PD-HAT 局部放电检测仪 用户手册
目录
PD-HAT ......................................................... 2 1 产品概述 .......................................................... 4 2 检测原理 .......................................................... 5 3 仪器操作 .......................................................... 6 4传感器操作 ........................................................ 7 5仪器的功能 ........................................................ 8
5.1 启/停测量 .................................................. 8 5.2 切换显示 .................................................... 8 5.3 图谱分析 .................................................... 9 5.4 放电判断 ................................................... 11 5.5 数据回读浏览 ............................................... 11 5.6 自动更新 ................................................... 11 5.7 数据导出 ................................................... 11 5.7 帮助 ....................................................... 12 6使用条件 ......................................................... 12 7性能指标 ......................................................... 12 8现场测量方法与注意事项 ........................................... 14 现场测量步骤： ..................................................... 14 附录A 常见干扰源和抗干扰方法 ................................... 18 附录B 干扰信号的典型图谱 ....................................... 19 附录C 检测数据的要求 ........................................... 20 附录D 术语和定义 ............................................... 20
1 产品概述
中压开关柜（3-66KV）是城市配电网中重要基础设施，其运行的稳定性直接影响到城市经济的发展与人民生活水平质量的提高。开关柜设备的可靠性直接决定了用户供电的可靠性。状态检修是提高供电设备可靠性的重要技术手段。但是开关柜不可能采取像变压器、GIS设备那样实现全面、实时的在线监测。因为开关柜数量众多，开关柜的设备造价低，监测设备的成本很高。但往往开关柜的故障会导致严重的后果，导致供电中断，严重影响城市电网稳定运行。经统计，开关柜的绝缘与载流故障占整个开关柜的30%-50%，并且绝缘与载流故障与局部放电现象密切相关，对中压开关柜的局部放电检测能显著减少故障概率。 为此，我们精心设计了PD-HAT局部放电检测仪，专门用于检测开关柜局部放电的状况，直观分析局部放电的严重程度，衡量设备内部绝缘的劣化程度，使维护人员在变电设备出现绝缘劣化时能够及时发现，采取相应措施，避免设备出现短路等严重故障。
