目录
第一节超声波局部放电检测技术概述 (3)
一、发展历程 (3)
二、技术分类及特点 (4)
三、应用情况 (5)
第二节超声波局部放电检测技术基本原理 (6)
一、超声波的基本知识 (6)
二、超声波局部放电检测基本原理 (8)
三、超声波局部放电检测装置组成及原理 (10)
（一）硬件系统 (11)
（二）软件系统 (13)
第三节超声波局部放电检测及诊断方法 (15)
一、检测方法 (15)
（一）概述 (15)
（二）超声波局部放电带电检测方法 (15)
二、诊断方法 (22)
（一）正常判断依据 (22)
（二）有明显缺陷的判断依据 (23)
（三）疑似缺陷判断依据 (23)
（四）不同类型设备超声波局部放电的缺陷诊断 (24)
第四节典型超声波局部放电案例分析 (27)
一、110kV GIS设备导向杆松动检测 (27)
（一）案例经过 (27)
（二）检测分析方法 (27)
（三）经验体会 (30)
二、500kV变压器内部放电缺陷检测 (30)
（一）案例经过 (30)
（二）检测分析方法 (31)
（三）经验体会 (33)三、10kV开关柜局部放电检测 (33)
（一）案例经过 (33)
（二）检测分析方法 (33)
（三）经验体会 (36)
参考文献 (37)第一节超声波局部放电检测技术概述
一、发展历程
超声波局部放电检测技术凭借其抗干扰能力及定位能力的优势，在众多的检测法中占有
非常重要的地位。超声波法用于变压器局部放电检测最早始于上世纪40年代，但因为灵敏度低，易于受到外界干扰等原因一直没有得到广泛的应用。上世纪80年代以来随着微电子技术和信号处理技术的飞速发展，由于压电换能元件效率的提高和低噪声的集成元件放大器
的应用，超声波法的灵敏度和抗干扰能力得到了很大提高，其在实际中的应用才重新得到重视。挪威电科院的L.E.Lundgaard.从上世纪70年代末开始研究局部放电的超声检测法，并
于1992年发表了介绍超声检测局部放电的基本理论及其在变压器、电容器、电缆、户外绝
缘子、空气绝缘开关中的应用情况的文章。随后美国西屋公司的Ron Harrold对大电容的局部放电超声检测进行了研究，并初步探索了超声波检测的幅值与脉冲电流法测量视在放电量
之间的关系。2000年，澳大利亚的西门子研究机构使用超声波和射频电磁波联合检测技术
监测变压器中的局部放电活动。2002年，法国ALSTOM输配电局的研究人员对变压器中的
典型局部放电超声波信号的传播与衰减进行了比较研究。2005年德国Ekard Grossman和Kurt Feser发表了基于优化的声发射技术的油纸绝缘设备的局部放电在线测试方法，通过使用二
维傅里叶变换对信号进行处理，可达10pC的检测灵敏度。同一年，南韩电力研究所研究员
发表了关于电力变压器局放超声波信号及噪声的分析方法的文章。
国内清华大学、华北电力大学、西安交通大学、武汉高压所等科研机构自上世纪90年代开始逐渐开展超声波局部放电检测的研究。西安交通大学提出了相控定位方法，先通过时延算出放电的距离，再根据相控阵扫描的角度确定放电的空间位置。武高所开发了JFD系列超声定位系统，其对一般变压器放电定位误差可小于10cm。
经过几十年的发展，目前超声波局部放电检测已经成为局部放电检测的主要方法之一，
特别是在带电检测定位方面。该方法具有可以避免电磁干扰的影响、可以方便地定位以及应
用范围广泛等优点。
传统的超声波局部放电检测法是利用固定在电力设备外壁上的超声波传感器接收设备
内部局部放电产生的超声波脉冲，由此来检测局部放电的大小和位置。由于此方法受电气干扰的影响比较小以及它在局部放电定位中的广泛应用，人们对超声波法的研究逐渐深入。
目前，超声波检测局部放电的研究工作主要集中在定位方面，原因是与电测法相比，超声波的传播速度较慢，对检测系统的速度与精度要求较低，且其空间传播方向性强。在利用超声波进行局部放电量大小确定和模式识别方面的工作相对较少，上世纪80年代德国和日本科学家曾在此方面进行过研究，近年来有学者提出了利用频谱识别局部放电模式的新方法，
其研究也取得了一些新成果，但目前仍处于实验室研究阶段，现场应用情况并不理想。此外，将超声波法与射频电磁波法（包括射频法和特高频法）联合起来进行局部放电定位的声电联合法成为一个新的发展趋势，在工程实际中得到了较为广泛的应用。
