1、 局部放電信號特征的提取摘 要在局部放電量的實際測量中，測量的準確性經常會受到外界干擾的影響。如何正確判斷局放脈沖和干擾脈沖成為一個重要環節。如何全面掌握設備內部局放的信息來進行絕緣診斷也一直是很多學者和現場試驗人員研究的方向。本文介紹了一種用于正確區分局部放電脈沖和干擾脈沖，準確測量局部放電量，并能夠分析局放發生過程中所記錄的各種信息的圖形分析方法。文章的第一章，作者從局部放電的產生、危害、一般測試方法以及測試技術的新發展等方面概述了一些基礎知識。文章的第二、三、四章，作者從圖形分析方法的原理、具體實現和現場應用等角度，全面闡述了這種新的局部放電測試方法。文章最后，作者對全文進行了總結，并展

2、望了今后的工作。關鍵詞關鍵詞: 局部放電 ；圖形分析 ；應用 Characteristic Extraction of Partial Discharge SignalAbstractWhen measur the amount of partial discharge, the accuracy of measurement is varied constantly by outer interference. Its important to distinguish partial discharge pulse from interference pulse. So how to jud

3、ge insulation quality according to partial discharge information became the study direction of many scholars and site personnel. A graphic analysis method is introduced in the paper, which can distinguish partial discharge pulse from interference pulse and measure the amount of partial discharge acc

4、urately, analyze all kinds of graphic that is recorded during the process of partial discharge. In chapter one, some fundamental knowledge of partial discharge is discussed. In chapter two、three and four. The new measurement is elaborated in the principle of graphic analysis and site application. In

5、 the end, the author summarized, and out looked the future.Keywords;Partial discharge ;Graphic analysis;Application 摘 要.1Abstract.21 緒論緒論 .41.1 課題的背景.41.1.1 局部放電定義及其產生原因.51.1.2 局部放電的危害 .61.2 局部放電的測試方法.71.2.1 非電測法 .71.2.2 電測法.71.3 局放測試技術的新發展.81.3.1 傅立葉變換.81.3.2 自適應濾波.81.3.3 專用濾波器 .91.3.4 小波變換 .92 局部放

6、電的測量局部放電的測量.112. 1 工頻電壓下的局部放電 .112.2 局部放電的參數 .123 圖形分析方法及其實現圖形分析方法及其實現.143.1 局部放電測試的圖形分析方法.143.2 圖形分析方法的硬件實現.183.3 圖形分析方法的軟件實現 .194 圖形分析方法的應用圖形分析方法的應用 .214.1 局部放電脈沖的圖形分析.214.2 局部放電測量中的干擾圖形分析.26 4.3 圖形分析在局部放電現場測量中的應用.324.3.1 局部放電測量中的電暈圖形.324.3.2 局放圖形的分析 .344.3.3 圖形分析方法在絕緣判斷中的應用擴展.384.3.4 圖形分析方法應用中的遺留

7、問題.40結論結論 .43參考文獻參考文獻.44致謝致謝 .45 1 緒論1.1 課題的背景對電力設備進行在線檢測是具有重大現實意義和應用前景的前沿課題，對提高電力系統的安全性和運行水平有巨大的作用。國外對局部放電在線檢測技術的研究始于20 世紀 60 年代，但直到 20 世紀 7080 年代，隨著傳感、計算機、光纖等高新技術的發展和引用，在線檢測技術才真正得到迅速發展。我國對在線檢測技術的重要性也早有認識，早在 20 世紀 60 年代就提出過不少帶電實驗的方法，但由于操作復雜，測量結果分散性大，沒有得到推廣。20 世紀 80 年代以來，隨著高新技術的發展與引用，我國的絕緣在線診斷技術也得到了

8、迅速的發展1,2，但由于在線診斷技術的難度，無論是國內，還是國外，除了個別項目以外，大多還很不成熟，仍處于研究發展階段。隨著電力工業的發展和技術進步，大型電力設備的容量和電壓等級都在迅速增長。單機容量的增大為提高輸電效率、降低成本，減輕電能傳輸對環境的影響提供了可能，同時也對電力設備運行的安全性提出了更高的要求3。由于隨著單機容量和電壓等級的增大，更有可能造成絕緣缺陷點的擊穿；而大容量電力設備事故的波及面大，修理周期長費用昂貴，停運損失尤其慘重。大量的實驗表明，不同放電模式對絕緣的危害程度不同。如：變壓器內部的氣隙及油中雜質放電對變壓器絕緣的危害程度較小，只有緩慢地老化作用；高壓線圈端部的靜電

9、板處常發生的油隙放電、由線圈中的長墊塊向圍屏發展的沿面放電以及懸浮電極放電則會使絕緣在較短時間內損壞。因此監測變壓器的局部放電不但要知道當前放電量的大小，而且要知道放電的類型。目前針對放電模式識別的研究很多，但實現電力設備的在線故障識別診斷仍是一項具有很大挑戰性的工作。傳統的放電類型識別主要靠有經驗的專業人員來完成，在不考慮數據準確度的情況下，診斷結果的合理性主要取決于專業人員的責任心和經驗的積累程度：隨著計算機技術及數字信號處理技術的發展，人們提出了許多種自動模式識別方法，如基于隱式馬爾可夫模型(Hidden Markov Models)4，人工神經網絡(ANN)5、模糊理論6專家系統7等的

