局部放电的数学模型和频域特性
高压电力电缆的局部放电监测与分析
Telecom Power Technology运营维护技术 2023年11月25日第40卷第22期241 Telecom Power TechnologyNov. 25, 2023, Vol.40 No.22王鹏飞，等：高压电力电缆的局部放电监测与分析强度时，气泡内会发生局部放电[3]。
而有害杂质可能成为放电的起始点，引发局部放电现象。
气泡在不同外加电压下的放电情况见表2。
表1 局部放电情形和电场强度局部放电情形电场强度/（×106 V/m ）尖角1.5～2.0边缘1.2～1.8电极间间隙不均匀1.8～2.5表2 气泡在不同外加电压下的放电情况外加电压/V放电情况0无放电100无放电200无放电300无放电400发生第一次放电500暂停放电，电压上升600发生第二次放电700暂停放电，电压上升800发生第三次放电由表2可知，当外加电压低于气泡的击穿电压时，气泡不进行放电，且电压较为稳定。
当外加电压提高至气泡的击穿电压时，气泡进行放电，并形成空间电荷；如果电压继续升高，气泡会再次进行放电，且放电电池将形成空间电荷，重新叠加气泡上的电流。
如果击穿电流达到阈值，气泡会进行放电，同时生成有害杂质。
而有害杂质会提高局部放电的危险性，进而损坏绝缘材料。
2 局部放电信号分析方法需要使用合适的传感器或探测器采集局部放电信号，如高频放大器、电压探头、电流传感器等设备[4]。
对采集到的局部放电信号进行预处理，包括去除噪声、滤波等操作，以获得干净的时域信号。
傅里叶变换是一种常用的频谱转换技术，可以将时域信号转换为频域信号，数学表达式为 X j x t e d t ()()()=j t ωω−×∫ （2）式中：X ( j ω)表示频域信号；x (t )表示时域信号；ω表示角频率。
式（1）表示将时域信号x (t )与复指数函数e (-j ωt )的乘积进行积分，得到频域信号X ( j ω)的过程。
傅里叶变换可以将信号分解为不同的频率成分，方便绘制频谱的功率密度谱（Power Spectral Density ，PSD ）或频谱图，以明确信号强度的分布情况。
高压电缆验收标准 局部放电检测与评估
高压电缆验收标准局部放电检测与评估高压电缆是大型电力工程中常用的重要设备，其质量和安全性直接影响到电力系统的运行和供电可靠性。
为了确保高压电缆的质量符合规定标准，必须对其进行验收。
本文将重点介绍高压电缆验收标准中的局部放电检测与评估。
一、局部放电概述局部放电(PD)是高压电缆中常见的故障形式之一，指的是在电缆绝缘中的局部区域发生间歇性放电现象。
这种放电不仅会引起电缆绝缘材料的老化和劣化，还可能导致绝缘击穿，从而造成电缆的故障和事故。
因此，在高压电缆验收中，对局部放电进行检测与评估具有重要意义。
二、局部放电的检测方法常见的局部放电检测方法有多种，包括频域分析法、时域分析法、相位分析法等。
其中，频域分析法是较为常用的方法，通过测量电缆敷设后的局部放电特性，来评估电缆绝缘材料的质量和绝缘状态。
此外，还可以利用电缆封闭直流电荷法(DC Voltage-Step)和交流脉冲法(AC Voltage-Withstand)等验证电缆的质量。
三、局部放电的评估参数局部放电评估的参数主要有放电量、放电能量、频率特性、放电模式等。
放电量和放电能量是衡量故障严重程度的重要指标，频率特性可以分析出放电源的类型，而放电模式则能表征电缆绝缘的状况。
通过这些评估参数的分析，可以判断电缆的安全性和可靠性。
四、局部放电的评估标准根据国家相关标准和行业规范，高压电缆的局部放电评估标准一般包括放电量、放电能量、频率特性和放电模式等参数的限定范围。
超过这些范围的数值，则可能代表电缆存在质量问题。
同时，还需要注意不同类型的高压电缆在局部放电评估标准上可能存在差异，有针对性地进行评估。
五、局部放电的检测设备局部放电的检测设备主要有高压电缆局部放电在线监测系统和离线检测仪器。
