1局部放電的定義和分類

局部放電是指因無(wú)法完全橋接電極間的絕緣材料而發(fā)生的放電。其原因可能是固體絕緣材料中存在充滿氣體的空隙，或液體絕緣材料中存在有氣泡。局部放電常見(jiàn)于電力系統(tǒng)的各個(gè)部件，例如開(kāi)關(guān)設(shè)備、絕緣子、變壓器、電纜等。

局部放電可分為三大類：內(nèi)部局部放電、表面局部放電和電暈局部放電。內(nèi)部（或空隙）局部放電發(fā)生在絕緣內(nèi)部，它通常是由電纜、套管、GIS（氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備）接頭絕緣的固體絕緣缺陷引起的，這種內(nèi)部局部放電對(duì)絕緣材料具有極大的破壞性，通常會(huì)持續(xù)擴(kuò)大直至絕緣材料完全失效。表面局部放電發(fā)生在絕緣表面，而電暈局部放電(PD)則發(fā)生位于氣體中的尖銳電極。

下圖1為一條電纜的橫截面示意圖，位于高壓導(dǎo)體和地之間的絕緣材料中的缺陷即可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部局部放電。

圖1電纜固體絕緣材料中的缺陷

2局部放電測(cè)量

測(cè)量局部放電的方法有多種，例如超聲波、電磁場(chǎng)、高頻電流互感器等方法。高頻電流互感器測(cè)量方法使用高頻電流互感器和示波器或者相應(yīng)的采集設(shè)備捕獲局部放電產(chǎn)生的高頻電流脈沖。如圖2所示，如果導(dǎo)體的絕緣層中存在空隙，就會(huì)在導(dǎo)體中形成一些本不應(yīng)該存在的電容，這些電容在電場(chǎng)作用下會(huì)進(jìn)行充放電，充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生沿著導(dǎo)體如電纜方向傳播的高頻電流脈沖。因此，可以通過(guò)測(cè)試高頻電流脈沖來(lái)檢測(cè)和分析此類缺陷。圖3為采用高頻電流互感器方法對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局部放電檢測(cè)的示意圖。

圖2局部放電時(shí)高頻電流脈沖產(chǎn)生原理及電流脈沖波形示例

圖3使用高頻電流互感器方法檢測(cè)電力設(shè)備局部放電的示意圖

采用高頻電流互感器方法的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)通常由高頻電流傳感器、工頻相位單元、信號(hào)采集單元以及信號(hào)處理和分析單元組成。PicoScope示波器因?yàn)榫哂幸幌盗歇?dú)特的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集單元。圖4所示為典型局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的原理框圖。

圖4使用高頻電流互感器方法檢測(cè)局部放電信號(hào)的原理框圖

圖5所示為使用PicoScope 6000E示波器和高頻電流互感器檢測(cè)局部放電信號(hào)的連接示意圖。安裝在PC上的PicoScope標(biāo)配的PicoScope7軟件用于捕獲、顯示、處理、存儲(chǔ)捕獲到的局部放電波形。實(shí)際應(yīng)用中，很多用戶會(huì)將PicoScope作為采集部件與其它相關(guān)設(shè)備一起集成到一個(gè)系統(tǒng)中形成一個(gè)專用的局部放電測(cè)試儀或者局部放電監(jiān)控系統(tǒng)。Pico提供免費(fèi)的PicoSDK軟件開(kāi)發(fā)包支持用戶將PicoScope集成到用戶自己的系統(tǒng)中。

圖5使用PicoScope和高頻電流互感器檢測(cè)局部放電信號(hào)連接示意圖

局部放電相位分布圖譜（PRPD）和局部放電脈沖信號(hào)譜圖（PRPS）是局部放電測(cè)試或檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量中用于分析和觀察局部放電信號(hào)的兩種典型圖譜。

局部放電相位分布圖譜顯示相對(duì)于交流電周期360°的局部放電活動(dòng)。隨著電力系統(tǒng)中的電壓隨著時(shí)間而變化，施加在每個(gè)缺陷上的電壓也隨著時(shí)間而變化，這導(dǎo)致缺陷僅在特定時(shí)間和幅度下放電，將多個(gè)周期中的放電脈沖信息疊加到一個(gè)相位周期中得到的圖形即為局部放電相位分布圖譜，如圖6所示為一局部放電相位分布圖譜示例，不同顏色的放電點(diǎn)表示在一定時(shí)間內(nèi)特定相位和幅度下發(fā)生的局部放電事件數(shù)量。水平X軸表示被測(cè)電力系統(tǒng)的相位，垂直Y軸表示局部放電脈沖的幅度。

圖6局部放電相位分布圖譜（PRPD）

局部放電脈沖信號(hào)譜圖是一個(gè)3D圖形，X軸表示工頻周期序列，Y軸表示0~360°的相位，Z軸表示放電脈沖的幅值，如圖7所示。

圖7局部放電脈沖信號(hào)譜圖（PRPS）

3為什么選擇PicoScope?