10、模式識別法,其中人工神經網絡以其大規模處理能力、分布式存儲能力和自適應學習能力成為該領域研究人員的首選工具之一。特別是把現代數學分析技術與人工神經網絡相結合用于放電類型的模式識別中，會大大提高識別效果。 在所有的高、低壓設備的絕緣系統中，絕緣內部小空隙里或者絕緣的表面都有可能發生局部放電。對于電動機/發電機而言，局部放電是發生在高壓定子繞阻絕緣中的小電火花。在通常情況下，質量良好的定子繞阻在良好的工作條件下僅有少量的局部放電發生。然而，多年的經驗表明，由于繞阻長期受高溫、高電壓、振動以及油污、潮濕和化學物質的作用，定子繞阻絕緣將不斷惡化，其產生的局部放電將呈 10 倍以上的速率增長，同時局部放

11、電又加速了繞阻絕緣的惡化。因此，通過監測局部放電可有效監測定子繞阻的絕緣狀態。根據近年來的事故統計表明，發電機和電動機的定子繞阻絕緣故障占總事故的 40%以上，其中大部分是由于局部放電造成的。而通過安裝局部放電監測系統，可在發電機和電動機帶負荷運行的情況下及時在線評估繞阻的絕緣狀態，掌握繞阻內部絕緣可能出現的劣化情況，并能提前給出繞阻絕緣故障的風險預報，避免突發性故障的發生。同時，通過局部放電監測系統，還可以輔助發現導致絕緣故障的主要原因。1.1.1 局部放電定義及其產生原因1 定義。絕緣體中只有局部區域發生放電，而沒有貫穿于施加電壓的導體之間，這種現象稱之為局部放電。局部放電可能發生在絕緣體

12、的內部，也可能發生在絕緣體的表面，前者稱為內部局部放電，后者稱為表面局部放電。在國際電工委員會 IEC-270文件中，局部放電的定義為:兩個導體間的絕緣只有部分被短接的電氣放電。這種放電可以是，也可以不是發生在導體的附近。固體介質中的空穴、液體絕緣中的氣泡，介質的層間油隙，局部場強過高的介質表面等都能形成局部放電;絕緣表面污染或受潮等也能造成局部放電。2 產生的原因。當絕緣體中局部區域的電場強度達到擊穿場強時，該區域就發生放電。在實際的絕緣系統中，有的是由復合材料構成的，如液體與固體、氣體與固體等復合絕緣系統。在這樣的絕緣系統中，不同材料中的電場強度不同，而且擊穿場強也不同，這就可能在某種材料

13、中首先出現局部放電。有的絕緣系統雖然是由單一的材料做成，但由于在制造中殘留的，或在使用中絕緣老化而產生氣泡、裂紋或其他雜質，在這些絕緣缺陷中往往會首先發生放電。其中最常發生的是氣泡的放電，因為氣體的介電常數很小，在交流電場中，電場強度是與介電常數成反比的，所以氣泡中的電場強度要比周圍介質中高得多，而氣體的擊穿場強一般都比液體或固體低得多，因而很 容易在氣泡中首先出現放電。這在固體絕緣，如干式互感器、電機、膠紙套管以及塑料電纜等等中，尤為嚴重。除了介質不均勻或有缺陷造成電場集中之外，導體表面的毛刺、導體尖端或導線的直徑太小、在導體附近的電場過于集中也會造成放電，如電容器的電極邊緣、高壓架空導線、

14、沒有屏蔽好的變壓器高壓端頭、電纜的端頭以及電機線棒的出槽口等部位，都經常會出現局部放電。此外，在電氣設備或電路中，還會因有懸浮電位的導體而出現感應放電，或者有連接點接觸不好而發生放電等。改善電工設備的設計、工藝和所應用的絕緣材料，可以提高局部放電的起始電壓，減小局部放電。但對于超高壓電氣設備，要求完全消除局部放電是不實際的，只能限制它不超過某一水平，以保證設備能夠安全運行足夠長的時間。1.1.2 局部放電的危害局部放電的能量雖然很小，但它會使絕緣材料老化，隨著介質放電的通道逐漸增長，最終可能使整個絕緣擊穿或閃絡。局部放電對絕緣的危害主要表現為:(1) 由僅在局部放電區域內存在的具有強化學作用的

15、活性基團，這些活性生成物以及在放電作用下形成的聚合物支鏈的活性基團與氣體介質的氧或與由局部放電造成的其它活性物質相作用，腐蝕絕緣體，使聚合物氧化。(2) 放電點處介質發熱可達到很高的溫度，長期放電的部位很易被燒焦或化。溫度升高會產生熱裂解、氧化裂解，同時溫度提高會增大介質的電導和損耗，由此產生惡性循環，加速熱老化。(3) 放電過程產生的電子或離子能量很高，在電場作用下撞擊介質表面，可能打斷絕緣體的化學鍵，使表面腐蝕，開裂或產生氣體。(4) 放電過程中所產生的紫外線與 X 射線的輻照作用，使分子裂解.使高分子分解成單體。對于某些材料，上述射線會促使分子間的交聯，使材料發脆。(5) 斷續爆破性的放

16、電和放電產生的高壓力氣體，會使絕緣體開裂，從而形成新的放電點。放電時產生的聲波也會引起機械化學作用。機械振動波也會使高分子裂解成低分子。以上幾種破壞機理往往同時存在，對于不同材料和在不同條件下，可能以其中某一種為主。局部放電主要是在交流正弦電壓下產生的，直接危害著絕緣的正常運行.其它如雷電過電壓、操作過電壓，因其時間歷程短，出現機率少，不足以引起 大的放電危害.直流電壓下，因放電出現的重復率比交流電壓低得多，故不為人們重視。1.2 局部放電的測試方法局部放電測量的方法很多，都是根據局部放電過程所發生的物理和化學效應，通過測量局部放電所產生的電荷交換、能量的損耗、放射的電磁波、發出的聲和光以及生