在线监测系统能够实时监测电缆的放电情况，并提供警报和故障诊断等功能。
离线检测仪器可以对电缆进行定期的检测和评估，是电力工程部门常用的检修设备。
六、局部放电的处理方式当检测到高压电缆存在局部放电问题时，应及时采取相应的处理方式。
输电线路局部放电特性研究
输电线路局部放电特性研究输电线路是电力系统中的重要组成部分，承担着将发电厂产生的电能从输电站传输到用户终端的重要任务。
然而，长期以来，输电线路存在着局部放电问题，给电力系统的稳定运行带来了一定的隐患。
因此，对输电线路的局部放电特性进行深入研究，有助于提高电力系统的运行可靠性和安全性。
一、定义和原理局部放电是指输电线路中出现的局部异常放电现象，其表现为电子或离子在绝缘材料内部产生的局部击穿放电。
该现象通常与电力设备或电缆中的绝缘损坏相关，例如绝缘老化、湿度透过、异物进入等。
从物理角度来看，局部放电是由电压施加于绝缘系统中时，由于电场的不均匀分布而产生的。
二、局部放电类型和特征1. Corona放电：Corona放电是指由于电压升高，导致电力设备周围空气中产生电离现象。
这种放电现象主要在高压输电线路中出现，当电压超过空气的击穿电压时，空气周围会出现带电颗粒，导致能量散失和电力损耗。
2. 表面放电：表面放电是指在电力设备或绝缘材料表面释放的电荷。
表面放电通常是由绝缘材料的局部损坏引起的，该损坏可以由于机械切割、绝缘材料老化等原因导致。
3. 隙间放电：隙间放电发生在绝缘材料的内部空隙处。
这种放电现象通常由于材料缺陷和过电压引起，放电活动在隙间中产生的电弧形成的形态各异。
三、局部放电的影响局部放电在输电线路中产生的潜在危害有以下几个方面：1. 绝缘材料老化：局部放电会导致绝缘材料的老化，减少其绝缘性能，使得输电线路容易出现绝缘击穿现象。
2. 功率损耗：局部放电会引起电力损耗，降低输电线路的传输效率，增加能源消耗。
3. 火灾隐患：当局部放电发生时，有可能伴随放电弧，当放电弧产生足够的能量时，就有引发火灾的风险。
4. 过电压：局部放电可能引起过电压现象，导致设备损坏或系统崩溃。
四、局部放电检测方法为了及时检测和诊断输电线路中的局部放电现象，采取适当的检测方法非常重要。
以下是常用的几种方法：1. 电磁波法：利用局部放电产生的高频电磁波信号进行检测和定位。
高电压设备的局部放电检测与分析
高电压设备的局部放电检测与分析引言：随着现代工业的发展，高电压设备在能源、交通、通信等各个领域中得到了广泛的应用。
然而，高电压设备在使用过程中存在着一些潜在的问题，其中之一就是局部放电。
局部放电是一种在高电压设备内部出现的放电现象，它可能导致设备的损坏和事故的发生。
因此，对于高电压设备的局部放电检测与分析显得尤为重要。
本文将对高电压设备的局部放电进行深入的探讨，旨在为相关研究和工程实践提供参考。
一、局部放电的基本原理局部放电是指在电气设备的绝缘系统中，由于绝缘的不完善或因其它原因，使电场强度突破绝缘破坏电场强度，形成放电通道，电场能引起气体分子的电离和激发而发生的放电现象。
它可分为表面放电和体内放电两种形式，分别指绝缘材料表面的局部放电和在绝缘材料内部的局部放电。
二、局部放电的检测方法1. 频域法频域法通过采集信号并对其进行频谱分析来检测局部放电。
其中一种常用的方法是傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，从而得到局部放电的频谱信息。
通过对频谱数据进行处理和分析，可以定位和判断局部放电的位置和程度。
2. 时域法时域法是通过采集信号并对其进行时域分析来检测局部放电。
这种方法通常包括测量和分析局部放电脉冲的幅值、上升时间、下降时间等参数。
通过对这些参数的分析，可以判断局部放电的强度和形式。
3. 超声波法超声波法是一种利用超声波技术来检测和分析局部放电的方法。
它通过将超声波传感器放置在设备上，利用超声波传感器接收到的信号来检测局部放电的存在。
