1、 及時、準確發現局部放電并消除局部放電是一切工作的根本目的。一、GIS局部放電在線監測方法概述1、局放產生的原因（1）絕緣體內部存在自由移動的金屬微粒；（2）絕緣體內或高壓導體表面上存在針尖狀或其他形狀突出物；（3）附近存在懸浮電位體或導體間連接點接觸不好；（4）輕微局放或制造時造成絕緣體內部或表面存在氣隙、裂紋等。2、監測方法 當介質中發生局部放電時，會產生電脈沖、電磁波、超聲波、局部過熱、一些新的化學產物、光等特征，與此相應的出現了下面五種監測方法。2.1電測法（1）耦合電容法，又稱脈沖電流法。 利用貼在GIS外殼上的電容電極耦合探測局放在導體芯上引起的電壓變化。該法結構簡單，便于實現。在

2、現場測試時，無法識別與多種噪聲混雜在一起的局放信號，因此此方法的使用推廣受到限制。（2）超高頻法。 其主要優點是靈敏度高，并通過放電源到不同傳感器的時間差對放電源精確定位。但對傳感器的要求很高，此法成本昂貴。2.2非電測法（1）超聲波監測法。 由于GIS內部產生局放時會產生沖擊振動及聲音，因此可用腔體外壁上安裝的超聲波傳感器測量局放量Q。它是目前除UHF法外最成熟的PD監測方法，抗電磁干擾性能好，但由于聲音信號在SF6氣體中的傳輸速率很低(約140 m/s)，信號通過不同物質時傳播速率不同，不同材料的邊界處還會產生反射，因此信號模式很復雜，且其高頻部分衰減很快。它要求操作人員須有豐富經驗或受過

3、良好的培訓，另外，長期監測時需要的傳感器較多，現場使用很不方便。（2）化學監測法。通過分析GIS中局放所引起的氣體生成物的含量來確定局放的程度，但GIS中的吸附劑和干燥劑會影響化學方法的測量；斷路器正常開斷時產生的電弧的氣體生成物也會產生影響；脈沖放電產生的分解物被大量的SF6氣體稀釋，因此用化學方法監測PD的靈敏度很差。另外，該方法不能作為長期監測的方法來使用。（3）光學監測法。光電倍增器可監測到甚至一個光子的發射，但由于射線被SF6氣體和玻璃強烈地吸收，因此有“死角”出現。該法監測已知位置的放電源較有效，不具備定位故障能力，且由于GIS內壁光滑而引起反射帶來的影響使靈敏度不高。2.3上述五

4、種監測方法對比 對于某種監測技術的性能評估，首先要考慮的要素是模式識別、定位、放電強度 三個方面的信息的準確性。監測技術是局部放電分析的基礎，模式識別給出了導致發生局放的原因及類型，定位則給出了局放源的準確位置，放電強度給出了當前局放活動的劇烈程度，這三個方面信息的結合才能進行介質絕緣狀態的合理準確評估。監測方法耦合電容法超高頻法超聲波法化學法光學法一般優點簡單；靈敏度較高靈敏度高；可用于運行中設備靈敏度高；抗電磁干擾能力強不受電磁干擾不受電磁干擾一般缺點運行設備不能使用；信噪比低造價高結構復雜；需有經驗人員操作靈敏度差；不能長期監測靈敏度差；需要多個傳感器可達精度5 pC0.5-0.8 pC

5、< 2 pC很差差適用監測的放電源固定微粒；懸浮物；氣隙和裂紋各種缺陷類型都適用自由移動的微粒；懸浮物放電情況嚴重時的缺陷固定微粒；針狀突出物能否故障定位不能精確定位±0.1m苛刻條件需傳感器多能判斷放電氣室能粗略定位故障類型判斷能能能不能不能應用情況早期較多廣泛廣泛未應用未應用二、超高頻法的測試系統1、局部放電輻射特高頻電磁波的產生機理 推薦文獻： Judd M D, Farish O, Hampton B F. The excitation of UHF signals by partial discharges in GISJ. IEEE Transactions on