17、成一些新的生成物等信息、 ，來表征局部放電的狀態。這些信息中有電信息和非電信息兩大類，由此可分為電測量法和非電測量法兩大類。1.2.1 非電測法非電測法它包括:(l) 聲檢測法，(2) 光檢測法，(3) 紅外攝像法，(4) 放電產物分析法，如色譜分析。非電測法有一明顯的優點，即在測量中不受電氣的干擾其目的在于對局部放電部位的定位檢測。目前非電測量法應用最多的是聲測法，這種方法在電力電容器、電力變壓器等電工設備的局部放電檢測中己得到實際應用，而其他非電測法目前還達不到電測法的精度。1.2.2 電測法電測量法中有脈沖電流法(ERA)、電橋法、脈沖極性鑒別法以及無線電干擾電壓法(RIV)等等，其中脈

18、沖電流法是最普遍采用的一種方法，它由于靈敏度高和使用方便而被廣泛采用，也是 IEC-Pub-270 關于局部放電測量的標準中推薦的方法。1 脈沖電流法(ERA 法)。脈沖電流法就是利用檢測阻抗檢測局部放電產生時出現的電壓脈沖信號。2 無線電干擾測量法(RIV)。這種測量方法是利用無線電干擾儀對設備進行局部放電測量，其測試原理和脈沖電流法的測試原理相同，RIV 法在美國和西歐有較廣泛的應用，其測量方法有美國國家電氣制造協會的 NEMA107-64 及國際防止無線電干擾委員會的 ClsPRIA1996，在 IEC-270 也列入了此法。它的結構和操作比較簡單，對于氣體中的放電檢測有較高的靈敏度。對

19、于放電形成時間較長的油中局部放電的情況，檢測靈敏度將顯著下降，但因 RIV 法頻帶窄及中心頻率可變，故抗干擾性較好。 1.3 局放測試技術的新發展局放監測系統發展到今天，己經有了很大的進步。無論是實驗室使用還是現場使用，都對局放監測系統提出了更高的要求。高速數據采集方式和 PCI 總線的數據采集卡應是局放監測系統在硬件上的發展趨勢，這種配置方式有利于局放信號的實時顯示與分析，從而有利于對局放的信號特點和機理作進一步研究。信號處理，就是對觀測數據進行所需的變換或按預定的規則進行運算，使之更便于對它們進行分析、識別。在局放信號的提取方面，目前應用較廣泛的數字信號處理方法主要有四大類:傅立葉變換、自

20、適應濾波、專用濾波器、小波變換。1.3.1 傅立葉變換傅立葉變換是數字信號處理的一個強有力工具，它的實質是將時域信號變換為頻域信號，從而信號處理大為簡化，直觀地講，用傅立葉變換可將信號分解成許多不同頻率的正弦波之和，這些頻率的范圍代表信號的頻譜，傅立葉變換的濾波功能體現在以下兩個方面:（1）就連續的正弦信號而言，傅立葉正變換本身就是濾波器，因為它己將信號分解為不同頻率的正弦信號，從其變換結果即可獲得所需要分析的某一頻率信號的幅值和相位。（2） 就離散的脈沖型信號而言，傅立葉反變換可成為濾波器，因為信號經過傅立葉正變換后，在頻域可將某一正弦信號對應的實部和虛部置零，再經過傅立葉反變換后即實現對該

21、正弦信號的帶阻濾波。例如，在 50 Hz 的正弦信號中混雜若干脈沖信號，在經傅立葉正變換后，將 50 Hz 對應的實、虛部置零，再經傅立葉反變換僅會剩下脈沖信號。1.3.2 自適應濾波自適應濾波與傅立葉變換不同，它是以信號本身為對象對當前觀察的數據進行處理。它自動調節本身的沖激響應特性，或者說，自動調節數字濾波器的系數以適應信號變化的特性，從而達到最優化濾波。自適應濾波器不需要關于輸入信號的先驗知識，計算量小，特別適用于實時處理，就局放信號的提取而言，正弦性信號和其它干擾信 號被認為是噪聲，其自適應濾波原理是:一個輸入信號 Yk含有所要提取的信號 Sk，它淹沒在噪聲 Nk中，Yk=Sk+Nk。

22、另一個輸入信號 Xk，Xk是 Yk的一種度量，并以某種方式與噪聲 Nk有關。Xk被數字濾波器所處理，產生對噪聲 Nk的估計值 Nk，這樣就可以從Yk中減去 Nk，得到對所要提取的信號的估計值。1.3.3 專用濾波器濾波器的作用是濾除信號中某一部分的頻率分量。數字信號經過數字濾波器的處理，其效果就相當于對應的模擬信號經過由 RLC 構成的濾波網絡后的輸出。根據局放監測中可能產生的干擾，并分析這些干擾分布的頻帶，從而設計出專用的濾波器，使之對干擾具有帶阻特性，而對局放信號具有帶通特性，這種數字濾波器也是比較適用于局放信號監測的。1.3.4 小波變換小波變換是 20 世紀 90 年代興起的一種新的數