这种方法具有高灵敏度、高分辨率和无损检测等优点，因此被广泛应用于局部放电检测领域。
三、局部放电的分析手段1. 统计学分析统计学分析是一种通过对大量数据进行统计和分析来研究局部放电的性质和规律的方法。
通过对局部放电的参数进行统计学分析，可以了解局部放电的数量、强度和频率等信息，从而判断设备的健康状态和预测设备的寿命。
2. 图像处理分析图像处理分析是一种通过对局部放电产生的图像进行处理和分析来研究局部放电的性质和特点的方法。
局部放电研究
式(1) 与在平板形绝缘结构中含有扁平内部气隙时 得到的结果完全一致
设内部气道里向如图2所示，根据气体放电理论 可知，描述内部放电的动态过程数学模型就是下 列连续方程 ：
式中：ρ——电子电荷密度 υ——电子迁移速度 α——电子碰撞电离系数 x——空间变量
t——时间变量
为了求解偏微分方程(2)，还必须确定相应的初始条件和边界条件 初始条件 边界条件 （3） （4）
图2
第二部分 局部放电的数学模型研究
参考相关文献建立了局部放电含内部介质气道的 人工试样模型与其等效电路图如下：
图3
由电路模型外施电压引起的内部气道中的电场强 度Eg近似为：
(1)
ε
式中 u——外施电压 ｄ——内部气道的厚度， 且d=d2=d3=0.18mm ε ——聚醋材料在工频室温时的相对介电系数，取=3.2
主要内容
第一部分：电子崩、流注理论相关介绍 第二部分：局部放电的数学模型研究 第三部分：参考文献 第四部分：献给我们自己
第一部分
汤逊理论认为，δd 较小时气体间隙的击穿主 要由电子的碰撞游离和正离子撞击阴极表面 造成的表面游离所引起的。电子崩形成如下 图所示：
图1
流注理论
在外施电场作用下，电子崩由阴极向阳极发展，由于气 体原子（或分子）的激励、电离、复合等过程产生光电 离，在电子崩附近由光电子引起新的子电子崩，电子崩 接近阳极时，电离最强,光辐射也强。光电子产生的子 电子崩汇集到由阳极生长的放电通道，并帮助它的发展 ，形成由阳极向阴极前进的流注
对于图4所示的电脉冲时域特性，可以采用非线性指数脉 冲函数进行非线性曲线拟合。根据多次计算结果可知， 选用下列指数脉冲函数作为拟合函数较为合理。
局部放电数据和相位可辨识的局部放电图的评价
HH附录H（资料性附录）局部放电数据和相位可辨识的局部放电图的评价H.1 局部放电（PRPD）图评价说明H.1.1 局部放电（PRPD）图示例下述测量在控制良好的实验室条件下进行，以便观测局部放电放电过程(参见参考文献[6])。
当采用合适的测量设备时，相位辨识的Φ-q-n模式可提供局部放电图，该局部放电模式可以测量及显示。
图形可能会重叠，图形、局部放电频率或其它特征可能会变化。
此处不同的局部放电源显示了不同的模式。
此处的局部放电图（图H.1）是根据图5a）（低压耦合装置在耦合电容器的对地侧）进行测量的。
由于空气/绝缘之间的污染，沿着端部绕组表面放电/电痕。
a)绕组端部的放电由于不适当的界面性质，端部防晕和槽部防晕层结合处的放电。
b)绕组端部的放电绕组端部中线棒间或者线棒与铁芯指压间的间隙放电。
c)绕组端部的放电主绝缘内部孔隙的放电。
d)内部孔隙放电主绝缘和铜导体间分层放电。
e)绕组端部的放电图H.1局部放电图示例H.1.2 基本危险评估表H.1参考第4章（旋转电机中的局部放电性质），给出涉及主要局部放电源相关风险的一些基本概念。
表H.1 旋转电机中主要局部放电源相关的危险性危险评估是基于目前树脂浸渍云母带高压绝缘结构为基础，随着绝缘材料、绝缘质量、强度(能量)和PD源位置、表面条件等不同而变化。
PD图所指示的PD源应该通过额外的调查(例如视觉检查)来确认，以执行可靠的状态评估。
局部放电与电应力有关，而绝缘系统的老化是机械运行过程中出现的电应力、热应力、机械应力和环境应力的综合作用。
因此，对于一台新机器，PD图不会与使用性能直接相关，因为电应力本身可能不是主要的老化因素。
对于已投入使用的机器，局部放电也会成为某些热老化、机械老化和环境老化现象的一种症状。
