如何测量局放

局放测量是评估电气设备绝缘状态的关键技术，通过检测局部放电信号，能够提前预警潜在绝缘故障。本文将系统阐述局放测量的基本原理、主流方法、标准流程、关键仪器、现场实践要点以及数据分析与诊断策略，涵盖从传统电气法到现代非电气法的全面技术体系，旨在为从业人员提供一套详尽、专业且可操作的实用指南。

       在电力系统与高压电气设备的运行维护中，绝缘性能的完好性是保障安全与可靠性的基石。局部放电，作为绝缘介质在强电场下发生的局部、重复性击穿现象，往往是绝缘劣化乃至最终失效的早期征兆与渐进过程。因此，精准有效地测量局部放电，对于实现设备的预测性维护、预防 catastrophic failure（灾难性故障）具有不可替代的价值。本文旨在深入剖析局放测量的完整技术链条，为工程师和技术人员提供从理论到实践的深度参考。

       一、理解局部放电：现象、机理与危害

       局部放电并非设备主绝缘的完全击穿，而是发生在绝缘内部薄弱区域、表面或电极边缘的局部范围内。其物理本质是电场强度超过了该局部区域介质的耐受能力，导致微小的气体电离或液体、固体介质中的电子雪崩。每一次放电都伴随着多种物理效应的释放：瞬间的电荷转移会产生脉冲电流；电磁能量会以宽频带电磁波形式辐射；放电过程会激发超声波；同时可能产生光、热以及化学反应，生成诸如臭氧、氮氧化物等气体。尽管单次放电能量微弱，但长期的累积效应会持续侵蚀绝缘材料，形成导电通道，最终引发贯通性击穿，导致设备损坏甚至系统停电。国际电工委员会（International Electrotechnical Commission）制定的IEC 60270标准，是电气法测量局部放电的基础与权威依据。

       二、局放测量方法的全景概览

       根据检测的物理量不同，局放测量方法主要分为电气与非电气两大类。电气法以IEC 60270标准为代表，通过检测放电脉冲引起的视在电荷量，是定量测量最经典、最直接的方法。非电气法则包括超声波检测法、特高频法、暂态地电压法等，它们通过捕捉放电伴随的声、光、电磁辐射等非电信号进行检测，各具优势，常与电气法互补使用。

       三、经典核心：基于IEC 60270的电气测量法

       该方法的核心是测量在试品两端由局部放电引起的视在电荷。其标准测试回路主要包括耦合装置、测量阻抗、带通滤波器和局放检测仪。耦合装置通常为耦合电容器，它为脉冲电流提供低阻抗通道。测量阻抗则将脉冲电流转换为电压信号。检测仪对信号进行放大、处理和显示，关键参数包括视在放电量、放电重复率、放电相位等。测量必须在工频电压下进行，并有效抑制来自电源和空间的各类干扰，如采用平衡回路、屏蔽室等措施。

       四、捕捉声波：超声波检测法原理与应用

       当绝缘内部发生放电时，会产生频率通常在20千赫兹至300千赫兹范围内的超声波信号。通过压电式超声波传感器接触设备表面，即可将这些机械振动转换为电信号进行分析。该方法最大的优点在于抗电磁干扰能力极强，且能通过多个传感器进行三角定位，精确找到放电源的位置，特别适用于变压器、气体绝缘组合电器等大型充油或密封设备的内部放电检测。其局限性在于超声波在介质中传播衰减大，且对表面放电更敏感。

       五、感知电磁辐射：特高频法的优势与实施

       局部放电产生的电磁脉冲频谱极宽，可延伸至吉赫兹范围。特高频法通常指检测300兆赫兹至3吉赫兹频段的电磁波信号。该频段的环境电磁噪声相对较小，因此具有很高的信噪比和抗干扰能力。检测时，可采用内置式传感器（如安装在气体绝缘组合电器盆式绝缘子处）或外置式天线。特高频法不仅能定性检测放电存在，还能通过信号时差定位、模式识别等技术分析放电类型和严重程度，是实现智能化在线监测的重要手段。

       六、接地线上的信号：暂态地电压法解析

       该方法主要用于检测开关柜等中压设备的内部放电。当柜内发生局部放电时，电磁波会沿金属柜体传播，并在非连续连接处（如缝隙）产生泄漏，在柜体外表面形成暂态地电压信号。使用电容耦合式传感器紧贴柜体表面，即可检测该信号强度。暂态地电压法操作简便、快速，适用于设备状态普查和初步筛查。但其信号强度受传感器放置位置、柜体表面状况影响较大，通常用于相对比较和趋势分析，而非精确量化。

       七、测量前的关键准备：环境评估与方案制定

       成功的测量始于周密的准备。首先需全面评估测试环境，识别潜在的干扰源，如电晕、 floating potential（悬浮电位）、无线电信号、电机运行等，并规划相应的屏蔽或滤波措施。其次，根据设备类型（如变压器、电缆、发电机）、电压等级和测试目的（出厂试验、交接试验、预防性试验、故障诊断），选择合适的测量方法组合。最后，制定详细的测试方案，包括接线图、安全措施、仪器校准步骤和数据记录表格。

       八、仪器的选择与校准：确保数据准确的基石

       工欲善其事，必先利其器。选择局放检测仪器时，需综合考虑其带宽、灵敏度、动态范围、抗干扰能力和便携性。对于定量测量，必须使用经过计量的校准脉冲发生器对整套测量系统进行校准，以确定测量回路的刻度系数，将检测仪的读数转换为真实的视在放电量（通常以皮库仑为单位）。校准应在实际测试回路连接完成后进行，确保准确性。