PD-HAT局部放电检测仪采用目前流行的暂态地电压(TEV)和超声波(AE)检测局部放电的方法，通过外置的TEV天线接收开关柜内部局部放电辐射和产生的暂态地电压和超声波信号。PD-HAT在使用上以暂态地电压为主要检测方法，超声波为辅助检测手段，还集成了HFCT检测方式，可以对开关柜局部放电进行全方位的检测。
PD-HAT具有如下特点：
单通道设计，可以选择接入暂态地电压传感器、超声波传感器或HFCT传感器。 ②便携式设计，维护人员能随身携带，并且一个人就能实施局部放电的检测过程。
③操作过程简单，通过仪器上的快捷按键就能轻松完成整个检测，方便现场人员使用。
④在检测过程中自动实时进行局部放电智能化诊断，并且将判断结论显示在仪器界面上，帮助现场工作人员分析设备局部放电的状态与危险等级。 ⑤具备连续检测和存储数据的能力，数据能通过外插U盘的方式导出。
⑥在检测过程中实时显示放电幅度趋势图，Q-N-Φ图（PRPD）, 特征棒图 有经验的现场分析人员可以清楚的观测到设备内部产生的局部放电的时域和相域的特征，从而判断局部放电严重程度和类型。
2 检测原理
开关柜里的局部放电主要分为2类： 内部局部放电：发生在绝缘体内部的放电
原因绝缘材料不均匀或者内部存在空洞和杂质或者绝缘强度的不足； 表面局部放电：发生在绝缘体表面的放电
原因导体表面存在凸出部；环境因素的影响：潮湿、过热。
目前公认的测量开关柜局部放电的方式是暂态地电压（TEV)和超声波(AE)法。 暂态地电压(Transient Earth Voltage)测量方式：
局部放电发生时，放电点产生高频电流波，并向两个方向传播；受集肤效应的影响，电流波仅集中在金属柜体内表面传播，而不会直接穿透；在金属断开或绝缘连接处，电流波转移至外表面，并以电磁波形式进入自由空间；电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压，如图1所示。
图1 开关柜局部放电示意图
暂态对地电压可用TEV传感器进行测量，其幅值与放电量和传播途径的衰减程度有关；衰减量主要取决于放电点位置、设备的内部结构以及开口大小有关，如垫圈的厚度。开关柜壳体上暂态对地电压的变化会在传感器的金属极板上感应
出高频电流，对传感器输出的高频电流进行处理，可以间接获得局部放电的强度和频度。
超声波(AE)测量方式：
局部放电发生时，放电点产生超声波信号，电缆绝缘的内部放电导致的振动幅度较小，难以采用超声波方法测量；绝缘子、母排导致的表面放电导致的振动幅值较大，方便使用超声波方法进行测量；
暂态地电压检测法和超声波检测法适合现场检测应用，可以相互补充。暂态地电压检测法测量绝缘内部放电，超声波检测法测量绝缘表面放电，如表1所示。 暂态地电压（TEV） 对绝缘的内部放电比较敏感 超声波(AE) 对介质类型比较敏感，适合检测空气介质放电；比较适合检测套管、终端、绝缘子的表面放电； 对放电频谱较低的套管、终端、绝缘子对绝缘的内部放电不敏感 表面放电不敏感 易受外界电磁干扰的影响 传播过程衰减较小 易受现场机械振动的干扰 传播过程衰减大 表1 暂态地电压与超声波检测方法比较 高频电流互感器（HFCT）测量方式：
仪器集成了HFCT测试通道，可以接入HFCT传感器检测开关柜进出线缆的局部放电状况。 HFCT检测方法是目前带电检测规范推荐方法之一，使用HFCT传感器对开关柜进出线缆终端末屏接地电流进行检测，从而发现线缆内部的局部放电。 实践经验表明，开关柜暂态地电压检测方法具有检测灵敏高的特点，目前电力行业内已经认可此方法，并且有相应的技术规范。
3 仪器操作
步骤一：将TEV传感器（或HFCT传感器）接入仪器TEV（HFCT）通道输入接口。 步骤二：将AE探头与调理放大器连接后接入仪器AE通道接口。
步骤三：用户佩戴好仪器后，通过上方面板，打开电源开关，系统启动，便可进入测量状态工作。
步骤四：在仪器操作界面上设置测量参数，启动测量后，通过仪器界面观察局部放电脉冲特征，包括幅度与相位等信息。
注：在环境恶劣的条件下，需对仪器进行相应保护措施，以免对仪器造成损伤。
4传感器操作
暂态地电压信号可以通过开关柜的金属门的缝隙，通风孔，垫圈等部位传导到金属门表面，测量时将TEV传感器贴在上述部位附近即可。注意：开关柜不能是双层金属门的，传感器必须贴在单层金属门表面。
将TEV传感器贴在开关柜金属门表面就可以得到信号，不需要对开关柜做任何改动，不需停电，不影响开关柜的正常运，如图2所示
需要使用超声波（AE）传感器时，需要将超声波传感器紧贴开关柜壳体表面(为了保证传感器与开关柜壳体良好紧密的接触，应在超声波传感器表面涂抹硅胶)并且连接好超声波前置放大器。