二、技术分类及特点
尽管脉冲电流法是局部放电研究的基础，但是电脉冲信号在现场检测时会有很大的干扰，
很难正确得到放电信号，另外还存在在线结果与离线结果的等效性等问题。超声波检测法具有以下特点。
1、抗电磁干扰能力强
目前采用的超声波局部放电检测法是利用超声波传感器在电力设备的外壳部分进行检
测。电力设备在运行过程中存在着较强的电磁干扰，而超声波检测是非电检测方法，其检测频段可以有效躲开电磁干扰，取得更好的检测效果。
2、便于实现放电定位
确定局部放电位置既可以为设备缺陷的诊断提供有效的数据参考，也可以减少检修时间。超声波信号在传播过程中具有很强的方向性，能量集中，因此在检测过程中易于得到定向而
集中的波束，从而方便进行定位。在实际应用中，GIS设备常采用幅值定位法，它是基于超
声波信号的衰减特性实现的；变压器常采用空间定位法，目前市面上已有比较成熟的定位系统。
3、适应范围广泛
超声波局部放电检测可以广泛应用于各类一次设备。根据超声波信号传播途径的不同，
超声波局部放电检测可分为接触式检测和非接触式检测。接触式超声波检测主要用于检测如GIS、变压器等设备外壳表面的超声波信号，而非接触式超声波检测可用于检测开关柜、配
电线路等设备。
与此同时，超声波局部放电检测技术也存在一定的不足，如对于内部缺陷不敏感、受机械振动干扰较大、进行放电类型模式识别难度大以及检测范围小等。因此，在实际应用中，
如GIS、变压器等设备的超声波局部放电检测既可以进行全站普测，也可以与特高频法、高
频法等其他检测方式相配合，用于对疑似缺陷的精确定位；而开关柜类设备由于其体积较小，利用超声波可对配电所、开闭站等进行快速的巡检，具有较高的检测效率。
目前，超声波局部放电检测范围涵盖变压器、GIS组合电器、开关柜、电缆终端、架空
输电线路等各个电压等级的各类一次设备。其中，变压器和GIS的超声波局部放电检测通常采用接触式方法，检测时将超声波传感器（通常为压电陶瓷材料）放置在设备外壳上，接
收内部发生局部放电时产生的异常信号；开关柜的超声波检测既可以采用非接触式传感器在
柜体各接缝处进行检测，也可以采用接触式传感器检测由内部传播至柜体表面的超声波信号；
利用无损信号传导杆可以将超声波局部放电检测法应用于检测电缆终端工艺不良等绝缘缺
陷，该方法已经取得了一定的应用效果；在配网架空输电线路巡线时，可通过一个超声波传感器接收线路上的绝缘缺陷所产生的放电信号，对线路的运行状况进行分析。在实际应用中，由于超声波检测法具有出色的定位能力，其在变压器和GIS设备巡检过程中对内部缺陷点
的确认和定位得到了较为广泛的应用，而开关柜的超声波检测也广泛应用于配电设备的巡检
中。
三、应用情况
随着超声波局部放电检测技术研究的逐渐深入，其在全世界范围内得到了大量的推广。
目前，GIS、变压器、开关柜等设备均有成熟的检测装置和仪器供选择，各国在超声波检测
领域也已积累了大量的检测经验与发现缺陷设备的经验。
2000年初，超声波局部放电检测技术开始引入国内。2006年起，通过与新加坡新能源
电网公司进行同业对标，以北京、上海、天津为代表的一批国内电网公司率先引进超声波局
放检测技术，开展现场检测应用，并成功发现了多起局部放电案例，为该技术的推广应用积累了宝贵经验。在过去的三年内，国内各电网公司均显著增加了各类超声波局部放电检测装
置仪器的配备数量，国家电网公司仅2011年GIS、开关柜及电缆超声波局部放电检测装置
配置数量上涨了近20倍，可见超声波检测法在实际应用中具有很强的实用性，得到了运行
人员的充分肯定。该技术在2008年北京奥运会、2010年上海世博会等大型活动保电工作以
及特高压设备缺陷检测中均发挥了重要的作用。
国际电工委员会（IEC）TC42下属工作组正在致力于相关标准IEC 62478的制订工作，国内相应的标准制订也正在进行中。国家电网公司在引入、推广超声波局放检测技术方面做
了大量卓有成效的工作。2010年，在充分总结部分省市电力公司试点应用经验的基础上，
结合状态检修工作的深入开展，国家电网公司颁布了《电力设备带电检测技术规范（试行）》和《电力设备带电检测仪器配置原则（试行）》，首次在国家电网公司范围内统一了超声波局
放检测的判据、周期和仪器配置标准，超声波局放检测技术在国家电网公司范围全面推广。
