第四节
局部放电波形分析和图谱识别

一、局部放电波形分析要点

（1）内部放电波过程与回路参数有关，不同的放电反映的波形是有差别的。

（2）放电波形与放电类型和放电幅值有关。如没有贯穿电极或间隙的放电过程快，频谱特性差别不大；贯穿间隙之间的或者放电量很大的放电则波长过程较长，低频分量重；空气中放电如电晕、气泡放电等幅值较小的放电前沿陡，有丰富的高频分量。对于故障性的大幅值放电结合波形的变化，频率特性来综合判断放电属性。

（3）根据不同点波形和频率特性的变化来判断放电类型及位置。如变压器类试品有电感，放电信号经过电感后发生变化，高频分量受到削弱，同一放电在变压器不同点测到信号的频谱特性要视放电部位而定如放电点距两测点的电气距离相近，则不同点测得的信号是一致的。

二、局部放电的波形分析

图6-5中检测阻抗Z _m 可由电阻、电感、阻容并联元件、电感电容并联元件等构成。而对于局部放电脉冲而言，可用图6-11的回路来计算检测阻抗Z _m 上的波形。

1.Z _m 为R时，Z _m 上的波形

实际上是方波加于阻容串联回路时电阻上的波形，电容为C _X 与C _K 的串联。R上的波形是一个陡直上升、指数下降的曲线（图6-12（a）曲线1），其方程是

由此可见，u _R 的幅值为q/C _X ，C _A 一定时，u _R 的幅值与视在放电量q成正比。一般气隙放电，脉冲的前沿仅约0.01μs左右。当时间常数T _R 远大于此值时，可视脉冲为方波而得到（6-15）式。如果T _R 和脉冲前沿时间可以比拟时，则u _R 的表达式便不能用式（615）了。假定脉冲波的前沿是指数上升的，则u _R 便是一个双指数波。此外，如果是油中电晕之类的脉冲，其前沿时间可达数微秒甚至更长，即使T _R 为若干微秒，两者也是可比拟的，此时u _R 也是双指数波，图6-12（a）曲线2为此波形的示意图。

用无感电阻作检测阻抗，输出波形包括了所有的高频分量，灵敏度较高，适合于局部放电的定量测量。但是由于其频带宽，各种干扰信号也容易在它上面产生压降，造成测量误差。此外，交流电流产生的压降不仅干扰局部放电的测量，而且可能使电阻发热以至烧坏。

2.Z _m 为R _m C _m 并联时的输出波形

输出波形uCR仍为指数衰减波，但幅值降低，时间常数加大了。其方程为：

阻容并联是在第一种无感电阻的基础上的改进，由于信号电缆和仪器的杂散电容以及输入电容的存在，即使适用无感电阻作检测阻抗，也会使结果产生误差，为此在无感电阻旁并入一个适当的电容，并使之大于杂散电容若干倍，从而可以忽略杂散电容的影响，使预计的结果较准确，但是并入的电容会使输入信号幅值下降，灵敏度下降，但削弱了高频信号的干扰。

3.Z _m 为L _m 时的输出波形

因为L _m 中总有一定的电阻，整个回路也有一定的损耗，所以L _m 的输出波形是一个衰减振荡波，其包络线是指衰减曲线，近似的方程为：

式中 γ——回路损耗造成的衰减时间常数的倒数。

图6-12曲线1为u _L 的波形示意图。u _L 的幅值与u _R 相同，均为q/C _X 。如果脉冲Δu的前沿时间与振荡周期可以比拟时，则u _L 的波形如图6-12曲线2，其幅值比曲线1的小，包络线是双指数波。

电感作检测元件，对具有高频分量的脉冲，测量灵敏度较高，但对低频交流而言却是低阻抗，不会出现工频干扰和发热问题。其缺点是与回路的电容构成振荡回路，不利于某些定量测量，此外，电感也容易接收高频或脉冲干扰。

4.Z _m 为L _m C _m 并联元件时的输出波形

一般选择的C _m 值比C _K 、C _X 都大得多，故振荡频率主要决定于L _m C _m 值。L _m C _m 元件上的波形方程为：

由式（6-18）、式（6-19）可见，u _LC 的幅值小于u _L ，振荡周期加大了。考虑到C _m ≫C _x ，并选C _k ≫C _x ，则：

由此可见，u _LC 的幅值与q成正比而与C _X 几乎无关，振荡频率也只受L _m C _m 控制，也就是说，我们可以根据需要选定输出电压的频带而与试品电容无关。

电感电容并联构成调谐回路，对一定频率的分量具有较大的灵敏度，适当选定谐振频率，可以避免开频带外信号的干扰，由于电感的存在也可以避免工频的影响，此种输出波形是振荡的，但灵敏度比以电感作检测阻抗时低。

