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內(nèi)部放電檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-07 10:12:22 更新時(shí)間：2025-08-06 10:12:22

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

內(nèi)部放電檢測(cè)

內(nèi)部放電（Internal Discharge），又稱局部放電（Partial Discharge, PD），是電氣設(shè)備絕緣系統(tǒng)中局部區(qū)域的電氣擊穿現(xiàn)象。它發(fā)生在高壓設(shè)備（如變壓器、電纜、GIS開關(guān)設(shè)備、電機(jī)、電容器等）內(nèi)部絕緣材料的微小缺陷處，例如氣隙、雜質(zhì)或界面處。雖然單次放電能量微小，但持續(xù)性的內(nèi)部放電會(huì)逐漸腐蝕絕緣材料，導(dǎo)致絕緣性能下降，最終可能引發(fā)設(shè)備擊穿、爆炸等嚴(yán)重故障，威脅電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對(duì)高壓電氣設(shè)備進(jìn)行內(nèi)部放電檢測(cè)是預(yù)防性維護(hù)和狀態(tài)評(píng)估的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能有效識(shí)別早期絕緣缺陷，避免災(zāi)難性事故發(fā)生，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

檢測(cè)項(xiàng)目

內(nèi)部放電檢測(cè)的核心是發(fā)現(xiàn)并評(píng)估絕緣系統(tǒng)中的局部放電活動(dòng)。主要檢測(cè)項(xiàng)目包括：

1. 放電量 (Discharge Magnitude): 量化單個(gè)放電脈沖或特定時(shí)間段內(nèi)放電脈沖的平均電荷量（通常以皮庫(kù)侖pC為單位），是衡量放電嚴(yán)重程度的基本參數(shù)。
2. 放電起始電壓 (Partial Discharge Inception Voltage, PDIV): 設(shè)備在升壓過(guò)程中首次出現(xiàn)可測(cè)量放電脈沖時(shí)的電壓。
3. 放電熄滅電壓 (Partial Discharge Extinction Voltage, PDEV): 設(shè)備在降壓過(guò)程中放電活動(dòng)消失時(shí)的電壓。
4. 放電相位分布 (Phase-Resolved Partial Discharge, PRPD): 記錄放電脈沖在工頻電壓周期內(nèi)的相位分布和放電量（或脈沖數(shù)）的圖譜模式。不同缺陷類型（如氣隙放電、沿面放電、電暈放電）通常具有特征性的PRPD圖譜，是識(shí)別放電類型和定位缺陷的關(guān)鍵依據(jù)。
5. 放電重復(fù)率 (Discharge Repetition Rate): 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的放電脈沖次數(shù)。
6. 放電類型識(shí)別： 通過(guò)分析PRPD圖譜、脈沖波形、頻率特性等來(lái)區(qū)分不同類型的放電（內(nèi)部放電、表面放電、電暈放電）。
7. 放電定位： 對(duì)于大型設(shè)備（如變壓器、GIS），需要確定放電發(fā)生的具體物理位置，以便進(jìn)行維修。

檢測(cè)儀器

內(nèi)部放電檢測(cè)依賴于專門的儀器系統(tǒng)來(lái)采集、放大、處理和顯示微弱的放電信號(hào)：

1. 耦合電容器與耦合裝置： 用于從高壓回路中耦合出微弱的放電信號(hào)。常見的有電容耦合器（用于離線試驗(yàn)）、高頻電流互感器（HFCT，用于電纜、變壓器套管接地線等）、特高頻傳感器（UHF，用于GIS、變壓器等封閉設(shè)備）、超聲波傳感器（AE，用于定位）、暫態(tài)地電壓傳感器（TEV，用于開關(guān)柜等）等。
2. 檢測(cè)阻抗： 將耦合到的電流脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
3. 放大器： 將微伏級(jí)的放電脈沖信號(hào)放大到足夠檢測(cè)的水平。通常需要高增益、寬頻帶、低噪聲放大器。
4. 濾波器： 濾除背景噪聲，提高信噪比。
5. 局部放電檢測(cè)儀/分析儀： 核心設(shè)備。包含高速數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。主要功能包括：
      - 信號(hào)采集、數(shù)字化與存儲(chǔ)
      - 噪聲抑制與信號(hào)提取
      - 測(cè)量放電量、放電相位、重復(fù)率等參數(shù)
      - 實(shí)時(shí)顯示PRPD圖譜、脈沖序列圖譜、N-Q圖譜等
      - 放電類型識(shí)別與定位輔助分析
      - 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、回放與報(bào)告生成
6. 校準(zhǔn)器： 用于對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行定量校準(zhǔn)，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。通常是一個(gè)能產(chǎn)生已知電荷量的標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器。

