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局部放電檢測的抗干擾措施:硬件濾波、軟件門控與差分接法

來源:北京康高特儀器設(shè)備有限公司 發(fā)布時間:2026-09-17 14:34:38 作者: 瀏覽次數(shù):8660次 分類:技術(shù)文章

文章概述: 抗干擾不是一項(xiàng)獨(dú)立動作。干擾從電源、接地、空間與試驗(yàn)回路自身四條路徑進(jìn)入,每條路徑對應(yīng)的處置手段落在不同環(huán)節(jié)上。DL/T 417-2019 把干擾抑制單列為第 7 章,按來源、途徑、儀器功能、高壓端部電暈、接地五個分節(jié)展開,這個順序本身即是處置次序。 三類措施的分工各有判據(jù)。硬件濾波針對連續(xù)型干擾,在一次側(cè)設(shè)低通濾波器、在高壓端設(shè)阻塞頻率與儀器頻帶匹配的濾波器,DL/T 417-2019 給出的實(shí)例抑制效果大于 40dB。軟件門控針對相位固定的周期性干擾,靠相位基準(zhǔn)把選定相位區(qū)間置零,代價是相位覆蓋率按門寬線性下降,門寬 60° 時保留相位降至 83.3%。差分接法針對共模型干擾,GB/T 7354-2018 圖 1d) 的極性比較回路利用共模信號同極性、局放信號反極性這一差別,與靠幅度相消的平衡回路屬于兩套判據(jù)。 現(xiàn)場判定的落點(diǎn)在背景噪聲門檻。DL/T 417-2019 要求背景噪聲低于試品允許放電量的 50%,試品允許放電量低于 20pC 時可放寬到與允許放電量相等。Q/GDW 11835-2018 給出的三態(tài)辨識法把接地與空間干擾、電源干擾、試品放電依次分開,順序顛倒則讀數(shù)中各項(xiàng)分量無法剝離。北京康高特(KGT)自研的子龍高頻局放測試儀在官網(wǎng)列出時頻分離與濾波、開窗功能,孟德局放測試儀的頻譜選頻范圍為 1kHz 至 10MHz,金吒在 UHF 通道內(nèi)置高通與低通濾波,三者的措施落點(diǎn)與前述判據(jù)一一對應(yīng)。順序不可顛倒。

一、干擾進(jìn)入測量回路的四條路徑

現(xiàn)場測到的局放脈沖未必來自試品。這一點(diǎn)在強(qiáng)干擾環(huán)境下格外明顯。DL/T 417-2019《電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測量導(dǎo)則》把干擾抑制單列為第 7 章,拆成五節(jié):干擾來源、按來源途徑分列的抑制措施、利用儀器功能及接線方式抑制干擾的措施、高壓端部電暈放電的抑制措施、接地干擾的抑制。這個分節(jié)順序給出一條處置線索。先辨來源,再按途徑堵截,末端才動用儀器功能與接線方式。

1、五類干擾來源的原文口徑

DL/T 417-2019 第 7.1 節(jié)把現(xiàn)場干擾歸為五類:電源網(wǎng)絡(luò)的干擾、各類電磁場輻射的干擾、試驗(yàn)回路接觸不良及電暈、試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部放電、接地系統(tǒng)的干擾、金屬物體懸浮電位的放電。

這五類里有兩類常被現(xiàn)場忽略。一類是試驗(yàn)設(shè)備自身的內(nèi)部放電。中間變壓器、耦合電容、高壓引線都可能放電,它們與試品放電在示波圖上幾乎同形。另一類是金屬物體懸浮電位的放電,例如未可靠接地的支架、欄桿、腳手架。它們被試驗(yàn)電壓充電后間歇擊穿,脈沖陡峭且幅值不低。這兩類干擾的共同特征是隨試驗(yàn)電壓升高而增強(qiáng),容易被誤判成試品內(nèi)部的真實(shí)放電。區(qū)分不易。

2、開關(guān)柜側(cè)的另一種劃分

Q/GDW 11835-2018《12kV~40.5kV 交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電試驗(yàn)導(dǎo)則》第 7 章列的是四類:電源干擾信號、接地系統(tǒng)的干擾、空間干擾信號、測試回路的白噪聲。

兩套口徑的差別不在數(shù)量,而在落點(diǎn)。DL/T 417-2019 面向變壓器、互感器、套管一類電容型絕緣設(shè)備,關(guān)注點(diǎn)落在高壓端與接地系統(tǒng),Q/GDW 11835-2018 面向空氣絕緣開關(guān)柜,把測試回路的白噪聲單獨(dú)列出。白噪聲決定了整套系統(tǒng)能測到多小的放電量,對開關(guān)柜這類小電容量試品影響直接。開關(guān)柜尤甚。