2013年8月至2014年2月国家电网公司组织开展了超声波局放检测装置性能检测工作，首次对国内市场上数十款超声波带电检测仪器进行了综合性能的检测工作，对规范和引导国内仪器开发和制造技术领域起到了积极推动作用。
自2010年以来，国家电网公司先后举办了20余期电力设备状态检测技术及技能培训工作，共培训技术与技能人员3000余人，培训内容涉及超声波局放检测等多个项目，为该技
术的推广应用打下了广泛的人员基础。
第二节超声波局部放电检测技术基本原理
一、超声波的基本知识
超声波是指振动频率大于
20kHz 的声波。因其频率超出了人耳听觉的一般上限，人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波与声波一样，是物体机械振动状态的传播形式。
按声源在介质中振动的方向与波在介质中传播的方向之间的关系，可以将超声波分为纵波和横
波两种形式。纵波又称疏密波，其质点运动方向与波的传播方向一致，能存在于固体、液体
和气体介质中；横波，又称剪切波，其质点运动方向与波的传播方向垂直，
仅能存在于固体介质中。
1 声波的运动
声音以机械波的形式在介质中传播，换句话说，也就是对介质的局部干扰的传播。
对于液体而言，局部干扰造成介质的压缩和膨胀，
压力的局部变化会造成介质密度的局部变化和分子的位移，此过程被称为粒子位移。
在物理学中，对于声波的运动有着更为正式的描述：
22221
p p c t （4-1）
这里c 指声速。此描述声波运动的通用微分方程是由描述连续性、
动量守恒和介质弹性的三个基本方程联立而得。
2 声波的阻抗和强度
声在气体中的传播速度是由状态方程决定的；
对于液体，速度是由该液体的弹性决定的；对于固体，则是由胡克定律决定的。图
4-1显示了作用在一小滴液体上的力。合成作用力使该颗粒以速度v 移动。对于平面波，声的压强和颗粒的速度的比例被称为声阻抗：
p
Z v （4-2）
dx
()p p dx A x
0p A 图4-1 作用于柱形声学颗粒（声线）上的力
声阻抗和电阻抗类似，并且当压强和速度异相的时候也可以是复数。
但是，对于平面波，声阻抗是标量（Z=p 0c ）并被称为介质特征阻抗。
声波强度（单位时间内通过介质的声波能量，
单位为W/m2）是一个非常重要的物理量。声波强度可以用峰值压强P 、峰值速度V 的多种表达式表示，其中包括：
022
V
c
P I vp
c
（4-3）
在实际应用中，声波强度也常用分贝（
dB ）来度量。
3声波的反射、折射与衍射
当声波穿透物体时，其强度会随着与声源距离的增加而衰减。
导致这个现象的因素包括
声波的几何空间传播过程、声波的吸收（声波机械能转为内能的过程）以及波阵面的散射。这些现象都导致了声波的强度随着与声源间距离的不断增大而不断减小。
在无损的介质中，球面波强度与球面波阵面的面积成反比，圆柱波强度与相对于声源的
距离成反比，这样的衰减被称为空间衰减。
因为此类衰减仅与波形传播的空间几何参数有关。
图4-2中描述的就是平面波、圆柱波及球型波在传播过程的几何空间衰减情况。
a)
b)
c)
a)平面波b)圆柱波
c)球型波
图4-2 不同波阵面类型对应的不同衰减情况
当声波从一种媒介传播到另一种具有不同密度或弹性的媒介时，就会发生反射和折射现
象，从而导致能量的衰减，如图4-3所示。在平面波垂直入射的情况下，描述衰减的传播系
数由下式给出：
122
1
24()
t i
transmission
I Z Z I Z Z （4-4）显然，当两种媒介声阻抗相差很大时，只有小部分垂直入射波可以穿过界面，
其余全部
被反射回原来的媒介中。在油和钢铁的分界面上，
压力波的传播系数是
0.01，而在空气和钢
铁的分界面上，传播系数为
0.0016。
i
i ’
反射线
折射线
r
玻璃
入射线
法线
图4-3 声的折射与反射
当波以一定角度倾斜入射时，就会产生折射现象。Snell 定律很好地定量地描述了折射
现象。
sin
sin
t
i
t
i
c c （4-5）
如果c i >c t 并且入射波角度大于arcsin(c i /c t )，就会发生全反射。
与其它所有的波一样，
声波在遇到拐角或障碍物时也会发生衍射现象。
当波长与障碍物
