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- 日期: 2025-10-13
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局放监测技术原理
1 特高频局放检测技术
电气设备绝缘介质中每一次局部放电都发生正负电荷的中和，伴随有一个很陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。通过UHF（300M—3GHz）传感器接收局部放电辐射的UHF电磁波，实现局部放电的检测，这一方法叫做局部放电的特高频检测方法。研究认为，每一次局部放电过程都伴随着正负电荷的中和，并出现陡度很大的电流脉冲，同时向周围辐射电磁波。局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局部放电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。当放电间隙比较小、放电间隙的绝缘强度比较高时，放电过程的时间比较短、电流脉冲的陡度比较大，辐射的电磁波信号的特高频分量比较丰富。
图 1 SF6正极性放电脉冲电流波形
图 2 特高频检测法基本原理
特高频检测技术优点：
（1）特高频局部放电检测技术灵敏度高。
（2）现场抗低频电晕干扰能力较强。特高频法的检测频段通常为300MHz～3000MHz，有效的避开了现场电晕等干扰（主要在200MHz以下），因此具有较强的抗干扰能力。
（3）可实现局部放电源定位。
（4）利于绝缘缺陷类型识别。不同类型绝缘缺陷的局部放电所产生的特高频信号具有不同的谱图特征，可根据这些特点判断绝缘缺陷类型。
特高频检测技术缺点：
（1）容易受到环境中特高频电磁干扰的影响。
（2）外置式传感器对全金属封闭的电力设备无法实施检测。
（3）尚未实现缺陷劣化程度的量化描述。
2 高频局放检测技术
高频局部放电检测方法是用于电力设备局部放电缺陷检测与定位的常用测量方法之一，其检测频率范围通常在3MHz到30MHz之间。高频局部放电检测技术可广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备的局放检测，其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合，也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。
高频局部放电检测方法，根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。电感型传感器中高频电流传感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT）具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点，因此应用最为广泛，其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测，高频电流传感器多采用罗格夫斯基线圈结构。
图 3 电感式传感器局放测试示意图
高频局放检测技术的技术优势：
（1）可进行局部放电强度的量化描述。
（2）具有便于携带、方便应用、性价比高等优点。
（3）检测灵敏度较高。
3 超声波局放检测原理
电力设备在放电过程中会产生声波。从能量的角度来看，放电是一个能量瞬时爆发的过程，是电能以声能、光能、热能、电磁能等形式释放出去的过程，在空气间隙中发生电气击穿时，放电瞬时完成，其电能瞬时转化为热能导致放电中心气体的膨胀，这种瞬时膨胀的结果以声波的形式传播出去，就是最初的声源，随着最初的声波传播，传播区域内的气体被加热，形成一个等温区，其温度高于环境温度 当这些气体冷却时，气体又开始收缩，收缩的结果就是较低频率和强度的后续波，它可以是可闻声波或超声波。超声波是指振动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。高压开关柜内产生局部放电时的超声波信号可以利用非接触式超声波传感器在柜体缝隙处进行检测，也可以利用接触式超声波传感器在柜体上进行检测。
图 4 超声波检测局部放电基本原理
超声检测技术优点：
（1）超声波检测技术抗电磁干扰能力强。电力设备在运行过程中存在着较强的电磁干扰，而超声波检测是非电检测方法，可以有效避免电磁干扰，取得更好的检测效果。
（2）超声波检测技术便于实现放电定位。超声波信号在传播过程中具有很强的方向性，能量集中，因此在检测过程中易于得到定向而集中的波束，从而方便进行定位。
（3）超声波检测技术检测效率高。开关柜类设备由于其体积较小，利用超声波可对开关室、开闭站等进行快速的巡检，具有较高的检测效率。
（4）超声波检测技术对沿面放电、电晕放电、尖端放电和绝缘子表面放电比较敏感，检测效果较好。
4 暂态地电压局放检测原理
高压电气设备发生局部放电时，变化的电场周围会产生出磁场，放电产生的磁场以电磁波的形式对外传播。由于屏蔽层在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位由于成型等原因会出现不连续，局部放电产生的电磁波就会通过这些屏蔽体的不连续处传播到设备金属屏蔽壳外。电容性传感器感应到这些电磁波后，会对地产生一定的暂态地电压脉冲信号。
目前暂态地电压法检测设备大都采用电容性探测器来检测放电脉冲。局放发生时，电压、电流脉冲信号沿着试品金属外壳的内表面进行传播，遇到开口、接头等缝隙时传出设备，再沿着金属外壳的外表面传播至大地，其瞬时电压值在几个毫伏至几伏的范围内变化且存在时间很短。放电脉冲倍外置的电容性探测器检测到后，经过一系列的放大、滤波等进入采集单元进行处理，最后通过测试软件对放电信号进行分析。
图 5 暂态地电压信号的产生机理示意图
暂态地电压检测技术优点：
（1）暂态地电压检测技术是一种检测电力设备内部绝缘缺陷的技术，广泛应用于开关柜、环网柜、电缆分支箱等配电设备的内部绝缘缺陷检测。
（2）暂态地电压检测技术原理简单，仪器使用方便。