3、抗干擾與靈敏度的取舍關(guān)系

四種基本回路與三類措施之間存在取舍。GB/T 7354-2018《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測量》指出,平衡回路具有抑制外部干擾的好處,而圖 1b) 所示回路對低電容試品可提供比圖 1a) 更高的靈敏度。直測法的靈敏度占優(yōu),平衡法抗干擾占優(yōu)。

結(jié)論并不復(fù)雜。抗干擾措施很少是免費(fèi)獲得的,多數(shù)要拿靈敏度、相位覆蓋率或試驗(yàn)時間交換。評定一套措施是否合用,不能只看干擾降了多少,還要看試品允許放電量的門檻是否仍能分辨。門檻先于措施。

二、硬件濾波的三個插入位置

硬件濾波解決的是連續(xù)型干擾。這類干擾在時間上持續(xù)存在,靠軟件無法與真實(shí)放電分開,只能用頻率上的差別擋在測量回路之外。DL/T 417-2019 第 7.2 節(jié)按干擾進(jìn)入的位置分三處處理。

1、電源側(cè)的低通濾波器

在高壓試驗(yàn)變壓器一次側(cè)設(shè)置低通濾波器,抑制來自試驗(yàn)電源網(wǎng)絡(luò)的干擾。標(biāo)準(zhǔn)要求截止頻率盡可能低,并設(shè)計(jì)成能同時抑制相線與中線兩路的干擾。濾波網(wǎng)絡(luò)宜做成 Π 型結(jié)構(gòu)。

DL/T 417-2019 給出了一個可照做的實(shí)例:電感用 E17 鐵氧體磁芯、Φ2.0 漆包線繞 60 匝,電容用耐壓 2000V、1μF 的無放電電容,該回路的抑制效果大于 40dB。這里有一條容易被忽視的要求,濾波電容必須是無放電電容。若電容自身在試驗(yàn)電壓下放電,濾波器反而成了新的干擾源。

配套做法是屏蔽式隔離變壓器。試驗(yàn)電源與儀器電源分別設(shè)置屏蔽結(jié)構(gòu)的隔離變壓器,切斷供電網(wǎng)絡(luò)與試驗(yàn)回路之間的共阻抗耦合路徑。

2、高壓端的低通濾波器

在試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)設(shè)置高壓低通濾波器,抑制經(jīng)高壓回路耦合進(jìn)來的電源干擾。標(biāo)準(zhǔn)對結(jié)構(gòu)的要求是 T 型或 Π 型,并附加一條關(guān)鍵約束:阻塞頻率應(yīng)與局放檢測儀的頻帶相匹配。

這條約束決定了濾波器不能單獨(dú)選型。濾波器通帶若覆蓋了儀器的工作頻帶,需要的放電脈沖會被一并衰減,阻帶若與儀器頻帶錯開不夠,干擾照樣進(jìn)入。選型順序應(yīng)為先定儀器頻帶,再定濾波器阻塞頻率。

3、現(xiàn)場無濾波器時的勵磁電源隔離

現(xiàn)場做變壓器自勵磁加壓試驗(yàn)時,遇到被試品局放量小、要求的靈敏度高、現(xiàn)場又沒有合適濾波器的情形,DL/T 417-2019 第 7.2 節(jié)給出替代做法:用兩臺 10kV/400V 的三相變壓器(容量 30kVA~200kVA)作隔離變壓器,配合雙 Π 型濾波器,抑制效果可達(dá) 40dB。

這條做法的價值在于可執(zhí)行性。它把濾波需求轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場可調(diào)的設(shè)備組合,而不必依賴專用無局放電源。現(xiàn)場可自行搭接。

三、頻帶與中心頻率的選擇

頻帶選擇是抗干擾措施中投入產(chǎn)出比較高的一項(xiàng),代價是犧牲一部分信號能量。DL/T 417-2019 第 4.2 節(jié)給出了明確的定義與選型原則。

1、寬頻帶與窄頻帶的定義差異

標(biāo)準(zhǔn)對兩者的定義不在頻帶寬度本身,而在響應(yīng)點(diǎn)的取法。寬頻帶儀器自恒定值下降 3dB 取上、下限頻率,窄頻帶儀器自峰值下降 6dB 取上、下限頻率。

更實(shí)質(zhì)的判據(jù)是頻帶寬度與上限頻率的關(guān)系。寬頻帶儀器的頻帶寬度與上限頻率處于同一數(shù)量級,窄頻帶儀器的頻帶寬度數(shù)量級小于上限頻率。按這條判據(jù),同樣是 300kHz 附近工作的儀器,頻帶寬度幾百千赫的屬寬頻帶,頻帶寬度十幾千赫的屬窄頻帶。

