局部放电检测方法对比

徐肖伟，徐先新，王科

(1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2.华北电力大学，河北 保定 071000)

局部放电检测方法对比

徐肖伟1，徐先新2，王科1

(1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2.华北电力大学，河北 保定 071000)

围绕典型的局部放电类型进行了试验平台的搭建，设计了空气及油中尖-板、板-板、沿面、气隙等多种常见放电模型，通过不同的检测方法对局部放电进行了测试。结合基于脉冲电流法的放电图谱，通过示波器多通道采集的方法，对脉冲电流法、特高频法、超声波法传感器的性能对比，得出了这三种不同的检测方法中测试灵敏度不同的特点。

局放；脉冲电流法；特高频法；超声波法

0 前言

在局部放电的过程中，除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，同时也产生了各种非电的信息，如产生声波、发光、发热、以及出现新的生成物等。通过检测这些现象所产生的脉冲电流、电磁波、声波、光波等物理量可以判断出局部放电的状态，由此相应地出现了脉冲电流法、超声检测法、特高频检测法、光测法、红外检测法等多种检测方法[1-5]。

不同的检测手段和不同厂家的检测设备有其明显的优缺点，如何合理安排检测手段以选用最优厂家的检测设备和最优的局放检测方式进行检测，成为了局放检测研究领域内的关注点[6-11]。

1 常用局放检测方法原理

超声及特高频检测法与脉冲电流法相比有一定的局限性，由于超声及特高频检测方法为非电气接触式，无法获取局放回路的参考电压相位，无法绘制出局放脉冲所对应的电压相位。超声传感器的安装位置为紧贴局放模型的外壳，属于探测声波段的探测器，其容易受到变压器铁芯振动、或外界机械振动所产生的超声等影响。局放所产生的超声在空气或油中传递的过程中衰减过程很快，传感器所贴合的位置也直接到其采集的幅值大小。特高频法是通过特高频天线对局放所产生的电磁脉冲的采集，然后在进行放大发送至设备，由于局放所产生的脉冲在空气中的传播同样也存在衰减的问题，特高频天线的开口方向也影响到信号的幅值大小[6-13]。

因此，就三种方法相比而言，脉冲电流法以其较高的灵敏度、准确度、传输稳定性且不易受到空间干扰等优点，目前在电力系统中使用的最为普遍。而特高频与超声波属于非电气接触式检测手段，其优越性在于对大量的开关柜、或GIS的检测中有一定的方便灵活性，可在不影响电网及设备运行的情况下进行带电测试，目前在电网设备的局放测试中的应用范围也越来越大。

1.1 局放试验平台与试验方法

局部放电试验平台接线如图1所示，由加压系统、耦合电容、典型缺陷模型和多种检测方法组成。加压系统为无晕工频试验电源和耦合电容构成，加压及测量系统的整体局放量＜2 pc。

图1 电气连接原理图

针对不同的放电类型，设计了不同的缺陷模型，主要有尖板间隙、板板间隙、沿面、介质气隙，分别在空气及油中对不同的放电类型进行了局放的检测。

检测方法选为常见的脉冲电流法、特高频法和超声检法。为了更深入并直观的对比三种测试方法的测量灵敏度及测试效果，使用多通道示波器，同时对脉冲电流法检测阻抗、超声及超高频传感器所采集的信号进行了直接波形显示。以便在同一时间坐标系下对不同传感器的响应进行对比。

1.2 放电谱图分析

对不同放电类型的放电谱图进行了分析，即通过放电信号与工频相位的关联性统计谱图对放电特性进行研究。发现对于不同的放电类型，空气中的放电谱图 (图2)有明显的差异性，而对比c图与e图可看出，同种放电类型在空气和油中的放电谱图，也存在明显的差别。

图2 不同的局放缺陷类型脉冲电流法的放电图谱

经过对不同的局放缺陷类型比对，得出比较容易在稳定局放放电状态下的缺陷类型排序为尖板、尖尖、夹板沿面、板板、板板沿面。而同样的缺陷，在空气中比在油中更容易产生稳定的放电，在油中的局放特性为：放电电压比空气中高，且不容易稳定，一旦产生局放，即使局放量很低(200 pc以内)就很容易过渡到击穿或沿面闪络放电。而空气间隙中的局放缺陷模型可以在维持在稳定的电晕放电，例如，空气中的尖板间隙稳定的保持在5 nc以上的局放强度，这也说明了在电气设备中，油浸式的局放检测难度比敞开式空气绝缘的局放检测难度更大。

1.3 不同的检测方法灵敏度

通过多通道示波器同时采集多种传感器波形，分析到的图谱如图5和图6所示。对于同一局放缺陷类型，使用脉冲电流法所捕捉到的一个局放脉冲信号 (通道2)与特高频传感器所捕捉的(通道1)对比可得出，脉冲电流法的检测阻抗的灵敏度要比特高频法传感器的灵敏度高，同一放电脉冲下，脉冲电流检测阻抗 (通道1)所采集的幅值为600 mV，而特高频传感器 (通道2)所采集到的脉冲幅值约为100 mV。