6、Dielectrics and Electrical Insulation, 1996, 3 (2): 213-228. Judd M D, Farish O, Hampton B F. Broadband couplers for UHF detection of partial discharge in gas-insulated substationsJ. IEE pro-ceedings-Science, Measurement and Technology, 1995, 142 (3): 237-2432、監測頻帶 300MHz - 約3GHz以內。局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與

7、局部放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強度有關。當放電間隙比較小時，放電過程的時間比較短，電流脈沖的陡度比較大，輻射高頻電磁波的能力比較強；而放電間隙的絕緣強度比較高時，擊穿過程比較快，此時電流脈沖的陡度比較大，輻射高頻電磁波的能力比較強。研究表明在SF6氣體及變壓器油紙絕緣中局部放電所輻射出的電磁波范圍可達數GHz的特高頻范圍。但頻率越高，衰減越快，這是監測頻帶上限的原因。3、GIS中特高頻電磁波的傳播特性 研究結果表明局部放電信號在GIS中是以橫電磁波(TEM)和橫電波(TE)、橫磁波(TM)的形式傳播，GIS的同軸結構相當于導引電磁波的波導管，TE波與TM波在其中傳播的截止頻率取決于GI

8、S的結構尺寸，同時由于間隔的作用，1個GIS系統如同一系列的諧振腔，諧振腔中信號傳播損耗小，信號傳播時間長，通常1個ns級的局部放電信號可以持續10 ms以上，有利于信號的檢測。4、特高頻法局部放電檢測方法有特高頻寬帶檢測法和特高頻窄帶檢測法2種。特高頻窄帶測量的中心頻率通常為幾百MHz，帶寬為幾十MHz，窄帶檢測方法可以任意選擇頻帶，因而可避開現場的許多干擾，能較有效地抑制外部干擾和提高信噪比，但其檢測的是一個較窄頻帶內的信號，檢測信號的能量會受到限制。西安交通大學的特高頻局放檢測是典型的窄帶檢測設備，采用混頻的方法實現特高頻信號的窄帶檢測。寬帶檢測法則將檢測頻帶內的所有信號都送入檢測系統，

9、這種情況下信息量大，可以在足夠寬的頻率范圍內對局部放電進行檢測，避免遺漏放電特征峰。但如果有檢測頻帶之內的干擾信號，會造成信噪比低，影響后續的分析。5、天線和放大器對GIS進行特高頻局部放電檢測的傳感器包括天線、放大器和檢波器。特高頻天線根據安裝方式可分為內置式和外置式兩種。本身天線接收的UHF信號很微弱，為了減小信號衰減，提高靈敏度，放大器采用低噪音高增益UHF放大器，并在空間上緊密靠近天線。推薦文獻：汲勝昌，土園園，李軍浩，等.GIS局部放電檢測用特高頻天線研究現狀及發展J.高壓電器，2015, 51(4): 163-172.6、檢波器有文獻在對傳感器的介紹過程中對檢波器進行了介紹。檢波是

10、指將UHF信號的高頻成分濾除，僅保留信號的幅值和相位信息。UHF脈沖信號包含了豐富的表征放電類型、強度、局放源及傳播途徑等信息，檢波會損失UHF信號中的部分信息，但依然保留了大量重要的PD信息，如PD脈沖峰值、相位、脈沖重復率等。UHF信號經檢波輸出后得到一個緩慢變化的包絡信號，其幅值與UHF信號的峰值相對應。反映了局放UHF信號的大小和形狀，并結合了工頻相位信號，得到放電脈沖的相位分布。根據檢波信號在工頻信號上的相位分布及檢波信號的波形特征，進行絕緣缺陷局放類型的識別。因此檢波器是檢波波形識別的關鍵器性。7、特高頻法測試系統近年發展的評價 局部放電的在線監測方面的應用越來越廣泛。就特高頻法本

