1局部放電的定義和分類

局部放電是指因無法完全橋接電極間的絕緣材料而發生的放電。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。局部放電常見于電力系統的各個部件，例如開關設備、絕緣子、變壓器、電纜等。

局部放電可分為三大類：內部局部放電、表面局部放電和電暈局部放電。內部（或空隙）局部放電發生在絕緣內部，它通常是由電纜、套管、GIS（氣體絕緣開關設備）接頭絕緣的固體絕緣缺陷引起的，這種內部局部放電對絕緣材料具有極大的破壞性，通常會持續擴大直至絕緣材料完全失效。表面局部放電發生在絕緣表面，而電暈局部放電(PD)則發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，位于高壓導體和地之間的絕緣材料中的缺陷即可能會導致內部局部放電。

圖1電纜固體絕緣材料中的缺陷

2局部放電測量

測量局部放電的方法有多種，例如超聲波、電磁場、高頻電流互感器等方法。高頻電流互感器測量方法使用高頻電流互感器和示波器或者相應的采集設備捕獲局部放電產生的高頻電流脈沖。如圖2所示，如果導體的絕緣層中存在空隙，就會在導體中形成一些本不應該存在的電容，這些電容在電場作用下會進行充放電，充放電過程中會產生沿著導體如電纜方向傳播的高頻電流脈沖。因此，可以通過測試高頻電流脈沖來檢測和分析此類缺陷。圖3為采用高頻電流互感器方法對電力設備進行局部放電檢測的示意圖。

圖2局部放電時高頻電流脈沖產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電力設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系統通常由高頻電流傳感器、工頻相位單元、信號采集單元以及信號處理和分析單元組成。PicoScope示波器因為具有一系列獨特的優點而被廣泛用于局部放電檢測系統中的數據采集單元。圖4所示為典型局部放電檢測系統的原理框圖。

圖4使用高頻電流互感器方法檢測局部放電信號的原理框圖

圖5所示為使用PicoScope 6000E示波器和高頻電流互感器檢測局部放電信號的連接示意圖。安裝在PC上的PicoScope標配的PicoScope7軟件用于捕獲、顯示、處理、存儲捕獲到的局部放電波形。實際應用中，很多用戶會將PicoScope作為采集部件與其它相關設備一起集成到一個系統中形成一個專用的局部放電測試儀或者局部放電監控系統。Pico提供免費的PicoSDK軟件開發包支持用戶將PicoScope集成到用戶自己的系統中。

圖5使用PicoScope和高頻電流互感器檢測局部放電信號連接示意圖

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

局部放電相位分布圖譜顯示相對于交流電周期360°的局部放電活動。隨著電力系統中的電壓隨著時間而變化，施加在每個缺陷上的電壓也隨著時間而變化，這導致缺陷僅在特定時間和幅度下放電，將多個周期中的放電脈沖信息疊加到一個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，不同顏色的放電點表示在一定時間內特定相位和幅度下發生的局部放電事件數量。水平X軸表示被測電力系統的相位，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）

局部放電脈沖信號譜圖是一個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局部放電脈沖信號譜圖（PRPS）

3為什么選擇PicoScope?

圖8成功被應用于局部放電測試系統中的PicoScope系列

PicoScope 3000D、PicoScope 5000D、PicoScope 4824A、PicoScope 4444和PicoScope 6000D/E等多種型號的PicoScope示波器被廣泛應用于局部放電測試或局部放電檢測系統中，以檢測不同類型的局部放電信號。

圖9所示為一個內置PicoScope 4000系列的局部放電測試系統。該用戶基于PicoSDK使用第三方編程語言為測試系統開發了專用的應用軟件。

圖9局部放電測試系統

用戶喜歡將PicoScope示波器集成到他們的局部放電測試系統中是因為PicoScope示波器所擁有的獨特優勢和強大功能：

1)高可靠性

Pico Technology成立于1991年，專注于基于PC的測試儀器和數據采集設備的研發和制造。數十年的產品迭代和嚴格的質量控制，使得PicoScope示波器擁有高可靠性。

2)高性價比

與傳統臺式儀器不同，PicoScope示波器沒有內置PC，故結構簡單，從而可擁有更多獨特的硬件優勢，包括高帶寬、高采樣率、深存儲、高ADC分辨率、靈活可調ADC分辨率、多個模擬和數字輸入通道、高速數據傳輸等。基于外部PC的強大性能，PicoScope示波器可擁有更豐富的軟件功能和更強大的數據分析處理能力，如可提供40多個串行解碼器、高級數學函數（FFT、濾波函數、測量參數追蹤圖等）。此外，PicoScope示波器擁有數十種型號，用戶更容易選擇到一款經濟實惠且與其應用相匹配的產品。

3)高ADC分辨率和靈活可調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。分辨率越高，垂直精度和動態范圍就越大，波形顯示就越清晰，測量結果會更精確。PicoScope示波器的ADC分辨率靈活可調，這個獨特特點得益于Pico突破性的ADC管理技術，該技術允許用戶在一個設備中通過協調多個ADC的工作從而實現從8位到16位的靈活切換。

4)強大的軟件開發包PicoSDK

PicoScope示波器提供了很多傳統臺式示波器通常不具備的互聯和定制功能。SDK（軟件開發工具包）允許用戶為特定項目創建自定義應用程序。這使得PicoScope示波器不僅僅是一臺通用的示波器。在SDK下運行的PicoScope示波器擁有更加出色的性能，比如它可以以高達312 MS/s的速度連續采集數據并將其傳輸到PC，可實現最高200萬段的分段存儲，可以設置高級觸發功能，可以編程控制示波器內置的任意波形發生器或函數發生器輸出波形等。基于SDK編程控制PicoScope示波器簡單容易，您可以在github.com/picotech上找到大量的基于各種編程語言的示例代碼，而且我們也有專門的支持團隊為用戶自定義開發提供技術支持。

所有Pico產品（包括PicoScope示波器）均附帶免費的SDK。SDK包含適用于Windows、macOS、Linux和Raspberry Pi (ARM7)的驅動程序。它允許用戶使用諸如C、C#、C++、Python、MATLAB、LabVIEW和Microsoft Excel等通用的編程語言編寫自己的應用程序來控制儀器。

5)緊湊輕便

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

圖10 Pico產品家族

關于Pico Technology

PicoTechnology是高性能電子測試儀器的全球領先制造商。源于英國劍橋強大電子工程傳統，自創立以來，通過創建和領導創新的基于PC的測試儀器，Pico 實現了連續33年的增長。其獨特的解決方案和完整的產品線為電子工程師提供了高性能且經濟高效的工具，涵蓋了從物理層到協議層的整個設計驗證周期：

具有內置AWG，FG，邏輯分析儀，頻譜分析儀，串行協議分析儀的實時示波器，提供高達16位ADC分辨率，4G超深存儲器，8個高分辨率通道和真正的差分探測。緊湊的30GHz采樣示波器使工程師能夠輕松實現TDR特征阻抗測試，眼圖和時鐘恢復等。PicoVNA（矢量網絡分析儀），RFSynthesizer（射頻信號合成器）和PicoConnect高帶寬探頭可擴展到RF應用。此外，還有最暢銷的PicoLogger系列數據記錄儀產品。

SDK允許用戶與實現測試自動化的其他儀器一起開發自定義應用程序。終身免費軟件和5年保修可保護客戶的投資。