图4是油中尖板沿面的模型在22.5 kV电压下的放电脉冲图，在一个完整的周波范围内，示波器能够清晰的分辨出脉冲电流法检测阻抗所采集到的局放脉冲，其灵敏度均高于特高频及超声波法所采集到的脉冲幅值。

图3 脉冲电流法与特高频传感器所采集信号强度的比较

图4 脉冲电流法、特高频法、超声法传感器采样幅值比较

2 结束语

1)通过搭建局放研究试验平台，分析了不同类型缺陷下的局放特征，绘制了几种典型的局放缺陷在脉冲电流法的图谱。

2)对目前常用的脉冲电流法、特高频法、超声波法三种局放检测方法，进行了性能对比，得出了脉冲电流法较为稳定可靠的结论。

目前非电气接触式的特高频法、超声波法以其灵活、在电网设备不停电的条件下进行测试等优点，在电网中也开始了应用与研究，但是其准确度和相关的检测标准规程的制定还有待更全面的发展与完善。

[1] 罗亚桥.脉冲电流法和超声波法局放测试浅析 [J].电力电容器，1996(2)：31-35

[2] 兰国良，刘辉，郑涛，等.特高频和超声波局部放电综合检测技术的应用 [J].广西电力，2012，(02)：33-36.

[3] Krivda，A..Automated recognition of partial discharges[J]. Dielectrics and Electrical Insulation，IEEE Transactions on，1995，2(5)：796-821.

[4] Pryor B M.A review of partial discharge monitoring in gas insulated substatio-ns[C]//Partial Discharges in Gas Insulated Substations，IEE Colloquium on.IET，1994：1/1-1/2.

[5] Pemen A J M，Rutgers W R，Van Rijn T J M，et al.On-line partial discharge monitoring of HV components[C]//High Voltage Engineering，1999.Eleventh International Symposium on(Conf.Publ.No.467).IET，1999，5：136-139.

[6] Judd M D，Farish O，Pearson J S，et al.Power transformer monitoring using UHF sensors：installation and testing[C]// Electrical Insulation，2000.Conference Record of the 2000 IEEE International Symposium on.IEEE，2000：373-376.

[7] Fromm，U..Interpretation of partial discharges at dc voltages [J].Dielectrics and Electrical Insulation，IEEE Transactions on，1995，2(5)：761-770.

[8] Lundgaard，L.E..Partial discharge.XIV.Acoustic partial discharge detection-practical application[J].Electrical Insulation Magazine，IEEE，1992，8(5)：34-43.

[9] Hoogenraad G，Morshuis P H F，Petrarca C.Classification of partialdischarges for DC equipment[C]//Electrical Insulation and DielectricPhenomena，1996. IEEE 1996 Annual Report of the Conference on.IEEE，1996，1：110 -112.

[10] 李燕青.超声波法检测电力变压器局部放电的研究 [D] .华北电力大学 (河北)，2004.

[11] 黎大健，梁基重，步科伟，等.GIS中典型缺陷局部放电的超声波检测 [J].高压电器，2009，45(1)：72 -75.

[12] Cavallini A，Ramos C G A，Montanari G C，et al. Comparison of ultrasonic，electrical and UHF characteristics of partial discharge emission in oil/paper insulation systems [C] //Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP)，2011 Annual Report Conference on.IEEE，2011：440-443.

[13] 李德军，沈威，郭志强.GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较 [J].高压电器，2009，45 (3)：99-103.

[14] 吴张建，李成榕，齐波，等.GIS局部放电检测中特高频法与超声波法灵敏度的对比研究 [J].现代电力，2010，27(3)：31-36.

Performance Comparison of Different Partial Discharge Detection Methods

XU Xiaowei1，XU Xianxin2，WANG Ke1
(1.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 640217，China；2.North China Electric Power University，Baoding，Hebei 071000，China)

Aiming at typical partial discharge(PD)，this paper build PD test platform.Designed severl common PD model which in oil and air，those model include point-point，plate-plate，surface discharge.Test the PD signal through different methods.Integrate the PD map of pulsating current，by using multiple channel oscillograph acquisition，analyzed the performance of pulsating current sensor，UHF sensor and ultrasonic sensor.This paper reached the peculiarity of three different PD detection methods.

partial discharge，pulsating current，UHF，ultrasonic wave

TM83

B

1006-7345(2015)03-0091-03

2015-01-09

徐肖伟 (1983)，男，工程师，硕士，云南电网有限责任公司电力科学研究院，从事高电压试验技术研究工作 (e-mail) 40858480＠qq.com。

徐先新 (1987)，男，硕士研究生。研究方向电气设备局放检测与状态评估 (e-mail)274236664＠qq.com

王科 (1981)，男，工程师，硕士，从事高电压试验技术、电网配网管理工作 (e-mail)41872645＠qq.com