圖8成功被應(yīng)用于局部放電測(cè)試系統(tǒng)中的PicoScope系列

PicoScope 3000D、PicoScope 5000D、PicoScope 4824A、PicoScope 4444和PicoScope 6000D/E等多種型號(hào)的PicoScope示波器被廣泛應(yīng)用于局部放電測(cè)試或局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中，以檢測(cè)不同類型的局部放電信號(hào)。

圖9所示為一個(gè)內(nèi)置PicoScope 4000系列的局部放電測(cè)試系統(tǒng)。該用戶基于PicoSDK使用第三方編程語(yǔ)言為測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了專用的應(yīng)用軟件。

圖9局部放電測(cè)試系統(tǒng)

用戶喜歡將PicoScope示波器集成到他們的局部放電測(cè)試系統(tǒng)中是因?yàn)镻icoScope示波器所擁有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大功能：

1)高可靠性

Pico Technology成立于1991年，專注于基于PC的測(cè)試儀器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的研發(fā)和制造。數(shù)十年的產(chǎn)品迭代和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，使得PicoScope示波器擁有高可靠性。

2)高性價(jià)比

與傳統(tǒng)臺(tái)式儀器不同，PicoScope示波器沒(méi)有內(nèi)置PC，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從而可擁有更多獨(dú)特的硬件優(yōu)勢(shì)，包括高帶寬、高采樣率、深存儲(chǔ)、高ADC分辨率、靈活可調(diào)ADC分辨率、多個(gè)模擬和數(shù)字輸入通道、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)??；谕獠縋C的強(qiáng)大性能，PicoScope示波器可擁有更豐富的軟件功能和更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理能力，如可提供40多個(gè)串行解碼器、高級(jí)數(shù)學(xué)函數(shù)（FFT、濾波函數(shù)、測(cè)量參數(shù)追蹤圖等）。此外，PicoScope示波器擁有數(shù)十種型號(hào)，用戶更容易選擇到一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且與其應(yīng)用相匹配的產(chǎn)品。

3)高ADC分辨率和靈活可調(diào)ADC分辨率

PicoScope示波器提供從8位到16位的各種垂直分辨率選項(xiàng)。分辨率越高，垂直精度和動(dòng)態(tài)范圍就越大，波形顯示就越清晰，測(cè)量結(jié)果會(huì)更精確。PicoScope示波器的ADC分辨率靈活可調(diào)，這個(gè)獨(dú)特特點(diǎn)得益于Pico突破性的ADC管理技術(shù)，該技術(shù)允許用戶在一個(gè)設(shè)備中通過(guò)協(xié)調(diào)多個(gè)ADC的工作從而實(shí)現(xiàn)從8位到16位的靈活切換。

4)強(qiáng)大的軟件開(kāi)發(fā)包PicoSDK

PicoScope示波器提供了很多傳統(tǒng)臺(tái)式示波器通常不具備的互聯(lián)和定制功能。SDK（軟件開(kāi)發(fā)工具包）允許用戶為特定項(xiàng)目創(chuàng)建自定義應(yīng)用程序。這使得PicoScope示波器不僅僅是一臺(tái)通用的示波器。在SDK下運(yùn)行的PicoScope示波器擁有更加出色的性能，比如它可以以高達(dá)312 MS/s的速度連續(xù)采集數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)絇C，可實(shí)現(xiàn)最高200萬(wàn)段的分段存儲(chǔ)，可以設(shè)置高級(jí)觸發(fā)功能，可以編程控制示波器內(nèi)置的任意波形發(fā)生器或函數(shù)發(fā)生器輸出波形等?；赟DK編程控制PicoScope示波器簡(jiǎn)單容易，您可以在github.com/picotech上找到大量的基于各種編程語(yǔ)言的示例代碼，而且我們也有專門的支持團(tuán)隊(duì)為用戶自定義開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持。

所有Pico產(chǎn)品（包括PicoScope示波器）均附帶免費(fèi)的SDK。SDK包含適用于Windows、macOS、Linux和Raspberry Pi (ARM7)的驅(qū)動(dòng)程序。它允許用戶使用諸如C、C#、C++、Python、MATLAB、LabVIEW和Microsoft Excel等通用的編程語(yǔ)言編寫自己的應(yīng)用程序來(lái)控制儀器。

5)緊湊輕便

與往往比較笨重的傳統(tǒng)臺(tái)式示波器不同，PicoScope示波器緊湊、輕便且便于攜帶。與筆記本電腦配合使用時(shí)，PicoScope示波器可讓您將整套電子工具與電腦一起裝入一個(gè)包中。小巧的尺寸也使PicoScope示波器更易于集成到系統(tǒng)中，而幾乎不會(huì)增加重量或體積。

圖10 Pico產(chǎn)品家族

關(guān)于Pico Technology

PicoTechnology是高性能電子測(cè)試儀器的全球領(lǐng)先制造商。源于英國(guó)劍橋強(qiáng)大電子工程傳統(tǒng)，自創(chuàng)立以來(lái)，通過(guò)創(chuàng)建和領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)新的基于PC的測(cè)試儀器，Pico 實(shí)現(xiàn)了連續(xù)33年的增長(zhǎng)。其獨(dú)特的解決方案和完整的產(chǎn)品線為電子工程師提供了高性能且經(jīng)濟(jì)高效的工具，涵蓋了從物理層到協(xié)議層的整個(gè)設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期：

具有內(nèi)置AWG，F(xiàn)G，邏輯分析儀，頻譜分析儀，串行協(xié)議分析儀的實(shí)時(shí)示波器，提供高達(dá)16位ADC分辨率，4G超深存儲(chǔ)器，8個(gè)高分辨率通道和真正的差分探測(cè)。緊湊的30GHz采樣示波器使工程師能夠輕松實(shí)現(xiàn)TDR特征阻抗測(cè)試，眼圖和時(shí)鐘恢復(fù)等。PicoVNA（矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀），RFSynthesizer（射頻信號(hào)合成器）和PicoConnect高帶寬探頭可擴(kuò)展到RF應(yīng)用。此外，還有最暢銷的PicoLogger系列數(shù)據(jù)記錄儀產(chǎn)品。

SDK允許用戶與實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化的其他儀器一起開(kāi)發(fā)自定義應(yīng)用程序。終身免費(fèi)軟件和5年保修可保護(hù)客戶的投資。