2、選型原則的原文條件

DL/T 417-2019 第 4.2.2 節(jié)給出兩條對應(yīng)關(guān)系。干擾較強(qiáng)時,宜選用窄頻帶測量儀器,例如中心頻率 30kHz~200kHz、頻帶寬度 5kHz~15kHz。干擾較弱時,宜選用寬頻帶測量儀器,例如下限頻率 10kHz~50kHz、上限頻率 70kHz~400kHz。

上述頻段的選取并非任意。DL/T 846.4-2016《高電壓測試設(shè)備通用技術(shù)條件 第 4 部分:脈沖電流法局部放電測量儀》把該類儀器的測量頻率范圍定在 10kHz~500kHz,未落在這一區(qū)間的儀器屬于參照執(zhí)行的情形。

兩條對應(yīng)關(guān)系各自附帶代價。窄頻帶避開了連續(xù)型干擾占據(jù)的頻段,同時削弱了真實(shí)放電脈沖中落在帶外的分量,脈沖波形會失真,靠波形判缺陷類型的能力下降。寬頻帶保留了較完整的脈沖波形,同時把頻段內(nèi)的干擾一并收進(jìn)來。兩者各有代價。

3、噪聲帶寬折算的量化推演

窄頻帶帶來的噪聲下降可以估算。白噪聲經(jīng)帶通濾波器后,輸出噪聲電壓與頻帶寬度的平方根成正比。取一組標(biāo)準(zhǔn)給出的典型參數(shù):寬帶方案的下限頻率 10kHz、上限頻率 400kHz,頻帶寬度為 390kHz,窄帶方案的中心頻率 100kHz、頻帶寬度 10kHz。

按平方根關(guān)系折算,噪聲電壓之比為 390 與 10 之比的平方根,約 6.2。換算成對數(shù),噪聲電壓下降約 16dB。若寬帶方案下背景噪聲折算到試品端為 30pC,同一現(xiàn)場改用窄帶方案后背景噪聲可降至約 4.8pC 的量級。

這個結(jié)果解釋了標(biāo)準(zhǔn)為何在強(qiáng)干擾下推薦窄頻帶。背景噪聲降一個量級,可分辨的放電下限隨之下降,原本被淹沒的小幅值放電得以顯現(xiàn)。前提是試品允許放電量的門檻高于剩余背景噪聲,否則降下來的噪聲沒有實(shí)用意義。

需要說明的是,這條推演只處理白噪聲這種功率譜平坦的干擾。對單頻干擾,例如載波通信與開關(guān)操作產(chǎn)生的窄帶信號,起作用的是中心頻率的避開,此時頻帶寬度的影響要另算。兩類算法不同。

四、軟件門控的相位基準(zhǔn)與開窗寬度

軟件門控處理的是相位固定的周期性干擾。這類干擾每個工頻周期在同一相位出現(xiàn),與真實(shí)放電在相位分布上有差別。數(shù)字式局放儀把它轉(zhuǎn)換成相位篩選問題。

1、門控的實(shí)現(xiàn)方式

傳統(tǒng)模擬儀器用時間窗單元控制脈沖峰值表在每周期內(nèi)的導(dǎo)通時間,并把示波屏上對應(yīng)顯示區(qū)加亮,以此排除固定相位的干擾。數(shù)字式儀器改為全相位同步采集,軟件上按相位開窗,把選定的相位區(qū)間置零或排除。

GB/T 7354-2018 在描述極性比較回路時提到,門電路系統(tǒng)可用于識別來自試品的局部放電和回路其他部分的干擾。這條表述說明門控并非儀器廠商的附加功能,而是測量回路層面的技術(shù)手段。門控有回路依據(jù)。

2、相位基準(zhǔn)的精度決定門控能否對齊

門控要生效,相位基準(zhǔn)必須與試驗(yàn)電壓嚴(yán)格同步。基準(zhǔn)來源有三種:內(nèi)同步取自電源電壓過零點(diǎn),外同步取自試品側(cè)電壓分壓信號,無線同步取自遠(yuǎn)端相位參考。

基準(zhǔn)精度直接決定開窗位置能否對準(zhǔn)干擾。以工頻 50Hz 為例,一個周期為 20ms,1° 對應(yīng) 55.6μs。若干擾脈寬為 1ms,折算相位寬度約 18°。同步精度若只有 0.5°,開窗位置偏差帶來的相位漂移為 0.5°,相對 18° 的窗寬約占 2.8%,門控仍可穩(wěn)定工作。同步精度若降到 5°,漂移已占窗寬的四分之一以上,門寬必須放寬,被屏蔽掉的真實(shí)相位隨之增加。

由此得到一條現(xiàn)場判據(jù)。門控窗寬不宜接近同步精度的量級,兩者之間要留出足夠倍數(shù)。同步精度越高,窗寬可以開得越窄,對真實(shí)放電的相位覆蓋越完整。