（1）Z _m 为L _m 、R _m 、C _m 并联元件时的输出波形。输出波形仍然是一个衰减振荡曲线与式（6-20）相似。但电阻R _m 接入后，振荡的衰减加快，振荡周期加长，总的来说，是一个衰减较快的振荡波。基本特性与电感电容并联元件相同，但可用电阻调整整个元件的频带宽度。加入R _m 的目的是加速衰减，使重复的局部放电脉冲在Z _m 上造成的输出不至于首尾相互叠加，从而加强回路脉冲分辨的能力。

检测阻抗Z _m 上的电压（即检测信号）是相当小的，必须经过放大才能使仪器上有明显的指示。经放大器放大后的脉冲信号的峰值可由示波器测量，除此之外，示波器上还可以看出放电发生在工频的什么相位，测定脉冲波形和放电次数，观察整个局部放电的特征。以确定放电的大致部位和性质。示波器可用水平扫描和椭圆扫描。水平扫描时全屏偏转相当于一个周期，并与试验电压同步，以确定脉冲的相位。椭圆扫描也是每扫一周相当于试验电压一个周期。图6-13为两种扫描时屏上波形的示意图。

（2）在局部放电试验时，除绝缘内部可能产生局部放电外，引线的连接、电接触以及日光灯、高压电极的电晕等，也可能会影响局部放电的波形。为此，要区别绝缘内部的局部放电与其他干扰的波形，图6-14就是几种典型的波形。

三、局部放电的图谱识别

图6-15为不同类型的局部放电示波图，示波图是在接近起始电压时得到的。

其中图6-15（a）、（b）、（c）、（d）为局部放电的基本图谱，图6-15（e）、（f）、（g）为干扰波的基本图谱。

图6-15（a）中，绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙，放电脉冲叠加于正与负峰之间的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等。但有时上下幅值的不对称度为3∶1仍属正常。放电量与试验电压的关系是起始放电后，放电量增至某一水平时，随试验电压上升放电量保持不变。熄灭电压基本相等或略低于起始电压。

图6-15（b）中，绝缘结构内含有各种不同尺寸的气隙，多属浇注绝缘结构。放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等，但有时上下幅值的不对称度为3∶1仍属正常。放电刚开始时，放电脉冲尚能分辨，随着电压上升，某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动，同时会出现幅值较大的脉冲，脉冲分辨率逐渐下降，直至不能分辨。起始放电后，放电量随电压上升而稳定增长，熄灭电压基本相等或低于起始电压。

图6-15（c）中，绝缘结构中仅含有一个气隙位于电极的表面与介质内部气隙的放电响应不同。放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前，两边的幅值不尽对称，幅值大的频率低，幅值小的频率高。两幅值之比通常大于3∶1，有时达10∶1。总的放电响应能分辨出。放电一旦起始，放电量基本不变，与电压上升无关。熄灭电压等于或略低于起始电压。

图6-15（d）中，一簇不同尺寸的气隙位于电极的表面，但属封闭型；电极与绝缘介质的表面放电气隙不是封闭的。放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前两边幅值比通常为3∶1，有时达10∶1。随着电压上升，部分脉冲向零位方向移动。电起始后，脉冲分辨率较高可继续升压，分辨率下降直至不能分辨。放电起始后放电量随电压的上升逐渐增大，熄灭电压等于或略低于起始电压。如电压持续时间在10min以后，放电响应会有些变化。

图6-15（e）干扰源为针尖对平板或大地的液体介质。较低电压下产生电晕放电，放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位于负峰值处放电源处于高电位，如位于正峰处放电源处于低电位。这可帮助判断电压的零位，一对脉冲对称的出现在电压正或负峰处、每一簇的放电脉冲时间间隔均各自相等。但两簇的幅值及时间间隔不等，幅值较小的一簇幅值相等、较密。一簇较大的脉冲起始电压较低，放电量随电压上升增加；一簇较小的脉冲起始电压较高，放电量与电压无关，保持不变；电压上升，脉冲频率密度增加，但尚能分辨；电压再升高，逐渐变得不可分辨。

图6-15（f）针尖对平板或大地的气体介质。较低电压下产生电晕放电，放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位于负峰处，放电源处于高电位；如位于正峰处，放电源处于低电位。这可帮助判断电压的零位。起始放电后电压上升，放电量保持不变，唯脉冲密度向两边扩散、放电频率增加，但尚能分辨；电压再升高，放电脉冲频率增至逐渐不可分辨。

图6-15（g）悬浮电位放电。在电场中两悬浮金属物体间，或金属物与大地间产生的放电。波形有两种情况：①正负两边脉冲等幅、等间隔及频率相同；②两边脉冲成对出现，对与对间隔相同，有时会在基线往复移动。起始放电后有三种类型：①放电量保持不变，与电压无关，熄灭电压与起始电压完全相等；②电压继续上升，在某一电压下，放电突然消失。电压继续上升后再下降，会在前一消失电压下再次出现放电；③随电压上升，放电量逐渐减小，放电脉冲随之增加。 rC5eernI8Q3N0aFi4Djxqkfh6Wo5zeawu3yrC3/0tSi1i1pKsoKaQ/ea6MRGS6yi