数据采集在局部放电中的应用指南

根据国际标准IEC 60270的定义，局部放电（Partial Discharge，简称PD）是指在电气绝缘系统中，由于局部区域的电场强度超过其绝缘材料的击穿强度，从而在绝缘体局部区域发生的瞬间放电现象，通常这种放电表现为持续时间小于1μs的脉冲。局部放电是一种常见的电力设备故障前兆，广泛存在于变压器、电缆等高压电器设备，物理本质是强电场下介质局部区域的电离击穿与能量释放过程。由于局部放电并不足以引起完全的电气击穿，其持续存在会导致绝缘性能下降，最终引发重大电力事故，因此对绝缘体的局部放电检测是一项具有重要意义的安全检验。

传统的局部放电检测技术（如脉冲电流法、超声波法，参考图1）在复杂电磁环境中普遍面临准确性低、抗干扰性能弱的技术瓶颈。

不过局部放电检测的技术也在不断更新中，其中特高频法（Ultra High Frequency，简称UHF，国内有的地方也翻译成“超高频”，本文沿用国家标准和电力行业标准的名称）是目前局部放电高端检测设备中较为常见的方法。与传统方法相比，UHF技术测量精度更高，受外部电磁干扰影响较小，适合在现场复杂电磁环境中长期运行。下面将结合UHF技术原理和具体案例，来详细说明数字化仪在局部放电中的应用。

局部放电检测不同方法的共性都是将放电信息传输至采集设备，以实现数据的采集、处理和显示。此外，为了进一步验证局部放电信号的特征，有时还需对采集到的数据进行保存和二次处理。局部放电的信号特征如下表1所示：

UHF方法的原理在于，每一次局部放电过程都伴随着正负电荷的中和，产生的脉冲电流会辐射出高频分量比较丰富的电磁波信号，最高频率可达数GHz，通过天线作为传感器接收局部放电过程辐射的UHF电磁波，再通过ADC采样将接收到的电磁波信号转换为数字信号，最后通过特定的信号处理硬件和专用算法（如包络提取）即可实现局部放电的检测。

业界基于UHF技术原理的产品类型主要包括：手持式巡检仪、台式检测仪、在线式监测系统、高端实验室检测系统等，在应用方面特别适合GIS（Gas Insulated Switchgear，气体绝缘开关设备）、变压器等电力设备的检测。

虽然业界已经普遍拥有各种不同类型的UHF检测仪器或设备或系统，但针对局部放电的信号采集需求，用户仍然会有一些常见的痛点，总结如下：

1 采样率与带宽的限制

局部放电脉冲持续时间极短，需高采样率（如GS/s级）才能准确还原波形。台式高端局部放电检测仪的带宽和采样率都可以满足要求，但普遍体积庞大、移动不便，只适合放在实验室作为专门的测试设备，而普通手持式巡检仪则带宽与采样率不够，会导致信号采集失真或遗漏。

2 垂直分辨率的限制

 高端台式检测仪在高采样率和高带宽的配置条件下，通常无法再兼顾高垂直分辨率（通常是在12 bit以下 ），所以分辨微弱放电信号变得非常困难。

3 触发功能单一

局部放电的信号幅值小且随机性强，专用UHF局部放电检测仪虽然专门针对放电特征而设计，但常受限于触发能力单一（很多国产中低端检测仪仅支持幅值触发，无法实现相位关联触发），面对这种局部放电信号基本是无能为力的，所以很可能无法稳定捕捉微弱或复杂的信号。

4 采集存储深度不够

长时间采集信号需要大存储容量，普通UHF检测仪的存储深度通常都不是为连续采集数据而设计的，无法满足长时间记录数据的存储需求，所以存储深度会依赖外部设备（如外挂硬盘），导致触发间隙丢失数据的风险升高。

5 数据分析功能受限

并非所有的局部放电检测仪都具备局部放电特征参数（如相位分布图谱、相位分辨分析等）的分析与统计功能，而这些功能恰好对应的是局部放电专业领域的需求，其实是很重要的。

6  便携性与高性能无法兼顾

变电站、输电线路、高铁等户外检测场景中，局部放电现场检测所需的设备都是需要便携的。能满足带宽和采样率要求的高端台式检测仪通常没有移动电源，加上体积与重量的限制，不易携带，难以满足现场检测的需求；而手持巡检仪的带宽和采样率有限，垂直分辨率也不高，虽然携带方便但性能不足，无法满足高性能检测需求。