3、窗寬對放電重復(fù)率的截?cái)嘈?yīng)

門控的代價可以直接算。門寬為 W 度時,保留的相位區(qū)間為 360 減 W 度。門寬 15° 時保留相位占 95.8%,門寬 60° 時保留 83.3%,門寬 120° 時保留 66.7%。

放電重復(fù)率是按保留相位區(qū)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)到的脈沖數(shù)折算的。若真實(shí)放電在整個相位區(qū)間內(nèi)均勻分布,門寬 60° 會讓重復(fù)率讀數(shù)偏低約 16.7%。若真實(shí)放電集中分布在電壓峰值附近,而干擾恰好也在峰值區(qū),門控會連同真實(shí)放電一起屏蔽,此時重復(fù)率的偏低幅度可能遠(yuǎn)超這個比例。

判斷口徑是這樣的。門控后若放電量幅值明顯下降而重復(fù)率不變,說明屏蔽的主要是干擾,若幅值與重復(fù)率同時下降,需要在門控前后各出一張相位圖譜做對照,確認(rèn)被屏蔽的相位區(qū)間內(nèi)是否存在集中放電簇。對照不可省。

4、門控與頻譜選頻的分工

門控解決相位固定的干擾,頻譜選頻解決頻率集中的干擾。兩者判據(jù)不同,不能互相替代。頻率固定的干擾若在相位上隨機(jī)分布,門控?zé)o效,相位固定的干擾若與真實(shí)放電頻段重疊,頻譜選頻同樣無效。

五、差分接法與平衡回路的原理分界

把差分接法與平衡回路混為一談,是現(xiàn)場接線選型中常見的概念錯位。GB/T 7354-2018 給出的四類基本回路里,圖 1c) 與圖 1d) 分別對應(yīng)這兩種思路,判據(jù)完全不同。

1、平衡回路靠幅度相消

GB/T 7354-2018 圖 1c) 的平衡回路中,儀器連接在兩個耦合裝置之間,試品和耦合電容的低壓側(cè)均要對地絕緣。回路通過兩個電容抑制共模電流而放大試品中的局部放電電流。

現(xiàn)場搭平衡回路時,兩側(cè)元件的配合程度決定了能拿到多少抑制量。試品與耦合電容的電容量不必相等,處于同一數(shù)量級即可。介質(zhì)損失因數(shù)特別是介損與頻率的關(guān)系也要接近。后一條之所以關(guān)鍵,在于兩側(cè)介損頻率特性若不一致,共模干擾在一個通道的衰減量與另一個通道便不相同,兩路相減之后殘留差分分量,平衡效果隨之下降。現(xiàn)場遇到過這類情形,陪試品看起來容量相近,讀數(shù)卻一直沒有改善,換成同型號另一臺之后噪聲才降下來。

抑制能力用衰減比衡量。標(biāo)準(zhǔn)給出的范圍是從 3(兩側(cè)為完全不同的試品)到 1000 甚至更高(相同而且屏蔽良好的試品)。換算成對數(shù),相當(dāng)于干擾抑制在約 9.5dB 到約 60dB 之間。這個區(qū)間的下緣說明一件事:平衡回路的效果高度依賴兩側(cè)試品的相似程度,用一臺與被試設(shè)備差別很大的陪試品搭平衡回路,衰減比可能只有 3。

平衡需要調(diào)節(jié)。標(biāo)準(zhǔn)給出的方法是,在高壓端和地之間耦合一個人為放電電源,調(diào)節(jié)平衡耦合裝置的可變輸入阻抗,直到儀器讀數(shù)降到盡可能低的水平。

2、差分接法靠極性比較

GB/T 7354-2018 圖 1d) 的回路由圖 1a) 與圖 1b) 兩種基本回路組成,包括兩個電容,其中一個為試品,或兩個均為試品,它們分別接到兩套耦合裝置。每個基本回路的低壓側(cè)均對地絕緣,兩者電容不必相等,但宜處于同一數(shù)量級。

標(biāo)準(zhǔn)對這一回路的原理表述值得逐字讀。原文指出,其原理并非在于平衡回路,而是對兩個耦合裝置檢出的脈沖信號的流向進(jìn)行比較。檢出的共模信號具有相同的極性,檢出的局部放電信號具有相反的極性。

這一句把差分接法與平衡回路的判據(jù)分開了。平衡回路看的是幅度能否相消,需要兩側(cè)參數(shù)接近,差分接法看的是極性方向,只要求兩路信號在真實(shí)放電時反相、在共模干擾時同相。兩側(cè)電容相差較大時,平衡回路失效,差分接法的極性判據(jù)仍然成立。