23、學工具，在信號處理方面，小波分析以其優良的局部時頻特性而得到日益廣泛的應用。小波變換中的多尺度分析方法可將數據分割成一塊塊的信息，不同的信息塊表現為不同頻帶的信號，并且直接從時域上反映出來。多尺度分析方法從根本上可以認為是由兩個濾波器組成，一個帶通濾波器，一個低通濾波器。同時，多尺度分析又是一個遞推算法，即信號進入兩個濾波器后，由低通濾波器輸入的信號仍可繼續由這兩個濾波器進行分解。這兩個濾波器由小波函數生成，它們是完全正交的，從而避免了頻帶的混疊或泄漏，與傅立葉變換相比，小波變換具有良好的局部性，即提取信號并不需要象傅立葉變換那樣需要整個時域信號，對計算機內存要求不高，計算時間也較短。另外小波

24、變換也是僅在時域進行，信號的位置、幅值和波形都十分直觀。小波變換與其他信號分析處理方式相比，其優點是不會丟失時域信息。綜上所述，在應用最廣泛的電測法中，主要的工作集中在如何區分局部放電脈沖和干擾信號，而無論是傅立葉變換、自適應濾波，還是專用濾波器、小波變換等，均是此目的。但是，進一步考察干擾和信號的特性，局部放電是脈沖性的，時間很短(微秒級)，而能量上又不大;而干擾除了有周期性的(如工頻電的干擾及其諧波干擾)，也有階躍性和脈沖性的(如開關的操作引起的操作干擾、可控硅觸發的干擾等)；若采用如上 所述的濾波，濾除干擾的同時，信號也被大大地縮減，甚至無法再用。本文試圖將信號與干擾一并直觀地展現給人，

25、由人進行剔除和判斷。首先將一種數字式局部放電儀與計算機接口，將局部放電儀測量的數據存儲到計算機的硬盤上；充分利用計算機的圖形顯示功能，將局部放電的數據進行整理，以二維(Q-、N-)、三維(N-Q-、Q-t)的形式顯示出來，直觀形象地展現干擾或局放信號，并通過大量的實驗，分析總結各干擾、局放的圖形特征和規律，以便于高壓試驗人員掌握并應用。 2 局部放電的測量2. 1 工頻電壓下的局部放電在工頻交流、直流、和沖擊電壓下，局部放電的機理和種類有很大差別。根據有關研究表明，直流電壓和沖擊電壓引起的局部放電所帶來的危害要遠小于工頻電壓下局部放電所造成的危害。因此只對工頻電壓下的局部放電進行分析。2.1.

26、12.1.1 局部放電形式局部放電形式高壓電氣設備中發生的局部放電，形態雖然各異，但比較典型的主要有以下幾種類型:1 內部局部放電。在介質內部或介質與電極之間的氣隙放電，都屬于內部局部放電。放電的特性與介質的特性和氣隙的形狀、大小、位置以及氣隙中氣體的性質有關。局部放電總是首先出現在試驗電壓的瞬時值上升接近 90o的相位。隨著試驗電壓的升高，出現放電脈沖的相位范圍逐漸擴展，甚至可以超過 0o，但在之后的一段相位總是不會有放電脈沖的。每次放電大小不等、疏密度不均、放電量小的間隔短，放電次數多；放電量大的間隔時間長，放電次數少。當氣隙的四周都是介質時，在試驗電壓的正負半周出現的放電波形是對稱的2

27、表面局部放電。絕緣體表面的局部放電過程與內部放電過程基本上相同。所不同的是氣泡壁只有一邊是介質，另一邊是導體，放電產生的電荷只能累積在介質的一邊，因此累積的電荷少了，放電更不容易出現在二、四象限。另外，若兩個電極是一大一小:放電只發生在一個電極的邊緣，則出現的放電圖形是不對稱的。當放電的電極接高壓，不放電的電極接地時，在外加電壓的負半周中出現的放電脈沖幅值小而次數多,而在正半周出現的脈沖出現少而幅值大。這由于導體在負極性時容易發射電子，同時正離子撞擊陰極，產生二次電子發射，使得負極性電極附近的氣體容易產生放電，即起始放電電壓低，于是放電次數多而放電脈沖的幅值小。在正板性下，情況正好相反，于是出

28、現的放電脈沖次數少而幅值大。如果電極是對稱的，在兩個電極邊緣的電場強度是一樣的，那么在兩個電極邊緣出現的放電情況也是相同的，在正負兩個半周出現的放電的圖形基本上是對稱的。3. 電暈放電。電暈放電是發生在導體周圍都是氣體的情況下，以針對板電極系統 為例，在針尖導體附近的電場強度最高，當針尖附近的電場強度達到氣體的擊穿場強時，這部分氣體發生放電。如果針尖施加的電壓是負極性的，則正離子移向針尖電板，電子在遷移過程附著到中性分子上變為負離子，負離子遷移比較慢，就在針尖外圍形成了負離子層，使得針尖附近的電場強度降低，于是放電停止。隨著外加電壓瞬時值的提高，或者即使電壓不變，負離子也隨著時間延長而移向正電

