳感器，并獲得實(shí)用新型專利（ZL97 2 42089.4）。該傳感器在我國陜西秦嶺發(fā)電廠、蘭州西固熱電廠已有應(yīng)用 吳廣寧等 大型電機(jī)局部放電在線檢測用寬頻電流傳感器及應(yīng)用的

16、研究.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，30（6）：8-14.。清華大學(xué)朱德恒等人將此傳感器用于大型汽輪發(fā)電機(jī)-變壓器組的局部放電在線監(jiān)測，并在元寶山發(fā)電廠投入試運(yùn)行取得一定效果 王曉寧，朱德恒。汽輪發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測技術(shù)的研究.大電機(jī)技術(shù)，2003（3）：1-4。 羅氏線圈 電容式傳感器RIV 方法能定性檢測局部放電是否發(fā)生，甚至可以根據(jù)電磁信號的強(qiáng)弱對電機(jī)線棒和沒有屏蔽層的長電纜進(jìn)行局部放電定位；采用 Rogowski 線圈傳感器也能定量檢測放電強(qiáng)度，且測試頻帶較寬（130MHz），現(xiàn)場測試證明，該方法具有較好的實(shí)用價(jià)值。 3.1.3 介質(zhì)損耗分析法（DLA） 局部放電對絕緣材料的破壞作用是

17、與局部放電消耗的能量直接相關(guān)的，因此對放電消耗功率的測量很早就引起人們的重視。在大多數(shù)絕緣結(jié)構(gòu)中，隨著電壓的升高，絕緣中氣隙（或氣泡）的數(shù)目將增加。此外局部放電的現(xiàn)象將導(dǎo)致介質(zhì)的損壞，從而使得tan大大增加。因此可以通過測量tan 的值來測量局部放電能量從而判斷絕緣材料和結(jié)構(gòu)的性能情況介質(zhì)損耗分析法特別適用于測量低氣壓中存在的輝光或者亞輝光放電。由于輝光放電不產(chǎn)生放電脈沖信號，而亞輝光放電的脈沖上升沿時(shí)間太長，普通的脈沖電流法檢測裝置中難以檢測出來。但這種放電消耗的能量很大，使得tan很大，故只有采用電橋法檢測tan才能判斷這種放電的狀態(tài)和帶來的危害。但是，DLA 方法只能定性的測量局部放電是

18、否發(fā)生，基本不能檢測局部放電量的大小，這限制了DLA 方法的運(yùn)用。目前關(guān)于用 DLA 方法測局部放電的報(bào)道還很少。 3.1.4 超高頻（UHF）局部放電檢測技術(shù) 在 20 世紀(jì) 80 年代以前，市場上局部放電檢測儀的工作頻帶僅在 1MHz 以下。1982 年 Boggs 和Stone 在他們的試驗(yàn)中使測試儀器的測量頻帶達(dá)到1GHz，成功的測試出 GIS 中的初始局部放電脈沖。在此頻帶下，噪聲信號衰減劇烈，可有效的實(shí)現(xiàn)噪聲抑制，且可以基本無損的再現(xiàn)局部放電脈沖，從而深化對局部放電的機(jī)理性研究。 超高頻檢測又分為超高頻窄帶檢測和超高頻超寬頻帶檢測。前者中心頻率在 500MHz 以上，帶寬十幾 MH

19、z 或幾十 MHz，后者帶寬可達(dá)幾 GHz。由于超高頻超寬頻帶檢測技術(shù)有噪聲抑制比高、包含信息多等優(yōu)點(diǎn)受到人們的關(guān)注，通常所說的超高頻檢測技術(shù)即指超高頻超寬頻帶檢測。 用于超高頻局部放電檢測的傳感器主要為微帶天線傳感器。利用微帶天線作傳感器早在 1980 年Kurtz 等人就提出過，他們設(shè)計(jì)的傳感器用于大型電機(jī)局部放電測試，安裝在一個(gè)或兩個(gè)磁極上，可探測到單根定子線棒的放電。目前，微帶天線傳感器已在檢測大型電力變壓器、GIS、電力電纜等設(shè)備的局部放電上有相關(guān)應(yīng)用。 對于大電機(jī)局部放電檢測，H. G. Sedding 等人在 1991 年 提 出 一 種 定 子 槽 耦 合 器 （stator