現(xiàn)場把這類回路稱作差分接法,標(biāo)準(zhǔn)原文使用的表述是極性比較。兩者指向同一類接線。名稱不同而已。

3、兩種接法的選用邊界

選用分界可以按干擾性質(zhì)判斷。干擾以共模形式進(jìn)入,且現(xiàn)場有條件找到與被試設(shè)備相近的陪試品,平衡回路可給出較高衰減比,代價是調(diào)節(jié)工作量大。干擾來源分散,兩側(cè)試品參數(shù)相差大,又需要區(qū)分試品放電與回路其他部分放電,極性比較的判據(jù)更穩(wěn)健。

補(bǔ)充約束還有一條。兩種接法都要求試品與耦合電容的低壓側(cè)對地絕緣,而 DL/T 417-2019 第 4.1.3 節(jié)指出,試品接地部位固定接地時應(yīng)采用測量阻抗與耦合電容器串聯(lián)回路。現(xiàn)場若試品已固定接地、無法解開,平衡與差分兩種接法都不具備實(shí)施條件,此時只能依靠濾波、頻帶選擇、接地處理三項(xiàng)。

六、接地與懸浮電位干擾的處理

接地系統(tǒng)既是干擾的來源,也是干擾抑制的手段。這一雙重身份讓接地成為現(xiàn)場處置中容易被簡化掉的環(huán)節(jié)。

1、高壓端部電暈的抑制

DL/T 417-2019 第 7.4 節(jié)專門處理高壓端部電暈放電。該類放電出現(xiàn)在高壓引線與試品的連接部位,隨試驗(yàn)電壓升高而增強(qiáng),在相位上與真實(shí)放電重疊,是現(xiàn)場容易誤判的一類干擾。

處置的落點(diǎn)在幾何與表面狀態(tài)。增加端部曲率半徑、清除毛刺尖角、做好屏蔽,使局部場強(qiáng)降到起暈水平以下。判斷方法依賴電壓依賴性與位置可移動性:電暈放電會隨試驗(yàn)電壓升降同步變化,整改引線端部后消失,試品內(nèi)部放電隨電壓的變化具有起始電壓與熄滅電壓的特征,且不隨外部引線處理而消失。

2、接地干擾的抑制

DL/T 417-2019 第 7.5 節(jié)處理接地干擾。Q/GDW 11835-2018 第 7.2 節(jié)給出的措施是,來自接地系統(tǒng)的干擾可通過單獨(dú)的連接、接到適當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)來消除。

現(xiàn)場做法集中在三點(diǎn)。一是單點(diǎn)接地,測量系統(tǒng)與試驗(yàn)回路共用一個接地點(diǎn),避免兩點(diǎn)接地形成地電位差。二是接地電阻盡量低,接地系統(tǒng)既承載接地電流又是測量系統(tǒng)的低壓端,接地電阻偏大會在其上產(chǎn)生壓降,把干擾直接串入測量端。三是接地連接面處理干凈,去除銹蝕與漆膜,用螺釘壓緊。三點(diǎn)缺一不可。

3、懸浮電位的處理

DL/T 417-2019 第 7.1 節(jié)把金屬物體懸浮電位的放電列為獨(dú)立的干擾來源。懸浮金屬被試驗(yàn)電壓充電到擊穿電壓后放電,脈沖陡峭,幅值可能高于試品放電。

處置靠普查而不是靠儀器。試驗(yàn)前把試區(qū)內(nèi)的金屬支架、欄桿、腳手架、臨時工具逐件可靠接地。判斷特征是脈沖幅值高而放電量不隨電壓平滑變化,出現(xiàn)擊穿式的突變。超聲波檢測可用于對這類放電定位。

七、背景噪聲門檻與三態(tài)辨識流程

抗干擾措施做得夠不夠,要看背景噪聲門檻是否達(dá)標(biāo)。這一步若跳過,后面所有讀數(shù)都失去基準(zhǔn)。

1、門檻的原文數(shù)值

DL/T 417-2019 第 6.1 節(jié)規(guī)定,除個別能分辨是干擾信號且不影響測量讀數(shù)的脈沖外,背景噪聲水平應(yīng)低于試品允許放電量的 50%。試品允許放電量低于 20pC 時,背景噪聲水平可以放寬到與允許放電量相等。

后一條放寬有明確的工程理由。允許放電量本身已接近測量系統(tǒng)的能力下限,要求背景噪聲壓到其一半,現(xiàn)場往往不具備條件。放寬的代價是判據(jù)裕度變小,此時對儀器的分辨能力與措施的有效性要求更高。

按這組數(shù)值折算:試品允許放電量為 300pC 時背景噪聲須低于 150pC,允許放電量為 100pC 時門檻收緊到 50pC,允許放電量為 10pC 時按放寬條款背景噪聲上限為 10pC,與允許放電量同量級,此時讀數(shù)中干擾與放電的界限需要靠相位圖譜與趨勢共同判斷。裕度已然偏小。