11、身而言，近十幾年來并未有大的改變，但特高頻信號的檢測技術，特別是特高頻傳感器技術近年來的發展較快，涌現出了一系列不同結構、不同形式及適用于不同場合的特高頻傳感器。三、超聲波監測法的測試系統1、局部放電激發超聲波的產生機理 在GIS等電氣設備內部發生局部放電時會產生電荷中和的過程，相應的會產生較陡的電流脈沖，電流脈沖的作用將使得局部放電發生的局部區域瞬間受熱而膨脹，形成1個類似爆炸的效果，放電結束后原來受熱而膨脹的區域恢復到原來的體積，這種由于局部放電產生的一漲一縮的體積變化引起了介質的疏密瞬間變化，形成超聲波，從局部放電點以球面波的方式向四周傳播，因此當發生局部放電時也伴隨著超聲波的產生。2、

12、聲波頻譜與監測頻帶局部放電產生的聲波頻譜分布很寬，約為10Hz到10MHz。監測到的聲波頻率隨著不同的電氣設備、放電狀態、傳播媒質以及環境條件的不同而改變。由于在SF6氣體中聲波的衰減很大，約為空氣中的20倍，并且高頻分量的衰減要比低頻分量大得多，因此能檢測到的聲波低頻分量比較豐富。在GIS中，除了局部放電產生的聲波外，還有導電微粒碰撞金屬外殼、電磁振動以及操作引起的機械波振動等發出的聲波，但是這些聲波的頻率都比較低。在GIS的局部放電超聲波檢測中，超聲波傳感器的諧振頻率一般在25 kHz左右。3、超聲波在GIS腔體內的傳播規律 GIS內局部放電的超聲波信號可通過兩條路徑傳播到超聲傳感器，一條

13、是由局部放電源直接傳播到GIS外殼內壁并透過金屬壁到達傳感器，即直達波，此部分超聲波為縱向波。另一條是先以縱向波傳播到GIS外殼內壁，再沿金屬壁以橫向波傳播到傳感器，此部分波為復合波。材料超聲波頻/kHz縱波速度/(m/s)橫波速度/(m/s)吸收系數/(dB/m)空氣503434×10-3SF65013380鋁50630031004×106環氧樹脂20002600110010004、傳感器 常規的局部放電超聲波檢測采用壓電超聲波傳感器，將超聲波信號轉化為電信號進行檢測并傳輸。傳統的壓電式傳感器檢測技術已經發展的較為成熟。5、光纖技術在信號傳輸中的應用隨著光纖技術的發展，近

14、年來有學者開始研究利用光纖本身或者外部敏感元件將超聲波信號轉化為光強信號的變化，進而通過光敏元件轉化為電信號進行局部放電的超聲一光檢測。較為常用的超聲一光檢測采用Fabry-perot, Mach-zehnder和Michelson3種干涉原理。由于光纖傳感器本質為介電材料，其傳輸的是光信號，使用上安全性高；另外加上其良好的溫度穩定性，因此可應用于高電壓、強電磁干擾的惡劣環境；同時光信號衰減小，便于長距離傳輸，甚至可以將光纖傳感器直接置于材料內部，和材料融為一體形成智能材料和結構。推薦文獻有： 王偉，土贊，吳延坤，等.用于油中局部放電檢測的Fabry-Perot光纖超聲傳感技術J.高電壓技術，

15、2014, 40(3): 814-821. 司文榮，李軍浩，袁鵬，等.超聲一光法在高壓電器設備局部放電檢測中的應用J.高壓電器，2008, 44(1): 59-63. 祁海峰，馬良柱，常軍，等.熔錐招合型光纖聲發射傳感器系統及其應用J.無損檢測，2008, 30(6): 66-69.6、超聲波檢測法的評價 局部放電的超聲波檢測具有現場操作簡單、應用便捷的特點，一直是現場運行人員局部放電檢測的重要手段。在檢測方法方面，傳統的壓電式傳感器檢測技術已經發展的較為成熟，目前利用光纖進行超聲信號的檢測是一個具有較大空間的發展方向。此外利用超聲波信號進行局放源定位近年來也得到了快速的發展。四、故障診斷故障