20、slot coupler），該傳感器由接地平面、帶狀感應(yīng)導(dǎo)體及兩端同軸輸出電纜組成，其耦合方式既不是感性也不是容性，而是具有分布參數(shù)的性質(zhì)，因此具有非常寬的頻帶，且能夠反映內(nèi)部放電和外部干擾在波形上的差異 Sedding H G, Cambell R S, Stone G C,et al.IEEE Trans. On Energy Conversions,1991,6(4):700-706。超高頻局放檢測裝置 以上列舉了一些電力設(shè)備常用局部放電檢測方法。從目前市場上看，電測法仍是局部放電檢測中最重要的手段，其中的脈沖電流法已經(jīng)很成熟，由于其檢測靈敏度很高，且容易進(jìn)行放電量校準(zhǔn)，采用高頻檢測阻抗

21、還可準(zhǔn)確再現(xiàn)局部放電脈沖波形，故在進(jìn)行局部放電機(jī)理研究、實(shí)驗(yàn)室離線測試中占主導(dǎo)地位。但是，由于其易受到外電路的電磁干擾，使其靈敏度大大下降，在現(xiàn)場環(huán)境中，脈沖電流法應(yīng)用并不很多。無線電干擾電壓法中 Rogowski 線圈傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，檢測靈敏度高、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，在局部放電在線監(jiān)測中被廣泛采用，現(xiàn)在大型電機(jī)、變壓器、GIS 等設(shè)備的在線監(jiān)測中均有應(yīng)用。超高頻檢測法是近年發(fā)展起來的新型局部放電檢測方法，具有頻帶高、靈敏度好、抗電磁干擾能力強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有潛力的局部放電在線檢測方法。但是，超高頻檢測用微帶天線傳感器目前還在研究之中，制造工藝要求甚高，技術(shù)尚不成熟。 3.2

22、非電量檢測法 局部放電發(fā)生時(shí)，常伴有光、聲、熱等現(xiàn)象的發(fā)生，對此，局部放電檢測技術(shù)中也相應(yīng)出現(xiàn)了光測法、聲測法、紅外熱測法等非電量檢測方法。較之電檢測法，非電量檢測方法具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、與試樣電容無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。 3.2.1 聲測法 介質(zhì)中發(fā)生局部放電時(shí)，其瞬時(shí)釋放的能量將放電源周圍的介質(zhì)加熱使其蒸發(fā)，效果就像一個(gè)小爆炸。此時(shí)放電源如同一個(gè)聲源，向外發(fā)出聲波。由于放電持續(xù)時(shí)間很短，所發(fā)射的聲波頻譜很寬，可達(dá)到數(shù) MHz。要有效檢測聲信號并將其轉(zhuǎn)化為電信號，傳感器的選擇是關(guān)鍵。常用的聲傳感器有用于氣體中的電容麥克風(fēng)（condenser microphone）、電介體麥克風(fēng)（ electrets

23、microphone）和動(dòng)態(tài)麥克風(fēng)dynamic microphone）；用于液體中類似于聲納的所謂水中聽診器（hydrophone）；用于固體中的測震儀（accelerometer）和聲發(fā)射（acoustic emission）傳感器。 在聲電傳感器中，工作頻帶和靈敏度是兩個(gè)最為重要的指標(biāo)。若傳感器工作頻帶過窄，脈沖相應(yīng)時(shí)間過長容易造成信號混疊，故必須保證傳感器一定的工作頻帶。而在寬頻傳感器中，要求傳感器幾何尺寸必須小于聲波波長，但是，減小傳感器體積會(huì)導(dǎo)致傳感器測量面積減小，進(jìn)而降低測試靈敏度；反之，若為了增大靈敏度而增大傳感器幾何尺寸又會(huì)導(dǎo)致傳感器工作頻帶減小。實(shí)際設(shè)計(jì)中，往往結(jié)合現(xiàn)場條件

24、，折中考慮這兩方面的要求。 較之電測法，聲測法在復(fù)雜設(shè)備放電源定位方面有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于聲波在傳播途徑中衰減、畸變嚴(yán)重，聲測法基本不能反映放電量的大小Lundgaard L E. Partial discharge-XIII: Acoustic partial discharge detection-fundamental considerations. IEEE Electrical Insulation Magazine，19928(4)：2531. 。這使得實(shí)際中一般不獨(dú)立使用聲測法，而將聲測法和電測法結(jié)合起來使用。 3.2.2 光測法 近年來采用光測法在局部放電特征及介質(zhì)老化機(jī)理