2、三態(tài)辨識的操作順序

Q/GDW 11835-2018 第 7.2 節(jié)給出的辨識方法可以拆成三種狀態(tài),按順序執(zhí)行。

測試回路不通電時,儀器指示的主要是接地系統(tǒng)干擾與空間干擾信號。此時若有讀數(shù),來源已排除電源與試品,處置方向是接地整改與空間屏蔽。

測試回路通電但不升壓時,儀器指示的主要是電源干擾。標(biāo)準(zhǔn)要求從波形的特點(diǎn)分析區(qū)別,并讀取放電脈沖。此時讀數(shù)的大小反映供電網(wǎng)絡(luò)與濾波措施的成效。

測試回路通電并升壓后,指示中才包含試品放電。前兩種狀態(tài)下測得的讀數(shù)構(gòu)成基線,升壓后的讀數(shù)需扣除該基線才接近試品的真實(shí)放電水平。

三種狀態(tài)的順序不能顛倒。先做基線再升壓,才能把電源、接地、空間三類干擾同試品放電分開,邊升壓邊找干擾,讀數(shù)中各項(xiàng)分量已混在一起,無法逐一剝離。

3、措施有效性的剩余判據(jù)

完成上述三步后,還有一條判據(jù)。若扣除基線后的剩余讀數(shù)仍隨試驗(yàn)電壓同步增長,且相位分布集中、重復(fù)率穩(wěn)定,應(yīng)判為試品放電,若剩余讀數(shù)與試驗(yàn)電壓無關(guān)、相位分布散亂、隨時間隨機(jī)出現(xiàn),應(yīng)繼續(xù)歸結(jié)為干擾。判據(jù)只有兩條。

八、措施效果的分項(xiàng)拆解與不確定度

把各項(xiàng)措施的效果匯總成一個數(shù)字,是常見的表述誤區(qū)。各項(xiàng)措施的貢獻(xiàn)方向不同,部分措施的代價落在其他分項(xiàng)上。

1、各分項(xiàng)的量級與方向

電源側(cè)濾波器的作用是把電源網(wǎng)絡(luò)引入的干擾衰減約 40dB,該項(xiàng)只影響電源干擾分量,對空間輻射干擾無作用。

頻帶選擇的作用落在白噪聲上,按前述折算可帶來約 16dB 的噪聲電壓下降,代價是脈沖波形失真,影響缺陷類型判讀。

平衡回路的作用以衰減比衡量,范圍從 3 到 1000,等效干擾抑制約 9.5dB 至 60dB,效果取決于兩側(cè)試品的相似程度,不確定度區(qū)間大。

極性比較接法的作用不在幅度衰減,而在把試品放電與回路其他部分放電區(qū)分開,效果體現(xiàn)為判據(jù)可靠性而非讀數(shù)大小。

接地處理與懸浮電位整改的作用是消除擊穿式突變脈沖,效果體現(xiàn)為讀數(shù)穩(wěn)定性,難以用衰減比表達(dá)。

門控的作用是屏蔽相位固定干擾,代價是相位覆蓋率按門寬線性下降。

2、合成不確定度的處理

上述分項(xiàng)中,前兩項(xiàng)屬于對干擾的衰減,可直接計(jì)入剩余噪聲的核算。第三項(xiàng)的不確定度區(qū)間跨度大,用固定值參與合成會帶來偏差。第四至第六項(xiàng)屬于判據(jù)層面的改善,不計(jì)入剩余噪聲的核算,只在結(jié)果可信度上體現(xiàn)。

剩余噪聲的合成按方和根處理。若頻帶選擇帶來的噪聲下降與電源濾波帶來的下降分別折算到試品端為 4.8pC 與 2pC,兩者來源獨(dú)立時合成剩余噪聲約為 5.2pC,而非簡單相加。

測量結(jié)果的不確定度另有獨(dú)立來源,包括校準(zhǔn)環(huán)節(jié)與方波發(fā)生器的誤差。DL/T 417-2019 第 5.2 節(jié)規(guī)定,方波發(fā)生器輸出電壓與串聯(lián)電容值的誤差應(yīng)小于 3%,標(biāo)準(zhǔn)同時要求方波發(fā)生器每年校核一次,輸出電壓脈沖上升時間小于 100ns,對于上限頻率高于 500kHz 的寬帶測量系統(tǒng)應(yīng)滿足上升時間不大于 0.03 除以頻率。按該式折算,上限頻率 500kHz 時上升時間限值為 60ns。