16、診斷是指對能夠表征設備故障的信息進行有效檢測和采集之后，進行如下三個主要步驟：（1）局部放電類型的模式識別：從該信息中獲取能反映其最顯著特征的參量，再通過構造恰當的分類器判斷故障類型，判斷故障的放電強度；（2）局部放電源定位：通過數學或者物理方法對故障源進行定位；（3）在確定故障類型與位置后對設備進行故障修復。其中，上述（1）和（2）兩個步驟涉及大量算法，在算法的精確性及適用性上進行的研究，需要較為深厚的數學知識，也正是因為目前還沒有哪一種算法做到完美，能夠真正在現場檢測中做到不需人工介入進行放電類型的準確識別，使算法研究成為局部放電領域最具有活力的研究方向，當然，這也與局部放電本身的復雜性及

17、缺陷分類的不確定性以及實際有效樣本的不足息息相關。五、局部放電類型的模式識別技術 1、局部放電缺陷類型 見“局放產生的原因”。2、特征提取方法 對于絕緣缺陷局部放電類型的識別，首先要有能夠準確描述放電類型的特征量，通常特征提取主要分為時域分析法和統計分析法。2.1時域分析法 時域分析法對一次放電所產生的時域波形特征或其變換結果進行特征提取，但由于局放信號在傳輸過程中衰減畸變嚴重，難以準確提取特征量，這種方法現場應用效果欠佳。2.2統計分析法統計分析法采用統計參數來描繪局放特征，在局部放電模式識別領域是主要的特征提取方法。2.2.1 PRPD譜圖局部放電的局部放電相位分布(phase resol

18、ved partial discharge, PRPD)譜圖是最為廣泛采用的局部放電統計分析模式。基于局部放電PRPD譜圖，又衍生出很多使用不同統計算子進行統計分析的方法。其基本出發點是提取局部放電相位譜圖的形狀特征，利用不同放電類型具有不同的譜圖形狀特征進行模式識別。2.2.2混沌特征吸引子 從時間序列上而言，局部放電具有混沌特性，因此可將局部放電時間序列在高緯相空間重構并獲得各種混沌吸引子，從混沌吸引子譜圖可提取特征算子進行模式識別。3、模式分類算法局部放電的模式識別算法也稱為模式識別分類器。在局部放電模式識別研究領域，模式識別算法的研究是其中的一個熱點。3.1神經網絡算法 目前應用最為廣

19、泛的模式識別算法是神經網絡算法。神經網絡是一種模擬人腦進行識別的數學算法，它由多個具備線性或非線性映射能力的神經元組成，神經元之間通過權系數相連。神經元是具有非線性映射能力的的函數，其信息分布存儲于連接權系數中。人工神經網絡具有較高的容錯性和魯棒性，其知識獲取能力極強，能夠有效處理含噪聲的數據，這在局部放電的模式識別中極具優勢。最為廣泛應用的神經網絡是反向傳播神經網絡(back-propagation, BP)，該神經網絡采用反向傳播算法進行訓練，是一種有導師學習網絡，目前2層BP神經網絡是最為常用的模式識別算法。此外徑向基神經網絡(radial basis function, RBF)、自組

20、織特征映射神經網絡(self-organizing map, SOM)、自適應共振神經網絡(adaptive resonance theory, ART)、遺傳算法神經網絡(genetic algorithm, GA)等不同類型的神經網絡算法均被應用于局部放電的模式識別中。神經網絡算法應用于局部放電模式識別有較長的歷史，效果也較為明顯，神經網絡在局部尋優時比較成功，但也存在對初始權值和閾值的選取敏感；容易陷入局部極小點，致使學習過程失效；算法收斂速度慢，效率低；網絡結構設置依賴于使用者的經驗等缺點。3.2 支持向量機(support vector machines SVM) SVM是建立在統計