注意： TEV测量易受周围电磁环境噪声的影响，所以测量时，有必要对周围电磁环境噪声进行测量，推荐的电磁环境噪声值应该小于20dB。高于此值则不利于测量。 电磁环境噪声测量方式：将TEV传感器贴在不可能产生局放的金属板上，比如室内金属门。从仪器上可以直接读出背景噪声值。
传感器主体引出线带电体开关柜金属盘PD-HAT图2 TEV测量示意图
5仪器的功能
图3 仪器功能示意图
5.1 启/停测量
用户在启动测量前，需要对所需测量数据自定义范围，选择相应的检测方式，时间范围，脉冲宽度（若不进行选择，系统确认为默认值），选择确定后，点击键盘上的“启动/停止”键，仪器开始进行数据采集，如需停止采集需再次按下“启动/停止”键。测量结束后，系统会提示用户是否保存测量的数据，用户可根据自身需要，进行选择。对已经保存的数据，用户在浏览后能够选择是否“删除”。
5.2 切换显示
通过仪器面板上的“切换”键，可以在简化界面和分析界面中自由切换。下面主要介绍简化界面的元素。
仪器开机启动后默认进入简化操作界面，界面上显示危险等级指示灯，并在指示灯下方显示脉冲幅度值信息。 巡检过程中主要观察指示灯的变换，根据危险等级，指示灯分为绿灯、黄灯、橙灯、红灯。分别代表正常、关注、预警、检
修等状态，如表2所示。 指示灯状态 绿灯 黄灯 橙灯 采取策略 可以运行，按照正常检测周期进行下一次检测 将“关注”开关柜的检测周期缩短为一个月 需要定位局部放电源所在开关柜，将“预警”开关柜的检测周期缩短为一周 红灯 检修 需要定位局部放电源所在开关柜，进行检修 表2 指示灯状态含义表达 危险等级 正常 关注 预警 5.3 图谱分析
通过仪器的“切换”键，可以在简化界面和分析界面中自由切换。下面主要介绍分析界面的组成元素。
趋势图：反应放电幅度（峰值和均值）随时间变化的关系，如图4所示。
图4 分析界面的趋势图
PRPD图(-q-n图）：反应放电幅度，相位，次数的关系，用二维伪彩图的形式表达出来，如图5所示。
图5 分析界面的PRPD图 特征棒图：如图6所示
Qp:表示固定时间尺度下，所有放电脉冲的最大峰值。 Qm:固定时机尺度下，所有放电脉冲的平均值。 飞行时间图：即飞行时间统计图系，便于确定放电类型 。
F1:固定时间尺度下，所有放电脉冲的50Hz的相关性，在相位分布上表现为单峰特征。
F2:固定时间尺度下，所有放电脉冲的100Hz的相关性，在相位分布上表现为双峰特征。
Qp, Qm反映放电幅度的统计特征， F1与F2反映放电相位的统计特征。反映的统计特征与放电类型密切相关。
，表示了放电幅度和放电时间间隔的关
图6 分析界面的棒图
相位图：反应放电幅度（峰值和均值）随相位变化的关系，如图7所示。
图7 分析界面的相位图
5.4 放电判断
在测量过程中，系统对测量的数据实时分析并进行是否存在局放异常的判断，给出判断结论，软件界面上将给出如下提示： 正常： 小于等于黄色警戒值 关注： 超出黄色警戒值 预警： 超出橙色警戒值 检修： 超出红色警戒值
现场干扰将降低局部放电检测的灵敏度，甚至导致误报警和诊断错误。因此，在使用PD-HAT局放检测仪时，要注意对现场干扰的判断，尽量在消除和减小现场干扰的影响后再进行检测，具体可以参照附录A中有关常见干扰源和抗干扰方法。
5.5 数据回读浏览
在测量结束后，PD-HAT仪器提供前后页翻页浏览数据的功能，用户可以查看整个测量过程不同时刻的数据。也可以读取已经存储的数据文件来了解一个测量过程不同时刻的数据。一旦用户在测量结束后保存了数据文件，用户可随时查看测量过程中任何时刻的数据的统计特征和以及原始脉冲数据。软件提供选择“时间尺度”的功能，可以选择10，30， 60秒来进行统计，只需移动趋势图上的透明透明条到想要查看的时间位置后，结合时间尺度来查看数据。
5.6 自动更新
当PD-HAT系统中的软件需要升级时， 用户可以在U盘根目录的PDVUpdate文件夹中拷入厂家的更新文件后，直接插入PD-HAT仪器的USB接口，PD-HAT自动检测文件的版本信息后自动重新启动仪器来更新软件。
5.7 数据导出
U盘插入仪器USB接口后，仪器会自动检测到U盘插入，并提示是否导出数
据，选择导出后，仪器会把本地存储器上的测量数据文件复制到U盘上。本仪器最大可支持U盘为8G。导出的数据可以在上位机的回读分析软件中进行事后分析浏览。
5.7 帮助
顶级菜单中“帮助”，进入后将以图形化方式向您展示PDHAT仪器的快速指南。从快速指南中您将了解仪器底部菜单的操作流程。