3、改進(jìn)次序建議

處置次序在多數(shù)現(xiàn)場由干擾是否已被分離來決定。接地與懸浮電位整改排在前面,原因在于這兩項(xiàng)無須新增設(shè)備,而讀數(shù)是否穩(wěn)定完全取決于這一步。頻帶與濾波器隨后處理,因?yàn)檫@類選擇必須在加壓之前完成,試驗(yàn)中途無法更換。回路形式受試品接地條件限制,固定接地的試品在這一步?jīng)]有選擇余地。門控放在末端,它的代價落在判據(jù)上,只有在基線干凈之后才談得上收窄窗寬。

九、按干擾來源的選配流程

把前述判據(jù)串起來,可以得到一套按順序執(zhí)行的流程。

1、辨來源

用 Q/GDW 11835-2018 的三態(tài)法分離干擾。不通電狀態(tài)下有讀數(shù)歸結(jié)為接地或空間干擾,通電不升壓有讀數(shù)歸結(jié)為電源干擾,升壓后的增量扣除基線才進(jìn)入試品放電的判斷。順序不可顛倒。

2、定頻帶與濾波

按前一節(jié)測得的干擾水平選頻帶。干擾較強(qiáng)時選窄頻帶儀器,中心頻率 30kHz~200kHz、頻帶寬度 5kHz~15kHz。干擾較弱時選寬頻帶儀器,下限頻率 10kHz~50kHz、上限頻率 70kHz~400kHz。

隨后按儀器頻帶配濾波器。電源側(cè)低通濾波器的截止頻率盡可能低,高壓端濾波器的阻塞頻率與儀器頻帶錯開,兩側(cè)都需注意濾波電容自身的無放電要求。

3、定回路形式

按試品接地條件選擇。接地部位固定接地,用測量阻抗與耦合電容器串聯(lián)回路。接地部位可解開且電容電流在測量阻抗允許值內(nèi),用測量阻抗與試品串聯(lián)回路。前兩種回路干擾過高時,改用平衡測量回路。需要區(qū)分試品放電與回路其他部分放電時,采用極性比較接法。

4、定門控參數(shù)

以相位基準(zhǔn)精度為約束設(shè)定窗寬,留出足夠倍數(shù)。開窗后用門控前后的相位圖譜對照,確認(rèn)被屏蔽區(qū)間內(nèi)無集中放電簇。門控窗寬與保留相位比例應(yīng)一并記入試驗(yàn)記錄。

十、四類常見誤用與糾正

措施到位而用法走偏,效果會反轉(zhuǎn)。

1、把門控當(dāng)作通用手段

門控只對相位固定的周期性干擾有效。對隨機(jī)出現(xiàn)的干擾,開窗無法對準(zhǔn),只能靠頻帶與濾波處理。現(xiàn)場常見做法是遇到干擾先開窗,窗寬越開越大,把真實(shí)放電一并屏蔽掉。

糾正方向是先判干擾是否相位固定。做法是把采集時長延長到覆蓋多個周期,看干擾是否集中在同一相位區(qū)間。若位置隨機(jī)漂移,門控?zé)o效。門控不通用。

2、開窗寬度不留余量

窗寬接近同步精度量級時,開窗位置在相鄰周期之間漂移,部分周期的干擾會漏出窗外。此時讀數(shù)的波動會被誤讀成放電不穩(wěn)定。

糾正方向是把窗寬按同步精度留出倍數(shù)余量。同步精度高時可收窄窗寬,同步精度低時必須放寬,兩者不能反向配置。

3、平衡回路的陪試品不匹配

用一臺電容量與介損頻率特性都不同于被試設(shè)備的陪試品搭平衡回路,衰減比可能只有 3 左右,投入了接線工作量卻沒有換來抑制效果。

糾正方向是核實(shí)兩側(cè)電容是否處于同一數(shù)量級、介損隨頻率的變化是否接近。條件不滿足時,改用極性比較接法。

4、僅在本機(jī)端口完成校準(zhǔn)

測量回路每改變一次都應(yīng)重新校準(zhǔn),這是 DL/T 417-2019 第 5.1 節(jié)的要求。現(xiàn)場常見做法是儀器采購到場校準(zhǔn)一次,此后多年不復(fù)校,或在儀器本機(jī)端口完成校準(zhǔn)而未在試品端進(jìn)行。

糾正方向是把校準(zhǔn)狀態(tài)列為檢測前的必查項(xiàng),接線變動后重新校準(zhǔn),方波發(fā)生器按年度校核。

十一、自研儀器的措施對應(yīng)關(guān)系

前述三類措施在儀器層面的落點(diǎn)各不相同。以下對照僅說明功能對應(yīng)關(guān)系,不改變各方法的方法域歸屬。

1、硬件濾波的落點(diǎn)