29、極，則針尖附近的電場又提高，于是又出現第二次放電。這樣放電產生的脈沖，大小一樣而且間隔的時間也基本相同。由于在負極性下電子容易發射，所以放電總是首先出現在負半周。當電壓很高時，也可能在正半周出現次數少而幅值大的放電。同時，由于放電產生的空間電荷都能流動而消失，而不會固定累積起來，所以放電脈沖出現在對稱于電壓峰值的相位上，即在過峰值的相上也會出現放電。2.1.12.1.1 局部放電特征局部放電特征從以上的分析，可以看出一些局部放電的基本特征:無淪是絕緣內部局部放電還是表面局部放電、電暈放電，都和試驗電壓的高低有直接關系。這些局部放電信號一般由多個幅值不等、發生相位有一定規律的脈沖組成。絕緣內部局

30、部放電和表面局部放電只出現在瞬時電壓絕對值上升靠近峰值附近，在第二和第四象限內幾乎都沒有放電脈沖;電暈放電則是在峰值(正或負)兩側呈現出對稱的特點。這些特征對于正確區分放電和干擾是至關重要的。2.2 局部放電的參數在一定條件下，試品中發生的局部放電可以用不同的參量表示。而且也必須通過多種表征參數才能全面描繪其狀態，同時局部放電對絕緣破壞的機理也很復雜，也需要通過不同的參數來評定絕緣的情況。1 視在電荷量 q。在試品兩端注入一定電荷量，使試品端電壓的變化和由局部放電本身引起的端電壓的變化相同，此注入量即為局部放電的視在電荷置，一般用皮庫(pC)表示。應注意:（1）視在在電荷量與放電處所涉及的電荷

31、量不相等，后者不能直接測量。（2）實際上，由于局部放電引起的電流脈沖在測量阻抗端子上所產生的電壓脈沖波形可能不同于校準脈沖引起的波形。可以認為視在電荷乃是將此電荷瞬時注入試品兩端， 在測量儀器上讀到的數值與局部放電引起的儀器讀數相等的電荷。試品具有行波或衰減現象的特殊情況，2 重復率n。在選定的時間間隔內，所測得的每秒鐘局部放電脈沖的平均數。注:實際上，僅能考慮超過規定量值或在規定量值范圍內的脈沖。其結果有時以局部放電量的累積頻率分布曲線表示。3 平均放電電流I。在某一時間間隔內，電荷絕對值的平均值。4 放電功率P。某一時間間隔隔內，視在電荷量與產生脈沖時的瞬時電壓值乘積的總和除以時間間隔。5

32、 局部放電起始電壓 Ui。當加于試品上的電壓從觀測不到局部放電的較低值逐漸增加到在試驗回路中觀測到局部放電時的最低電壓.在實踐中，起始電壓 Ui 是局部放電幅值等于或小于某一規定值時的最低電壓。6 局部放電熄滅電壓Ue。當加于試品上的電壓從觀測到局部放電的較高值逐漸降低到在試驗回路中能觀測到局部放電時的最低電壓。在實踐中、熄滅電壓 Ue 是局部放電幅值等于或小于某一定值的最低電壓。7 局部放電試驗電壓。局部放電試驗電壓，是在某一規定程序中在試品上所加的規定電壓，在此電壓下局部放電量不應超過某規定值。 3 圖形分析方法及其實現3.1 局部放電測試的圖形分析方法通常，局部放電的測試是利用脈沖電流測

33、試法在具有橢圓基線示波器的模擬式局放儀上進行的，它可以實時地顯示局部放電的脈沖和相位的關系，測試波形如圖 3.1。圖圖 3.13.1 橢圓基線上的典型局部放電波形橢圓基線上的典型局部放電波形在通常的測量過程中，整個回路和測試儀器會受到外界各種干擾的影響，因此，如何判斷、分辨出干擾和局部放電是準確測量局部放電的關鍵。以往，這種判別干擾的經驗是在模擬式局放儀上長期積累所得到的，不易被人們認識掌握。隨著計算機應用技術的進步，近幾年國內外局部放電測試理論有了新的進展，其中之一就是圖形分析方法。圖形分析方法實際上是將與局部放電有關的各種指標如 N、Q、t 等以一定的對應關系繪制成圖形來分析的一種方法。嚴

34、格說來，前面的橢圓基線上的局部放電波形也是一種圖形分析方法，但是它只反映了某一時刻放電量 Q 和相位小的關系，其提供的信息已經遠遠不能滿足現代局部放電測試的需要。需要進一步探討的是經過統計處理的某個時間段的信息。這些信息組成各種圖譜，使其更能夠表征局部放電的概貌。1 Q-N 圖譜。將測得的視在放電電荷 Q 按大小排列，并取等區間，統計出各區間內的放電次數，作出分布譜圖，即為 Q-N 譜圖。如圖 3.2 所示為兩電機線棒的 Q-N 譜圖，A 試品放電量大，放電次數也多，說明此線棒絕緣狀態不如線棒 B。 圖 3-3 所示為電機線棒老化過程。若試品放電量較大的放電出現次數增多或有新的峰值出現，這種新

35、的峰值可能對應著一種新的放電狀態。它反映老化進入了一個新的階段。目前許多生產單位都已采用測量 Q-N 圖譜來診斷絕緣狀態，當 Q-N 圖譜有明 顯變化時，說明絕緣特性明顯劣化。圖圖 3.23.2 電機線棒的電機線棒的Q-NQ-N圖圖圖圖 3.33.3 電機線棒老化過程的電機線棒老化過程的Q-NQ-N圖變化圖變化2 W-N 圖譜。將測得的每次放電的放電能量按大小進行排列，并按等區間統計出各區間內的放電次數，作出直方圖即為 W-N 圖譜，這時在試品電老化前后測得的 W-N圖譜如下，顯然，老化后放電能量大的放電次數增加了，放電能量小的放電次數也增加了。如圖 3.4 所示。 圖圖 3.43.4 油紙絕