       九、现场测量标准流程：从接线到数据采集

       现场测量应遵循标准化流程以确保安全与有效。首先，执行严格的安全隔离与验电程序。然后，按照方案连接测试回路，确保所有接地可靠。连接完成后进行系统校准。随后，逐步施加试验电压，通常包括升至预定值、保持一段时间、再降压的过程。在电压保持阶段，密切监测并记录局放信号的起始电压、熄灭电压、以及在规定试验电压下的视在放电量等关键参数。同时，应利用多方法同步测量，交叉验证。

       十、干扰抑制实战技巧：提升信噪比的艺术

       现场环境中充斥着各种干扰，抑制干扰是测量的核心挑战之一。对于来自电源的干扰，可采用电源滤波器、隔离变压器或独立发电机供电。对于空间电磁干扰，可使用屏蔽室、金属屏蔽罩或选择干扰较小的时段（如夜间）测试。在电气法测量中，采用平衡回路是抑制共模干扰的有效手段。此外，利用检测仪的时窗功能、极性鉴别功能以及多种传感器的信号相关性分析，都可以有效区分真实放电与外部噪声。

       十一、放电源定位技术：精准找到问题点

       检测到放电信号后，精确定位放电源是进行后续维修决策的关键。超声波法可通过比较多个传感器信号到达的时间差进行声学定位。特高频法可利用多个天线接收信号的时差或信号强度进行电磁波定位。对于变压器等设备，结合电气法测得的放电相位图谱特征，也能辅助判断放电可能发生的区域。现代定位技术常将声、电、光多种方法融合，并辅以三维可视化软件，大幅提升了定位的精度与直观性。

       十二、数据的分析与诊断：从现象到本质

       采集到数据后，深入的分析与诊断才是测量的最终目的。需要综合分析多种参数：视在放电量的大小、放电重复率、放电发生的工频相位特征、以及随电压升降的变化趋势。不同的放电类型（如内部气泡放电、表面爬电、电晕放电）在相位图谱上具有可识别的特征模式。将当前数据与设备历史数据、同类设备数据、以及相关标准（如国家标准或行业导则）中的注意值和警示值进行对比，是评估设备绝缘状态严重程度的基础。

       十三、不同类型设备的测量要点

       不同设备结构迥异，测量需因地制宜。对于电力变压器，常综合使用电气法、超声波法和特高频法，重点关注绕组、引线和铁芯夹件区域。对于交联聚乙烯电缆，通常在工频或近似工频电压下进行，并采用高频电流传感器耦合信号。对于气体绝缘组合电器，特高频法是首选在线监测方法，结合超声波法进行定位。对于旋转电机，则需在制造过程中进行严格的分部试验，并在运行中监测槽放电和端部放电。

       十四、在线监测与离线试验的协同

       离线试验（如定期预防性试验）能在接近标准的条件下进行精确量化测量，是状态评估的“金标准”。而在线监测则能在设备运行状态下，连续或定期地自动采集数据，反映真实的运行应力下的绝缘状态，擅长捕捉突发性和发展性缺陷。两者并非替代关系，而是相辅相成。在线监测发现的异常趋势，可通过离线试验进行复测和确认；离线试验建立的基准，又可作为在线监测报警阈值的参考。

       十五、测量报告的专业撰写

       一份专业的测量报告是工作价值的最终体现。报告应清晰包含：被测设备标识、测试日期与环境条件、采用的测量标准与方法、使用仪器型号及校准信息、详细的测试接线图、施加的电压序列、测得的关键数据列表、典型的放电图谱（如相位分辨图谱）、对干扰情况的说明、诊断与处理建议。应基于数据，客观描述放电水平、类型、可能位置及对设备安全运行的风险评估，避免主观臆断。

       十六、安全规范：贯穿始终的生命线

       局放测量常涉及高电压环境，安全永远是第一要务。必须严格遵守电力安全工作规程。测试区域应设置明显的安全围栏和警示标识。操作人员需具备相应资质，并至少有两人在场。所有接线和拆线操作必须在确认断电并可靠接地后进行。使用无人机或机器人进行带电检测时，也需确保其绝缘性能和操作距离符合安全要求。任何技术探索都不能以牺牲安全为代价。

       十七、技术发展的未来展望

       随着传感技术、物联网、人工智能的飞速发展，局放测量技术正朝着智能化、集成化、云端化的方向演进。多传感器信息融合技术能更全面地刻画放电特征。基于深度学习算法的模式识别能自动区分放电类型和干扰。数字孪生技术可将实时监测数据与设备三维模型结合，实现状态的可视化预警与预测性维护。未来的局放测量系统将不仅是检测工具，更是电网智能运维决策支持系统的重要组成部分。

       十八、于微末处见真章

       局部放电测量，是一门在微弱的信号中洞察重大隐患的精细技术。它要求从业者兼具扎实的理论功底、丰富的实践经验、严谨的操作习惯以及不断学习新技术的能力。从理解原理到选择方法，从现场实操到数据分析，每一个环节都需精益求精。掌握这门技术，就如同为电气设备配备了灵敏的“听诊器”，能够及早发现绝缘系统的“亚健康”状态，为电力系统的安全、稳定、高效运行提供至关重要的技术保障。希望本文的系统梳理，能为各位同行在应对这一复杂而重要的技术挑战时，提供切实有益的参考与指引。