北京康高特(KGT)自研的金吒手持式多功能局放測試儀在 UHF 通道內(nèi)置高通與低通濾波,UHF 頻段為 300MHz~1500MHz,動態(tài)范圍負(fù) 80dBm 至負(fù) 5dBm,HF 通道頻段為 0.1MHz~20MHz,傳輸阻抗大于 10mV/mA。超聲波通道接觸式為 20kHz~300kHz,非接觸式為 40kHz 正負(fù) 1kHz,動態(tài)范圍 70dB,TEV 通道頻段 3MHz~100MHz,動態(tài)范圍 70dB。內(nèi)置濾波的作用是把帶外干擾擋在采集之前。

2、軟件門控與選頻的落點(diǎn)

子龍高頻局放測試儀官網(wǎng)列出的兩項(xiàng)功能與前述措施直接對應(yīng)。其一是時頻分離功能,通過時頻分離辨別不同局部放電源,并從噪聲中分離出微弱放電,其二是濾波與開窗功能,用于濾除空間干擾信號。開窗即門控,時頻分離即頻譜選頻。

孟德局放測試儀的信號分離方式為 T-Fmap 時頻分析加頻譜選頻,選頻范圍為 1kHz~10MHz 可調(diào),局放檢測范圍為 0.1pC~10000pC,分辨率為 0.1pC,采樣精度 14bit,可與超低頻、工頻、串聯(lián)諧振電壓源配合使用。

3、相位基準(zhǔn)精度的落點(diǎn)

門控能否對準(zhǔn)干擾,取決于相位基準(zhǔn)精度。金吒與哪吒的內(nèi)同步方式為 20Hz~350Hz 可調(diào),精度 0.01Hz,無線同步距離不大于 50m。相位基準(zhǔn)穩(wěn)定,開窗位置才能在周期之間保持一致。基準(zhǔn)先于開窗。

需要區(qū)分方法域。DL/T 417-2019 與 GB/T 7354-2018 規(guī)范的是脈沖電流法的離線測量,上述儀器的 UHF、AE、TEV、HFCT 通道屬于帶電檢測范疇,對應(yīng)的技術(shù)依據(jù)為 GB/T 42287-2022《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 電磁和聲學(xué)法測量局部放電》一類標(biāo)準(zhǔn)。三類措施的思路相通,判據(jù)與限值不能互換。

十二、常見問題

1、干擾抑制到什么程度算夠

以背景噪聲門檻為準(zhǔn)。DL/T 417-2019 要求背景噪聲低于試品允許放電量的 50%,試品允許放電量低于 20pC 時可放寬到與允許放電量相等。達(dá)到該門檻即可開展測量,繼續(xù)壓低噪聲屬于超出要求的投入。

2、窄頻帶儀器是否一定優(yōu)于寬頻帶

不是。窄頻帶在強(qiáng)干擾下噪聲更低,代價是脈沖波形失真,影響缺陷類型判讀。干擾較弱時選用寬頻帶可保留波形信息。兩者按現(xiàn)場干擾水平選擇,不存在通用優(yōu)劣。

3、平衡回路衰減比能有多大

GB/T 7354-2018 給出的范圍是從 3 到 1000 甚至更高。下限出現(xiàn)在兩側(cè)為完全不同的試品時,上限出現(xiàn)在兩側(cè)相同而且屏蔽良好時。設(shè)計(jì)平衡回路前應(yīng)核實(shí)兩側(cè)試品的匹配程度。

4、門控會不會屏蔽掉真實(shí)放電

會,幅度由窗寬與放電的相位分布共同決定。門寬 60° 時保留相位占 83.3%,若放電均勻分布,重復(fù)率讀數(shù)偏低約 16.7%,若干擾與放電同處一個相位區(qū)間,屏蔽損失更大。開窗后需用門控前后的相位圖譜對照確認(rèn)。

5、差分接法與平衡回路能否混用

兩者可以同時具備,但判據(jù)不同。平衡看幅度相消,需要兩側(cè)參數(shù)接近,差分看極性方向,只要求真實(shí)放電反相、共模干擾同相。多數(shù)數(shù)字式儀器同時提供兩種處理方式,選型時按干擾性質(zhì)與陪試條件決定主用哪一種。

十三、結(jié)語

抗干擾的效果不由單一措施決定。干擾從四條路徑進(jìn)入回路,對應(yīng)的是分散在電源、高壓端、頻帶、相位、接線、接地六處的處置動作。任何一處缺失,其余五處的效果都會被拉低。

三項(xiàng)措施的分工可以這樣記。硬件濾波管連續(xù)型干擾,軟件門控管相位固定型干擾,差分接法管共模型干擾。三者判據(jù)不同,替代關(guān)系不存在。

判定順序比措施清單更重要。先辨來源,再定頻帶,然后選回路形式,末端調(diào)門控參數(shù)。順序顛倒,讀數(shù)中各項(xiàng)分量混在一起,后續(xù)動作失去依據(jù)。

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