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局部放电波形分析及图谱识别
一、局部放电的波形分析
图3-5中检测阻抗Zm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3-9的回路来计算检测阻抗Zm上的波形。

图3-9 计算Zm上电压波形的等值回路
1、Zm为R时，Zm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Cx与Ck的串联。R上的波形是一个陡直上升、指数下降的曲线（图3-10（a）曲线1），其方程是
（3-19）
由此可见，uR的幅值为q/Cx，CA一定时，uR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0.01微秒左右。当时间常数TR远大于此值时，可视脉冲为方波而得到（3-19）式。如果TR和脉冲前沿时间可以比拟时，则uR的表达式便不能用（3-19）式了。假定脉冲波的前沿是指数上升的，则uR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TR为若干微秒，二者也是可比拟的，此时uR也是双指数波，图3-10（a）曲线2为此波形的示意图。

图3-10 检测阻抗上的波形
(a) Zm为R时，Zm上的波形 (b) Zm为Lm时的输出波形
2、Zm为时的输出波形 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

（3-20）
3、Zm为Lm时的输出波形 因为Lm中总有一定的电阻，整个回路也有一定的损耗，所以Lm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
（3-21）
为回路损耗造成的衰减时间常数的倒数。图3-10曲线1为uL的波形示意图。uL的幅值与uR相同，均为q/Cx。如果脉冲的前沿时间与振荡周期可以比拟时，则uL的波形如图3-10曲线2，其幅值比曲线1的小，包络线是双指数波。
4、Zm为LmCm并联元件时的输出波形 一般选择的Cm值比Ck、Cx都大得多，故振荡频率主要决定于LmCm值。LmCm元件上的波形方程为
（3-22）
的含义同式（3-21）。由式可见，uLC的幅值小于uL，振荡周期加大了。考虑到，并选则
（3-23）
由此可见，uLC的幅值与q成正比而与Cx几乎无关，振荡频率也只受LmCm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。
5、Zm为LmRmCm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（3-23）相似。但电阻Rm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。加入Rm的目的是加速衰减，使重复的局部放电脉冲在Zm上造成的输出不致于首尾相互叠加，从而加强回路脉冲分辨的能力。
检测阻抗Zm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3-11为两种扫描时屏上波形的示意图。

图3-11 示波器上的显示
在局部放电试验时，除绝缘内部可能产生局部放电外，引线的联接，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3-12就是几种典型的波形。

图3-12 典型放电的示波图
二、局部放电的图谱识别
图3-13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（a）、（b）、（c）、（d）为局部放电的基本图谱，（e）、（f）、（g）为干扰波的基本图谱。

图3-13 接近起始电压时，不同类型局部放电的示波图
（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。
（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3:1仍属正常。放电刚开始时，放电脉冲尚能分辨，随后电压上升，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。
（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。
（d）中，(1 )一簇不同尺寸的气隙位于电极的表面，但属封闭型；(2 )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止及负峰值之前两边幅值比通常为3:1，有时达10：1。随电压上升，部份脉冲向零位方向移动.放电起始后，脉冲分辨率尚可;继续升压，分辨率下降直至不能分辨。放电起始后放电皇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10 min以后，放电响应会有些变化。
（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。
（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，惟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。
（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3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。