21、理論和結構風險最小化原則上的一種機器學習算法，它采用核函數代替原模式空間的矢量運算來實現非線性變換。SVM能夠克服小樣本、多維數、局部極小點等問題，是一種極具優勢的模式識別算法，近年來得到了諸多研究。六、局部放電源定位技術1、 UHF定位法 UHF法實現GIS局部放電定位的基本方法是時差法。時差法基本原理是由局部放電源輻射的電磁波以一定的速度(光速)在GIS中傳播，到達不同位置傳感器的時間不同。采用2個或多個UHF傳感器檢測局部放電電磁波信號，可根據電磁波傳播速度和傳感器接收到同一放電源的信號時間差計算局部放電源的位置，實現絕緣缺陷定位。UHF時差定位法的優點是原理簡單、運用方便、定位較為準確

22、。不過該方法測量的信號的時差在ns量級，因此不僅需要測量設備具有很高的采樣頻率和頻寬，還要求被測信號的起始脈沖清晰，以讀取信號的起始時間。這里，時延算法、定位算法也有很多學者在做研究。 由于GIS盆式絕緣子通常是環氧樹脂材料，對電磁波信號衰減較小，電磁波能夠從盆式絕緣子輻射出去，UHF定位法可通過采用外置傳感器檢測從絕緣子輻射出來的電磁波信號實現局部放電信號檢測與定位。因此UHF定位法在GIS維護現場得到廣泛應用，但其由于受信號傳播路徑與傳感器位置等因素的影響，信號起始時間往往不能準確辨識，難以實現設備缺陷的準確定位。2、超聲波定位法 超聲波定位法的基本方法是通過測量局部放電產生的超聲信號傳播

23、到多個不同位置的超聲傳感器的時延或時間差，根據時延和超聲波傳播速度(多傳感器時可作為變量)，利用空間解析幾何的方法計算局部放電源的位置，實現絕緣缺陷定位。由于超聲波在電力設備常用材料介質中衰減較大，其測量有效范圍較小，卻能實現絕緣缺陷的準確定位。 根據超聲波在GIS腔體內的傳播規律，超聲信號的時延讀取相應地也有兩種取法。由于超聲波在GIS金屬外殼(通常為鋁材料)中傳播速度快且衰減大，復合波往往先到達傳感器但其幅值卻比直達波小的多。由于直達波易于分辨，因此超聲定位法中常常取直達波為準讀取時延時間。 超聲波定位法雖然具有抗電氣干擾能力強，定位準確度高的優點。但在現場使用時易受周圍環境噪聲的影響，特

24、別是設備本身如果產生一定的機械振動，會使超聲檢測產生較大的誤差。而且由于超聲傳感器監測有效范圍較小，在局部放電定位時，需對GIS進行逐點檢測，工作量非常大，現場應用較為不便。3、采用聲電聯合的定位法聲電聯合定位法的基本思想是先采用UHF傳感器對GIS進行一次定位分析，確定絕緣缺陷的大致范圍，然后同時采用UHF傳感器和超聲傳感器進行二次定位分析，實現絕緣缺陷的準確定位。聲電聯合定位法由于同時檢測局部放電的電磁波信號和超聲波信號，因此通過對兩種傳感器檢測到的信號進行分析能更加有效地排除現場干擾，提高局部放電定位精度和缺陷類型識別的準確性，有利于發現并確定絕緣缺陷，實現GIS的安全維護。4、相控陣列 采用N×N個陣列傳感器組成的平面相控陣作為相控陣列傳感器。當采用相控陣進行局部放電源的檢測時，局部放電源會輻射出特高頻信號和超聲波信號，以特高頻信號作為基準信號，計算同一方向的超聲波信號傳播時延，然后結合波速首先計算出局部放電源與傳感器之間的距離，再根據相控陣掃描的方位角和仰角計算出局部放電源的空間幾何位置。七、存在的問題和未來的發展 在線監測目前爭議較大的關鍵原因在于在線監測裝置本身的不可靠性。由于乏嚴格的準入機制和測試標準，導致目前局部放電在線監測裝置質量參差不齊，甚至出現了由于在線監測裝置本身出現故障進而導致被監測設備被迫停運的事故。實際上這些問題在帶電