36、緣老化前后油紙絕緣老化前后W-NW-N的變化的變化3 -N 圖譜。將一周期的試驗電壓按相位依次氛分為若干等區間，統計出各區間內出現放電的次數，作出直方圖即為-N 圖譜。通過這圖譜可以看出，在正負半周內放電是否對稱，放電是否擴展到零相位附近，從而可以判斷放電的類型以及放電的水平。放電向零相位擴展，說明絕緣性能變壞。如圖 3-5。圖圖 3.53.5 環氧內部氣隙放電的環氧內部氣隙放電的-N-N圖圖4 q-圖譜。將試驗電壓一周期的相位分為若干等區間，再取不同周期中同一相位區間內的視在放電電荷的平均值作出直方圖即為碌中圖譜。如圖 3-6。以上四種圖譜是已經得到了部分應用的局部放電圖形分析方法，本文要重

37、點介紹的是在分析了前幾種圖譜的基礎上發展出來的 Q-、N-組合圖，N-Q-圖和 Q-t 圖。圖圖 3.63.6 環氧樹脂電老化過程的環氧樹脂電老化過程的Q-Q-圖譜圖譜 5 Q-、N-組合圖。它是將一段時間內的局放檢測系統所采集到的信號按照局放量與相位的關系，每個相位上所發生的放電次數的關系，分別繪制出來，然后進行分析和判斷局部放電信息，它代表了一段時間內局部放電的統計結果，具體如圖 3.7 所示。圖圖 3.73.7 局部放電信號的局部放電信號的Q-Q-,N-,N-組合圖組合圖此圖是和圖 3.1 的橢圓圖相對應的，可以看出，同樣是對標準局部放電信號的反映，Q-、N-組合圖比橢圓圖的信息量大得多

38、，從圖中我們可以看出，標準的局部放電不是在某個相位上固定出現，其局部放電量也不是定值，而是在相位分布和放電量上都表現出一定的正態分布規律，符合前面對交流電壓下局部放電產生的機理分析和特征描述。這些信息是無法在橢圓圖上表現出來的。6 Q-t 圖。是將每一時刻的放電量和相位的關系按時一間先后用三維圖形直觀的展出來。具體如圖 3.8 所示。此圖也是和圖 3.1 的橢圓圖相對應的。這種圖譜是將儀器連續采集到的 40 組信號排列在一起，它代表了一段時間內局部放電量的變化過程，對于觀察局部放電的發展，區分局部放電和干擾非常有利。這一點在后面的具體應用一章中將會有更深入的分析。 圖圖 3.83.8 局部放電

39、信號的局部放電信號的Q-Q-t-t組合圖組合圖7 N-Q-圖。是將一段時間內采集到的放電次數，放電量和相應的相位用三維圖譜來表征出來。如圖 3.9。圖圖 3.93.9 局部放電信號的局部放電信號的N-Q-N-Q-圖圖此圖也是和圖 3.1 的橢圓圖相對應的。從圖中可以看出局部放電量的密度和分散性，能夠準確反映試品放電的內在規律。以上三種圖形分析的方法，從各個角度表征了局部放電的特征，為了進行全面分析，我們經常要將這三種圖形結合起來綜合判斷，這將在以后的章節里詳細介紹。3.2 圖形分析方法的硬件實現為了使圖形分析方法可以在局部放電測試中達到預想的結果，以往的模擬測量系統遠遠達不到所需的局部放電脈沖

40、信息量，所以必須利用數字式檢測系統。數字式局部放電檢測系統是將局部放電測試技術和計算機技術有機結合為一體實驗接線如圖 3.10。圖圖 3.103.10 局部放電信號測量系統局部放電信號測量系統Cx為試品；T 為工頻高壓無暈試驗變壓器，最高輸出電壓為 30 kV；R 為 10 k的水阻，為試品提供短路保護；Ck為 50 kV、1 800 pF 的高壓耦合電容，用于耦合試品Cx 產生的局部放電電流。另外，Ck一方面可用于抑制來自電源的干擾，另一方面可用于提高檢測系統的靈敏度。S 為專門設計的高頻脈沖電流傳感器，具有非常高的頻率響應特性和良好的線性度。實驗系統建立在雙層屏蔽試驗室內。在局部放電測量中

41、，常用的獲取局部放電信號的方法是阻抗檢測法。傳統的阻抗檢測法需要改變原有的電氣回路，影響原有電氣回路的完整性，同時使得實驗主回路與測量回路有直接的電接觸，容易對測量系統造成干擾，且影響測量系統的安全。為此，采用一種脈沖電流傳感器來獲取局部放電信號。這種傳感器在獲取局部放電信號時不需要改變原有的電氣回路，使實驗主回路與測量回路電隔離，安裝也很方便快捷，同時又具有較高的靈敏度。3.3 圖形分析方法的軟件實現通過數字化局放儀得到了局部放電的數字信號后，便可以利用軟件對其進行處理分析。本文利用 C+語言編制的一套程序，可以實現如前所述的 Q-、N-組合圖，N-Q-圖和 Q-t 圖。程序將數字局放儀采集