25、等方面的研究做了大量工作，但是，由于傳感器必須侵入設(shè)備，且設(shè)備透光性能不好或者根本不能透光，光測法只能測試表面放電和電暈放電，故在現(xiàn)場中光測法基本上沒有直接應(yīng)用。 近年來，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，將光纖技術(shù)和聲測法相結(jié)合提出了聲光測法。該方法采用光纖傳感器，局部放電產(chǎn)生的聲波壓迫使得光纖性質(zhì)改變，導(dǎo)致光纖輸出信號改變，從而可以測得放電。國外在電力變壓器和 GIS 設(shè)備中均有相關(guān)應(yīng)用。Black Burn 等人將光纖傳感器伸入到變壓器內(nèi)部測量局放，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，超聲波在油中傳播，這種機(jī)械壓力波擠壓光纖，引起光纖變形，導(dǎo)致光折射率和光纖長度的變化，從而光波將被調(diào)制，通過適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測

26、量出超聲波，可實(shí)現(xiàn)放電定位 BlackBurn T R, James R E. Optical fibre sensor for partial discharge detection and location in high voltage power transformers. Proc. IEE 6th Int. Conf. On Diel. Mat. Meas.,and Appl., 1992: 3336 。 3.2.3 化學(xué)檢測法 當(dāng)電力設(shè)備絕緣中發(fā)生局部放電時(shí)，各種絕緣材料會(huì)發(fā)生分解破壞，產(chǎn)生新的生成物，通過檢測生成物的組成和濃度，可以判斷局部放電的狀態(tài)?；瘜W(xué)檢測方法一般檢測氣體、

27、液體絕緣介質(zhì)，已在GIS、變壓器等設(shè)備上有相關(guān)應(yīng)用。 在 GIS 中，局部放電會(huì)使 SF6氣體分解，主要生成 SOF2和 SO2F2 Chu F Y. SF6 decomposition in gas insulated equipment. IEEE Trans.on EI, 1986, 21：693726 。用氣體傳感器檢測這兩種氣體的含量即可檢測是否有局部放電產(chǎn)生在電力變壓器中，油色譜分析（DGA）方法是一種簡單、經(jīng)濟(jì)、有效的在線監(jiān)測方法。它通過色譜柱、氣體傳感器分離、檢測出變壓器油中各種可溶性氣體的含量，并由此判斷變壓器絕緣狀況。 在大型氣冷發(fā)電機(jī)中，也有應(yīng)用化學(xué)檢測法對流通、冷卻氣體

28、進(jìn)行采樣、檢測，進(jìn)而判斷絕緣狀態(tài)的例子。但是，至今為止，化學(xué)檢測法仍只能定性檢測是否有局部放電產(chǎn)生，基本不能反映放電的性質(zhì)、強(qiáng)度和位置。 在眾多非電量檢測中，超聲測法和化學(xué)檢測法受到人們普遍關(guān)注。超聲測法能夠有效地定位放電源，化學(xué)檢測法在氣體、液體絕緣介質(zhì)中應(yīng)用廣泛。但非電量檢測法較之電量檢測法，靈敏度不高且很難或者不能對放電性質(zhì)、放電強(qiáng)度進(jìn)行判斷，故常和電檢測法結(jié)合應(yīng)用，作為電檢測法的輔助檢測手段。 4.局部放電檢測技術(shù)的發(fā)展近年來，隨著變頻技術(shù)的推廣以及脈沖功率技術(shù)的應(yīng)用，電力設(shè)備絕緣出現(xiàn)大批過早老化的情況。局部放電作為評價(jià)電力設(shè)備絕緣狀況的重要指標(biāo)，被證實(shí)用在高壓直流和高壓連續(xù)脈沖下也能

29、反映設(shè)備的絕緣狀態(tài)。但是，傳統(tǒng)的局部放電檢測技術(shù)在此條件下無法獲得良好效果，如何在這些條件下進(jìn)行局部放電檢測并獲得反映絕緣狀況的有效數(shù)據(jù)成為今后局部放電檢測技術(shù)研究的新方向。4.1 高壓直流下局部放電檢測技術(shù) 隨著脈沖功率技術(shù)的應(yīng)用，對其核心器件高電壓高儲能密度電容器（簡稱高壓儲能電容器）的可靠性也提出了更高的要求。然而，在此系統(tǒng)的可靠性檢測方面主要存在兩個(gè)問題：一是當(dāng)前的產(chǎn)品驗(yàn)收手段不能有效的檢測出產(chǎn)品的某些內(nèi)部缺陷；二是目前缺乏有效的方法評估服役期間電容器的絕緣老化狀況。對電容器進(jìn)行局部放電檢測無疑是判斷產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段和進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的重要項(xiàng)目之一。但是，如何將直流局部放電檢測技術(shù)