帮助还向您提供了校准 PDHAT系统的工具，分别是触摸屏和时钟的校准。这两项在仪器出厂前已经进行了校准，一般用户不需要再次校准。但是如果您发现仪器出现触摸屏和时钟的偏差，可以在这里进行校准，可以有效避免硬件的偏差给您的测量过程带来困扰。
6使用条件
环境温度：-15℃-65℃ 标高：海拔3000m以下 不结露的最大相对湿度:95% 污秽等级 Ⅲ级 最大风速 35m/s
7性能指标
指标 通道数 采样速率 采样精度 检测灵敏度 检测动态范围 检测信号带宽 描述 1个测量通道，可以选择接入暂态地电压或者超声波传感器 20Msps 12Bit AE通道最小可测放电量50pC 70dB 暂态地电压50-70MHz， 高频CT(HFCT)0.5-30MHz
超声波20-200KHz 同步方式 显示量程切换 电池容量 待机时间 整机功耗 CPU(主频) 操作系统 开机启动时间 用户可用内存 用户空间 彩色显示和触摸USB接口 自动软件更新 默认为内同步，由仪器提供同步信号，也可外接同步信号装置，在仪器操作界面上可以进行切换。 显示范围高-中-低可在使用过程中随时切换 5Ah 12小时 7瓦/时 Freescale iMX257 400MHz Windows CE 6.0 8秒 64MB/40MB 8GB 480*272(256色)电阻式彩色触摸屏 USB 2.0 插入U盘自动更新软件 检测装置电源端子和信号端子对地应能承受1min/2kV的工防护能力 频耐压和5kV标准雷电波（1.2/50us）有VFTO瞬态过压、过流、防雷等保护措施 抗震性能 能够耐受地面水平加速度0.25g和地面垂直加速度0.125g的振动试验（g为地心引力加速度，9.8m/s2） 能承受GB/T14598.9中规定的严酷等级4级 电磁兼容性能 能承受 GB/T17626.5中规定的严酷等级4级 能承受GB/T17626.8中规定的严酷等级4级 表3 仪器性能指标表
8现场测量方法与注意事项
现场测量步骤：
测量现场背景噪音(0-20dB范围是正常的)
消除现场干扰源（背景噪声>20dB需要排除干扰源，参照附录A的方法） 记录开关柜的铭牌参数
暂态地电压模式下，测量开关柜的地电波信号，并记录测量数据 超声波模式下，测量开关柜的超声波信号，并记录测量数据 判断开关柜是否存在局放
注意事项：
1) 应注意在每次测试读数时，使检测仪器在检测部位停留3 秒以上，待数值稳定后再读数，如3 秒后数值还一直不稳定，则读取3 次测量值的平均值。 2) 如存在异常信号，应对该开关柜进行多次、多点检测，且在该柜体金属表面至少选取3 个点进行比较，查找信号最大点的位置。
3) 检测过程应确保检测数据客观、如实的反应设备实际运行状况，全面、准确记录各项数据。
4) 检测并记录，建立相关检测档案。
5) 对数据异常开关柜宜利用照相机、摄像机等设备对开关柜及临近设备进行记录，以便进行后期分析。
6) 对于检测中发现的异常情况，应在对检测数据进行严谨的数据分析后及时出具相关检测报告，并上报相关管理部门。
图8 仪器现场使用图
本仪器为内置式锂电充电电池，在使用仪器前，请确保电量饱和，以免在数据采集过程中出现断电，引起数据丢失。本仪器为便携式局部放电检测仪，通过配套背带可随身携带。用户佩戴好仪器后，通过上方面板，打开电源开关，系统进入待机状态，便可开始进入工作状态，如图8所示。
在局部放电带电检测中，首先通过峰值趋势图观察是否有高于20dB警戒值的异常信号，并判断是否是干扰信号或周围环境的电子噪声信号。当观察到有高于20dB的信号时，再观察PRPD图谱，环境噪声信号的PRPD图谱无任何相位特征，如果有相位特征时，再将传感器贴在附近无局放信号的金属表面上测量是否有干扰信号，如果没有，则说明可疑信号来自开关柜内部。
在现场检测时，暂态地电压方式的检测部位主要是母排（连接处、穿墙套管，支撑绝缘件等）、断路器，CT、PT、电缆等设备所对应到开关柜柜壁的位置，这些设备大部分位于开关柜前面板中部及下部，后面板上部、中部及下部、侧面板的上部、中部及下部，如图9所示：
图9 暂态地电压检测部位示意图
在现场检测时，超声波检测过程中，应将超声波传感器贴在开关柜壁上的检测。开关柜超声法检测部位可参考图10进行测试。
图10 超声波检测部位示意图 现场检测数值与判断结论，采取措施对照表如表4：
背景值 设备上的测试值(P) 判断结论 采取的措施 P ≤ 20dB 未发现明显每3个月测试一次 的放电现象 20dB < P ≤ 检测到一定要跟踪测试或用监测仪