42、到的 40 組局部放電信息，包括局部放電量 Q、發生的相位，進行組織、統計，得到各種圖譜。具體程序結構不再贅述。 4 圖形分析方法的應用 4.1 局部放電脈沖的圖形分析在交流電壓下，被試品中其內部的局部放電，一般發生在正弦波的 I, III 象限中，如圖 4.1 橢圓圖所示。圖圖 4.14.1 局部放電脈沖的橢圓圖形局部放電脈沖的橢圓圖形如果將一段時間內所得局部放電脈沖進行統計和處理，就得到如圖 4.2 , 4.3 , 4.4所示的局放圖形。圖圖 4.24.2 局部放電脈沖的局部放電脈沖的Q-Q-,N-,N-組合圖組合圖 圖圖 4.34.3 局部放電脈沖的局部放電脈沖的Q-Q-N-N圖圖圖圖

43、4.44.4 局部放電脈沖的局部放電脈沖的N-Q-N-Q-圖圖從以上的局部放電圖形中，可以看到，利用多周波局部放電信號所形成的圖形，由于它是一個的局放脈沖信息的集合概念，因此它比利用一個周波中局放脈沖橢圓圖形，更能形象的分析和判斷局部放電現象及試品的局放量大小，更由于局放圖形反映的局放信息量增大，因此，它也更充分反映試品其內部的局部放電規律。同時，可以看到，由于試品其內部放電，是一個能量的積累，釋放過程，因此，其局放脈沖是在正弦波 I , III 象限中，以 45 度, 225 度為中心，在試品發生的放電量、放電次數等參數上，形成一個正態分布過程，由此，可以看到局部放電脈沖它不可能是出現在固定

44、相位，固定幅值的脈沖。由于是將整個放電的過程展開表現出來，因此可以通過這些圖譜清晰地看出放電的變化。下面的三組圖即反映在試驗過程中隨電壓的變化局部放電量也隨之變化的過 程。圖圖 4.54.5 起始放電階段的起始放電階段的Q-Q-,N-,N-組合圖組合圖, ,N-Q-N-Q-圖和圖和Q-Q-t-t圖圖 圖圖 4.64.6 預加電壓階段的預加電壓階段的Q-Q-,N-,N-組合圖，組合圖，N-Q-N-Q-圖和圖和Q-Q-t-t圖圖 圖圖 4.74.7 持續電壓階段的持續電壓階段的Q-Q-,N-,N-組合圖，組合圖，N-Q-N-Q-圖和圖和Q-Q-t-t圖圖 4.2 局部放電測量中的干擾圖形分析在局部

45、放電測量時，受到的外界干擾是各種各樣的，但按照其特性可大致分為兩大類:一類是連續波形出現的；如電源中的諧波，空間無線電干擾，電磁輻射等；另一類是屬于脈沖型干擾，如發電機、勵磁機電刷火花，可控硅觸發脈沖等。對于第一類干擾，由于它具有波形的連續性，因此，在一般的局放儀上較容易和局部放電脈沖分辨開來，也可以通過相應的濾波措施消除它的影響。而對于第二類型的干擾，由于其高頻脈沖特性與局部放電的脈沖特性極為相似，因此，在一般的橢圓上較難予以區分，需有經驗者才能識別，這給局部放電測量也帶來極大困難。但是，在局部放電圖形分析模式下，無論它是哪一種干擾信號，都可以以圖形的方式得以充分的展現，并能夠根據各種干擾和

46、真正局部放電脈沖的特征區別開來。一般情況下干擾可能有以下四種。 (l) 具有固定相位的脈沖干擾，如圖 4.8 和圖 4.9 所示(a)為在二維分析圖上的圖形:(b)、(c)為在三維分析圖譜上的圖形。從圖 4.8 和 4.9 中可以看到，此類干擾，它在每個正弦周波上，都出現在相同位置且具有相同或不同的幅值，因此，這種性質的干擾山于它的固定性，在N-，N-Q-的統計上展現出單個的次數峰值，在Q-t上展現出整齊的排列，這樣在圖形上較易與前述的局部放電圖形分別出來。(2) 與正波電壓相位有時間相關規律的干擾脈沖，如圖 4.10 所示。由于這種脈沖干擾與相位、時間有關，因此，它會在正弦波電壓的某一相位范

47、圍內擺動，這樣它在Q-t三維圖譜上呈現出有規律的圖形(如橢圓形、圓形、S形、斜線型等)。這樣就有利于運用摳圖技術，將此類干擾從局放圖形中剔出。 (3) 隨機出現的干擾脈沖，如圖 4.12 所示。隨機出現的干擾脈沖，由于它在出現的相位、幅值、次數的不確定性，因此，它在三維圖形(Q-t)上表現出相位的雜亂:可能與局放脈沖相混:但是，通過N-Q-三維圖譜的統計顯示，它不可能具此，這種干擾較容易區分。 (4) 各種類型干擾的混合在實際工作中，經常會遇到的不是某一種單一的干擾，而是多種干擾的組合，我們實測到的波形如圖 4.13。 圖圖 4.84.8 固定相位的干擾脈沖圖形固定相位的干擾脈沖圖形 圖圖 4

48、.94.9 固定相位的干擾脈沖圖形固定相位的干擾脈沖圖形 圖圖 4.104.10 呈斜線排列的干擾脈沖圖形呈斜線排列的干擾脈沖圖形 圖圖 4.114.11 其他有規律，周期出現的干擾其他有規律，周期出現的干擾 a 隨機干擾脈沖圖形 1b 隨機干擾脈沖圖形 2圖圖 4.124.12 2 2 種隨機干擾脈沖圖形種隨機干擾脈沖圖形 圖圖 4.134.13 各種干擾的混合各種干擾的混合4.3 圖形分析在局部放電現場測量中的應用在現場中，所測量到的局部放電信號，總是和干擾脈沖混在一起，這些干擾脈沖雖然與局放脈沖互相影響，但是在Q-、N-，N-Q-，Q-t等統計圖形中總會找到局放脈沖和干擾脈沖的特征規律。