30、用于大容量（µF 級）高壓儲能電容器的絕緣評估，國內(nèi)外的理論探討和實(shí)驗(yàn)研究都落后于實(shí)際需要。 在國外，S. A. Boggs 教授和 R. G. Bommakanti教授提出一種針對大容量電容器局部放電測試的最優(yōu)化電檢測方法。當(dāng)各種因素都得到很好控制時(shí)，該測試系統(tǒng)的靈敏度不受電容器的內(nèi)部電感影響， 可達(dá)到 1000 C pC（C 的單位為 F）。目前國內(nèi)關(guān)于直流局部放電的研究鮮有報(bào)道。于欽學(xué)等人對換流變壓器中的油紙絕緣試樣進(jìn)行了直流局部放電性能研究，得出了放電重復(fù)率隨溫度與外加電壓的變化關(guān)系。 高壓直流下局部放電檢測技術(shù)的關(guān)鍵在于如何提高信噪比。西安交通大學(xué)劉剛和屠德民提出了在干擾環(huán)

31、境下測量局部放電信號的選頻平衡法，其最小可測放電量與試樣的電容量成正比，該方法能較好抑制噪聲，而且不要求樣品和用于平衡的元件容量相同。西南交通大學(xué)的張血琴、吳廣寧等人近年開展了高壓直流下局部放電檢測技術(shù)的研究，采用傳統(tǒng)的脈沖電流法與數(shù)字濾波技術(shù)相結(jié)合的方法，對紙膜復(fù)合的高壓儲能電容器進(jìn)行局部放電檢測。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)測量中的干擾源主要包括電源干擾、窄帶干擾和白噪聲，通過 FFT 濾波和窄帶濾波法以及小波分析技術(shù)能對抑制這些干擾取得比較滿意的效果。 在工程實(shí)踐中，盡管采用了很多提高測試系統(tǒng)信噪比的方法，其靈敏度仍然取決于外界干擾信號的大小。比如對于容量為 1µF 的電容器，根據(jù)理論計(jì)算，測試電

32、路的靈敏度最佳可以達(dá)到 1pC；但是試驗(yàn)表明，用電測法卻很難達(dá)到 20pC。建立高靈敏度、高信噪比的局部放電檢測系統(tǒng)仍是高壓直流條件下局部放電檢測技術(shù)的關(guān)鍵問題。 4.2 脈沖條件下局部放電檢測技術(shù) 20 世紀(jì) 90 年代以來，隨著變頻電源在調(diào)速系統(tǒng)中的廣泛使用，出現(xiàn)了大批變頻調(diào)速電機(jī)絕緣過早破壞的情況，這種情況在高速牽引機(jī)車中的變頻牽引電機(jī)（采用 PWM 變頻電源）中顯得尤為突出。 國際上針對變頻調(diào)速電機(jī)絕緣過早破壞開展了一定的研究工作，德國、美國、加拿大等的部分研究者已發(fā)表了一些試驗(yàn)結(jié)果。德國 K. Muller 等研究者認(rèn)為傳統(tǒng)的局部放電測量系統(tǒng)不能準(zhǔn)確的測量PWM 變頻電機(jī)內(nèi)部的局部放

33、電，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的局部放電測量系統(tǒng)是在正弦、工頻條件下進(jìn)行測量的；而在 PWM 變頻電機(jī)運(yùn)行條件下局部放電應(yīng)該發(fā)生在非正弦、高頻條件下，這導(dǎo)致局部放電對絕緣的損壞更加嚴(yán)重，最終導(dǎo)致絕緣的老化、破壞。同時(shí)，PWM 變頻電源輸出電壓和局部放電信號有相似的頻譜范圍（相差只有 12 個(gè)數(shù)量級，工頻下相差 67個(gè)數(shù)量級），這使得現(xiàn)有的局部放電監(jiān)測系統(tǒng)在脈沖條件下完全不能應(yīng)用。 因此，如何測量脈沖條件下絕緣介質(zhì)中的局部放電，成為研究變頻電機(jī)過早老化的關(guān)鍵問題之一。 國外在 20 世紀(jì) 90 年代起就進(jìn)行了 PWM 變頻電源下的局部放電檢測研究。意大利的 G. Coletti等人利用圖 4 所示的測試電路，對 PWM 變頻電機(jī)中的絞線對試樣進(jìn)行絕緣膜局部放電測試；日本的Hitoshi Okubo、Naoki Hayakawa 等人也對絞線對試樣進(jìn)行局部放電測試，對比了工頻和脈沖條件下起始放電電壓的關(guān)系，并得出脈沖條件下起始放電電