对机器安全运行、维修时间和维修成本的影响并不总是取决于局部放电源。
而是取决于绝缘缺陷、变质和/或损坏的原因或机理。
确定的局部放电源可能表明测量时绝缘状态的早期症状。
高压电力设备中的局部放电特性
高压电力设备中的局部放电特性高压电力设备是电力系统中不可或缺的一部分，它们的功能包括传输、转换和分配电能。
然而，高压电力设备在运行过程中可能会出现局部放电（Partial Discharge，PD）现象。
虽然这种现象表面上看似无害，但是它最终会导致设备的运行出现故障，从而影响电力系统的稳定运行。
因此，研究高压电力设备中的局部放电特性至关重要。
什么是局部放电？局部放电是在介质内部（液体、气体、固体等）产生的电放电现象。
在高压电力设备中，局部放电主要指的是在设备的绝缘体表面或内部产生的电击穿现象。
通常情况下，这种电击穿会产生微弱的电流脉冲，并且会随着时间的推移产生频繁的放电现象，最终导致设备运行出现故障。
高压电力设备中的局部放电特性高压电力设备中的局部放电特性是指局部放电所表现出来的电气特性。
这些特性包括放电起始电压、放电量、放电形态和放电位置等。
下面将详细介绍这些局部放电特性。
放电起始电压放电起始电压是指局部放电开始产生的电压大小。
在高压电力设备中，局部放电起始电压的大小是一个重要的参数，它可以用来评估设备的绝缘状态。
当放电起始电压越低，说明设备的绝缘状态越差，当放电起始电压越高，说明设备的绝缘状态越好。
因此，对于高压电力设备，我们要尽可能地保持放电起始电压的高度。
放电量放电量是指局部放电在单位时间内释放的电能大小。
在高压电力设备中，放电量通常是用电容法进行测量的。
放电量的大小受到许多因素的影响，包括设备的绝缘材料类型、温度、湿度等因素。
通常情况下，放电量越大，说明设备的绝缘状态越差。
放电形态放电形态是指局部放电在波形、频率、幅度等方面的表现。
在高压电力设备中，放电形态可以通过在线监测来评估设备的绝缘状态。
放电形态通常可以分为缓慢的放电和频繁的放电两种类型。
缓慢的放电主要是指局部放电在电压波形的上升沿或下降沿时产生的电放电现象；频繁的放电则是指在电压波形的高峰或低谷时产生的电放电现象。
放电位置放电位置是指局部放电在设备中的位置分布。
典型局部放电模型谱图
典型局部放电模型谱图————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：典型局部放电模型试谱图1. 高压尖刺模型 电压等级PRＰD谱图说明9.１K Ｖ2７0°先出现放电，属于尖刺放电的第一阶段１1.2KV90°、２70°均出现放电现象，属于尖刺放电的第二阶段13.0ＫＶ9０°、270°放电剧烈，90°出现门型,属于放电的第三阶段2. 低压尖刺模型电压等级P ＲP Ｄ谱图说明13.５KV90°先出现放电,属于尖刺放电的第一阶段16.8KV90°、270°均出现放电现象,属于尖刺放电的第二阶段２４．1KV９0°放电剧烈,出现门型,属于放电的第三阶段3.悬浮模型电压等级PRPD谱图说明2５.8ＫV０~90°、18０～２70°之间均出现悬浮空中的放电现象。
悬浮仅加一个电压等级4. 自由金属颗粒模型颗粒类型 电压等级PRPD 谱图说明两个颗粒8.8KV0~３60°均有放电，总体趋势呈双山峰状1２.3KV一个颗粒9.7KＶ０~360°均有放电，总体趋势呈双山峰状１ 4.５KV5.沿面模型电压等级PRＰＤ谱图说明16.６KＶ1８0～27０°之间先出现放电,0~９０°仅出现少量放电，属于沿面放电的第一阶段21.5KV0～9０°、18０~270°之间均出现放电现象，0~90°放电较第一阶段明显增加,属于沿面放电的第二阶段２4.1KV０~９0°、180~２70°之间放电剧烈，属于沿面放电的第三阶段6.气隙模型电压等级ＰRPD谱图说明10.7KV相位发生在电压上升沿(1、3象限），第一象限有翼状图谱形状出现。
１2.2KV相位发生在电压上升沿(1、3象限），第一象限翼状图谱形状变窄。