檢測(cè)方法

根據(jù)檢測(cè)環(huán)境和目的，主要分為離線檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)兩大類：

1. 離線檢測(cè)： 設(shè)備在停電狀態(tài)下進(jìn)行。
      - 標(biāo)準(zhǔn)方法 (IEC 60270): 使用耦合電容器和檢測(cè)阻抗，直接測(cè)量視在放電量。這是最經(jīng)典、最基準(zhǔn)的方法，通常在工廠或?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行型式試驗(yàn)或例行試驗(yàn)。
      - 特高頻法 (UHF): 利用放電產(chǎn)生的電磁波（300MHz-3GHz）進(jìn)行檢測(cè)，抗干擾能力強(qiáng)，尤其適用于GIS、變壓器等金屬封閉設(shè)備，能有效定位。
      - 超聲波法 (AE): 檢測(cè)放電產(chǎn)生的聲波信號(hào)（通常在20kHz-300kHz），主要用于定位放電點(diǎn)。
      - 暫態(tài)地電壓法 (TEV): 檢測(cè)開關(guān)柜等設(shè)備金屬外殼內(nèi)表面因放電產(chǎn)生的瞬時(shí)對(duì)地電壓（通常在3MHz-100MHz），用于快速篩查開關(guān)柜內(nèi)部放電。
      - 高頻電流互感器法 (HFCT): 夾在設(shè)備接地線上測(cè)量放電產(chǎn)生的高頻電流信號(hào)（通常在3MHz-30MHz），適用于電纜、變壓器、發(fā)電機(jī)等。
2. 在線監(jiān)測(cè)： 設(shè)備在正常運(yùn)行電壓下持續(xù)或定期進(jìn)行檢測(cè)。
      - 主要采用UHF、HFCT、AE、TEV等方法，結(jié)合永久安裝或便攜式傳感器。
      - 重點(diǎn)在于長(zhǎng)期趨勢(shì)分析、閾值報(bào)警和故障早期預(yù)警。
      - 挑戰(zhàn)在于現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾的抑制。

無(wú)論離線還是在線，完整的檢測(cè)過(guò)程通常包括：準(zhǔn)備（了解設(shè)備、安全措施）-> 校準(zhǔn) -> 連接傳感器 -> 加壓/運(yùn)行 -> 數(shù)據(jù)采集（含背景噪聲測(cè)量）-> 數(shù)據(jù)分析（模式識(shí)別、定位、嚴(yán)重程度評(píng)估）-> 診斷報(bào)告。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)部放電檢測(cè)遵循嚴(yán)格的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以確保檢測(cè)的規(guī)范性、一致性和結(jié)果的可比性：

1. 國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 標(biāo)準(zhǔn)：
      - IEC 60270: High-voltage test techniques - Partial discharge measurements. 這是內(nèi)部放電測(cè)量的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了測(cè)量回路、校準(zhǔn)、測(cè)量程序、允許限值及抗干擾要求。這是離線標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法的權(quán)威依據(jù)。
      - IEC 62478: High-voltage test techniques - Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods. 為UHF、AE等非傳統(tǒng)IEC 60270方法提供了指導(dǎo)。
      - 針對(duì)具體設(shè)備的IEC標(biāo)準(zhǔn)也包含PD要求（如IEC 60076-3變壓器，IEC 60502電纜，IEC 62271系列開關(guān)設(shè)備等）。
2. 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (國(guó)標(biāo) GB)：
      - GB/T 7354: 局部放電測(cè)量。 等效采用IEC 60270。
      - GB/T 12706.4: 額定電壓1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)擠包絕緣電力電纜及附件第4部分：額定電壓6kV(Um=7.2kV)到35kV(Um=40.5kV)電力電纜附件試驗(yàn)要求（包含PD試驗(yàn)）。
      - GB/T 1094.3: 電力變壓器第3部分：絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙。（包含PD試驗(yàn)）。
      - GB/T 11022: 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求。（包含PD要求）。
      - 還有許多針對(duì)特定