（3）暂态地电压检测技术对尖端放电、电晕放电和绝缘子内部放电比较敏感，检测效果较好。
1 特高频局放检测技术
电气设备绝缘介质中每一次局部放电都发生正负电荷的中和，伴随有一个很陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。通过UHF（300M—3GHz）传感器接收局部放电辐射的UHF电磁波，实现局部放电的检测，这一方法叫做局部放电的特高频检测方法。研究认为，每一次局部放电过程都伴随着正负电荷的中和，并出现陡度很大的电流脉冲，同时向周围辐射电磁波。局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局部放电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。当放电间隙比较小、放电间隙的绝缘强度比较高时，放电过程的时间比较短、电流脉冲的陡度比较大，辐射的电磁波信号的特高频分量比较丰富。
图 1 SF6正极性放电脉冲电流波形
图 2 特高频检测法基本原理
特高频检测技术优点：
（1）特高频局部放电检测技术灵敏度高。
（2）现场抗低频电晕干扰能力较强。特高频法的检测频段通常为300MHz～3000MHz，有效的避开了现场电晕等干扰（主要在200MHz以下），因此具有较强的抗干扰能力。
（3）可实现局部放电源定位。
（4）利于绝缘缺陷类型识别。不同类型绝缘缺陷的局部放电所产生的特高频信号具有不同的谱图特征，可根据这些特点判断绝缘缺陷类型。
特高频检测技术缺点：
（1）容易受到环境中特高频电磁干扰的影响。
（2）外置式传感器对全金属封闭的电力设备无法实施检测。
（3）尚未实现缺陷劣化程度的量化描述。
2 高频局放检测技术
高频局部放电检测方法是用于电力设备局部放电缺陷检测与定位的常用测量方法之一，其检测频率范围通常在3MHz到30MHz之间。高频局部放电检测技术可广泛应用于电力电缆及其附件、变压器、电抗器、旋转电机等电力设备的局放检测，其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合，也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。
高频局部放电检测方法，根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。电感型传感器中高频电流传感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT）具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点，因此应用最为广泛，其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测，高频电流传感器多采用罗格夫斯基线圈结构。
图 3 电感式传感器局放测试示意图
高频局放检测技术的技术优势：
（1）可进行局部放电强度的量化描述。
（2）具有便于携带、方便应用、性价比高等优点。
（3）检测灵敏度较高。
3 超声波局放检测原理
电力设备在放电过程中会产生声波。从能量的角度来看，放电是一个能量瞬时爆发的过程，是电能以声能、光能、热能、电磁能等形式释放出去的过程，在空气间隙中发生电气击穿时，放电瞬时完成，其电能瞬时转化为热能导致放电中心气体的膨胀，这种瞬时膨胀的结果以声波的形式传播出去，就是最初的声源，随着最初的声波传播，传播区域内的气体被加热，形成一个等温区，其温度高于环境温度 当这些气体冷却时，气体又开始收缩，收缩的结果就是较低频率和强度的后续波，它可以是可闻声波或超声波。超声波是指振动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。高压开关柜内产生局部放电时的超声波信号可以利用非接触式超声波传感器在柜体缝隙处进行检测，也可以利用接触式超声波传感器在柜体上进行检测。
图 4 超声波检测局部放电基本原理
超声检测技术优点：
（1）超声波检测技术抗电磁干扰能力强。电力设备在运行过程中存在着较强的电磁干扰，而超声波检测是非电检测方法，可以有效避免电磁干扰，取得更好的检测效果。
（2）超声波检测技术便于实现放电定位。超声波信号在传播过程中具有很强的方向性，能量集中，因此在检测过程中易于得到定向而集中的波束，从而方便进行定位。
（3）超声波检测技术检测效率高。开关柜类设备由于其体积较小，利用超声波可对开关室、开闭站等进行快速的巡检，具有较高的检测效率。
（4）超声波检测技术对沿面放电、电晕放电、尖端放电和绝缘子表面放电比较敏感，检测效果较好。
4 暂态地电压局放检测原理
高压电气设备发生局部放电时，变化的电场周围会产生出磁场，放电产生的磁场以电磁波的形式对外传播。由于屏蔽层在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位由于成型等原因会出现不连续，局部放电产生的电磁波就会通过这些屏蔽体的不连续处传播到设备金属屏蔽壳外。电容性传感器感应到这些电磁波后，会对地产生一定的暂态地电压脉冲信号。
目前暂态地电压法检测设备大都采用电容性探测器来检测放电脉冲。局放发生时，电压、电流脉冲信号沿着试品金属外壳的内表面进行传播，遇到开口、接头等缝隙时传出设备，再沿着金属外壳的外表面传播至大地，其瞬时电压值在几个毫伏至几伏的范围内变化且存在时间很短。放电脉冲倍外置的电容性探测器检测到后，经过一系列的放大、滤波等进入采集单元进行处理，最后通过测试软件对放电信号进行分析。
图 5 暂态地电压信号的产生机理示意图
暂态地电压检测技术优点：
（1）暂态地电压检测技术是一种检测电力设备内部绝缘缺陷的技术，广泛应用于开关柜、环网柜、电缆分支箱等配电设备的内部绝缘缺陷检测。
（2）暂态地电压检测技术原理简单，仪器使用方便。
（3）暂态地电压检测技术对尖端放电、电晕放电和绝缘子内部放电比较敏感，检测效果较好。
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