30dB 程度的放电进行在线监测，观察设现象 备的放电趋势。 0 ~20dB 30dB < P ≤ 检测到较强确定放电源的位置，对 >20dB 高水平噪声如果可能，应该消除外可能会遮盖部干扰源再重新测试开关柜内的（参照附录A中常见干放电 扰源和抗干扰方法），或使用更高端的仪器来识别开关柜中的放电 表4 现场检测结论对照表
40dB P > 40dB 的放电现象 设备采取相应的措施 检测到强烈确定放电源的位置，对的放电现象 缺陷设备进行停电检修
附录A 常见干扰源和抗干扰方法
常见的干扰源有：
1) 户外架空线的强电晕干扰会对开关室的进线柜及相邻柜的超声波和暂态对地电压测试值造成影响。
2) 主变冷却器等大电机运转时由于内部线圈的转动会在外壳产生较高的暂态对地电压测试值，进而对开关室的进线柜及相邻柜的超声波和暂态对地电压测试值造成影响。
3) 蓄电池屏柜和直流屏柜由于内部的整流电路，其暂态对地电压测试值会异常高，但影响范围小，在2、3 米开外即可忽略。 4) 靠近灯源会使超声波测试值异常大。
5) 屋顶日光灯损坏后镇流器不停启动会导致暂态对地电压测试值提高很多，其影响范围较大，可以覆盖一个主控室或高压开关室。
6) 开关柜背面的带电指示器会造成暂态对地电压测试值偏高。
7) 有些电子电路版、控制箱等会产生一定的干扰，对暂态对地电压测试值产生影响，但影响范围仅限于与其连接的金属面，且不超过0.5m 的距离，如消防控制箱、开关柜就近控制保护屏等。
8) 闹市区的构架暂态对地电压测试值受车辆等原因影响很大，但存在房屋的屏蔽措施时，内部的设备受影响较小。
9) 人耳可听的声音等会对超声波测试带来极大干扰。
10) 电晕放电可明显增大超声测试法的数值，且其声响与开关柜内部产生的声音基本类同。
11) 超声测试法的干扰源影响距离一般较小，且有一定的方向性。
现场干扰的处理：
1) 关闭干扰源，如一些室内的排风扇、日光灯等。 2) 采用不同的时间进行测试。
3) 避开无线电及其它电子装置的干扰信号。
4) 通过便携式局部放电定位仪确定信号的传播方向来确定与被测设备相距
较远的放电干扰源等方法实现。
附录B 干扰信号的典型图谱
干扰类型 干扰特点 波形相对固定，幅值稳定，没有手机信号 工频相关性，不具有相位特征，有特定的重复频率 波形有明显的具有周期特征的峰雷达信号 值点，没有工频相关性，不具有相位特征 波形幅值变化较大，没有工频相日光灯干扰 关性，不具有相位特征，没有周期重复现象 波形没有明显的相位特征，幅值发动机干扰 分布较广。 典型干扰波形 典型干扰谱图
附录C 检测数据的要求
特征量 放电强度 放电相位 放电频次 检测波形图 局部放电谱图 单位 dBm或mV 度 次/秒 说明 最大检测信号强度 最大检测信号所对应的相位 单位时间内超过预设阈值的检测信号次数 由一个工频周期的检测数据生成 由不少于50个工频周期的检测数据生成 附录D 术语和定义
开关柜局部放电 Switch gear partial discharge
开关柜局部放电是指发生在开关柜绝缘结构中局部区域内的放电现象，包括：发生在绝缘体内部的放电与发生在绝缘体表面的放电等。 暂态地电压 ultra high frequency(TEV)
局部放电发生时，在接地的金属表面将产生瞬时地电压，这个地电压将沿金属的表面向各个方向传播。通过检测地电压实现对电力设备局部放电的判别和定位。
局部放电暂态地电压检测 TEV detection of partial discharge
采用外置的电容耦合传感器在开关柜表面检测局部放电产生的暂态地电压信号。
带电测量 on-line detection
特指在被测设备运行的状态下，采用便携式仪器或示波器，通过内置、外置或可活动的传感器，由专业人员对局部放电进行检测。 背景噪声 background noise
背景噪声是指在局部放电检测过程中测量到的非被检测设备所产生的信号，背景噪声包括检测装置中的白噪声、广播通讯信号、雷达信号以及其他的连续或脉冲干扰信号。
最小可测放电量qmin minimum level of detectable PD
局部放电检测装置在检定条件下所能检出的最小放电量qmin（pC）。为了得到明确的测量结果，qmin的测量幅值至少应为背景噪声幅值的2倍。
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