49、因此，只要通過圖形分析、比較后，在測量中進行必要的開窗處理，就能避開這些干擾的影響。4.3.1 局部放電測量中的電暈圖形電暈發生的情況有兩種。當電暈發生在設備內部時，即是設備內部的局部放電;當電暈發生在設備以外時，則是局放測試過程中的千擾。一般認為，如果電暈是發生在空氣介質中，則是外部電暈;若發生在液體介質中，則認為是內部電暈，這兩種 電暈從圖譜分析中可以看出明顯區別。圖 4.14 是高壓尖端電暈的一組圖形。如前所述，此種電暈嚴格出現在電壓的負峰值處，由圖中也可以看出，其放電次數在270 度兩 側呈現出正態分布規律；其放電量也是從低到高各個段都有。圖中還混雜了一些固定相位的干擾，它表現在 N-

50、 圖和 N-Q-圖上則表現出某個固定相位處出現放電次數的獨立峰值，很容易和真正的電暈區分開來。圖圖 4.144.14 高壓尖端電暈（含有固定相位干擾）高壓尖端電暈（含有固定相位干擾） 圖 4.15 是地電位尖端電暈的圖形。這種電暈和前一種電暈的區別在于它出現在電壓的正峰值處。圖圖 4.154.15 地電位尖端電暈地電位尖端電暈4.3.2 局放圖形的分析為說明圖形分析方法在現場局部放電測試中的應用效果，下面羅列出一些現場測試的結果，并進行分析。圖 4.16 是某設備的現場測量結果。可以看出，圖中有固定相位的干擾，通過開窗或摳圖技術，可以很輕松地將干擾排除。又如圖 4.17 所示，圖 a 是該試品

51、在合閘但未加壓時的干擾背景圖形，圖 b 是試品的局部放電起始電壓時的局放脈沖與干擾脈沖圖形，圖 C 則記錄了將試品施加電壓從測量電壓升到激發電壓，及降到測量 電壓的整個局部放電脈沖的變化過程。將此 3 幅圖進行比較可以發現，干擾脈沖的圖形，在試品加壓過程中，未發生變化，而局部放電量卻隨著電壓的變化而變化。因此，可以利用 Q-t 的圖形來分析局部放電隨電壓時間的變化過程。 圖 4-18 絕緣在外施電壓變化時，局部放電的特性發生變化的 N-Q-圖，圖 4-18 為絕緣在外施電壓變化時，局部放電的特性發生變化的一組 N-Q-圖。比較可知，當電壓升高到 12 kV 時，在負半周出現了更大量值的局部放電

52、，并且密度很高，而 8 kv 時發生的局部放電圖譜輪廓依然保留，變化不大。 圖圖 4.164.16 某設備的現場局部放電圖形某設備的現場局部放電圖形 圖圖 4.174.17 電壓互感器的現場局放圖形電壓互感器的現場局放圖形 a. 絕緣 8 kV 時 N-Q-圖譜 b 絕緣 12 kV 時 N-Q-圖譜圖圖 4.18 不同電壓時的不同電壓時的 N-Q-圖譜圖譜4.3.3 圖形分析方法在絕緣判斷中的應用擴展由于N-Q-圖反映了試品發生放電的內在規律，我們可以利用這些圖形來分析放電的特征，還可以通過觀察它的變化來判斷絕緣狀態的變化。如圖 4.19 是一絕緣沿面爬電的圖譜，從中可知在正負半周其放電量的

53、大小和次數密度是不一樣的，而且在同一半周相位區域內，放電量的大小也并非是一常數，大量值和小量值的放電均有發生。 圖 4.20 中的一組圖則說明了絕緣在持續的局部放電的作用下絕緣老化，局部放電特性也隨之改變的情況。圖 4.20 絕緣在持續的局部放電的作用下絕緣逐漸老化的N-Q-圖從上面一組圖可以看出，圖 a 是絕緣在某一電壓下開始發生局放時的圖譜，其放 電發生在正圖圖 4.194.19 絕緣沿面爬電的絕緣沿面爬電的N-Q-N-Q-圖譜圖譜a. 絕緣初始局放 N-Q-圖譜b. 絕緣局放 4 小時 N-Q-圖譜圖圖 4.204.20 絕緣在持續的局部放電的作用下絕緣逐漸老化的絕緣在持續的局部放電的作用下絕緣逐漸老化的N-Q-N-Q-圖圖半周區域內，在此區域內一定量值范圍的局部放電次數較高。保持此電壓不變，維持 4 小時，其局放圖譜如圖 4.2b 所示，與前圖比較可知，在另一半周也發生了局放，其量值在一范圍內擺動，且次數較少。而正半周的局放量值有一定增加，次數密度也 發生了變化。顯然絕緣的局放特征發生了變化。從這一實例可以看出，我們能夠利用圖形分析方法的這種分析優勢，充分地進行絕緣狀態的診斷，即可以先對某設備測試一組圖譜作為局部放電資料檔案，到下一次試驗時，我們只需要將再次測到的圖譜與基礎資料進行比較，就能夠分析出這一段時間內設備絕緣狀態的變化，從而掌握設備的絕緣變化趨