尺寸相差不大或远大于障碍物尺寸时，衍射效果非常明显；但是当波长远小于障碍物尺寸时，
则几乎不会发生衍射现象。
4声波在气体中的吸收衰减
大部分气体对声波的吸收作用非常小，
但是对于在某些条件下的某些气体，比如六氟化
硫和二氧化碳，吸收作用对于能量的衰减意义重大。吸收作用与频率的平方成正比，
并与静
压力成反比。在空气中，吸收作用主要由空气的湿度来决定。
计算吸收作用的通用公式
（不考虑松弛损耗）
由等式（4-6）给出，式中
是粘滞系数，
c 是相速度，
是平衡密度，是两种介质在常压（Cp ）、确定体积（Cv ）下的摩尔比热
的比值，M 是每摩尔的体积，
是导热系数。
2
2
2
2
2
3
3
1614
2
v
pressure
f f M Af
c
c C （4-6）
二、超声波局部放电检测基本原理
电力设备内部产生局部放电信号的时候，会产生冲击的振动及声音。超声波法（AE ，
Acoustic Emission ，又称声发射法）通过在设备腔体外壁上安装超声波传感器来测量局部放电信号。该方法的特点是传感器与电力设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰，但在现场使用时易受周围环境噪声或设备机械振动的影响。
由于超声信号在电力设备常用绝
缘材料中的衰减较大，超声波检测法的灵敏度和范围有限，但具有定位准确度高的优点。
局部放电区域很小，局部放电源通常可看成点声源。超声波局部放电检测的原理示意图
如图4-4。
测量系统
局部放电声场（声波）
压电传感器
图4-4超声波检测局部放电基本原理
声波在气体和液体中传播的是纵波，纵波主要是靠振动方向平行于波传播方向上的分子
撞击传递压力。而声波在固体中传播的，除了纵波之外还有横波。发生横波时，质点的振动方向垂直于波的传播方向，这需要质点间有足够的引力，质点振动才能带动邻近的质点跟着
振动，所以只有在固体或浓度很大的液体中才会出现横波。当纵波通过气体或液体传播到达
金属外壳时，将会出现横波，在金属体中继续传播，如图4-5所示。
图4-5声波的传播路径
不同类型、不同频率的声波，在不同的温度下，通过不同媒质时的速率不同。纵波要比
横波快约1倍，频率越高传播速度越快，在矿物油中声波传播速度随温度的升高而下降。在气体中声波传播速率相对较慢，在固体中声波传播要快得多。表4-1列出了纵波在20℃时几种媒质中的传播速度。
表4-120℃时纵波在不同媒质中的传播速度（m/s）
媒质速度媒质速度媒质速度
空气330 油纸1420 铝00
SF6140 聚四氟乙烯1350 钢6000矿物油1400 聚乙烯2000 铜4700
瓷料5600~6200 聚苯乙烯2320 铸铁3500~5600
天然橡胶1546 环氧树脂2400~2900 不锈钢5660~7390 声波的强弱，可以用声压幅值和声波强度等参数来表示。声压是单位面积上所受的压力，声强是单位时间内通过与波的传播方向垂直的单位面积上的能量。声强与声压的平方成正比，与声阻抗成反比。
声波在媒质中传播会产生衰减，造成衰减的原因有很多，如波的扩散、反射和热传导等。在气体和液体中，波的扩散是衰减的主要原因；在固体中，分子的撞击把声能转变为热能散
失是衰减的主要原因。理论上，若媒介本身是均匀无损耗的，则声压与声源的距离成反比，
声强与声源的距离的平方成反比。声波在复合媒质中传播时，在不同媒质的界面上，会产生反射，使穿透过的声波变弱。当声波从一种媒质传播到声特性阻抗不匹配的另一种媒质时，
会有很大的界面衰减。两种媒质的声特性阻抗相差越大，造成的衰减就越大。声波在传播中的衰减，还与声波的频率有关，频率越高衰减越大。在空气中声波的衰减约正比于频率的2
次方和1次方的差（即
2
f f）；在液体中声波的衰减约正比于频率的2次方（2f）；而在
固体中声波的衰减约正比于频率（
f）。表4-2给出了纵波在不同材料中传播时的衰减情况。
表4-2纵波在几种材料中传播时的衰减
材料频率温度（℃）衰减（dB/m）
空气50kHz 20~28 0.98
SF0kHz 20~28 26.0
铝10MHz 25 9.0
钢10MHz 25 21.5
有机玻璃 2.5MHz 25 250.0
聚苯乙烯 2.5MHz 25 100.0
氯丁橡胶 2.5MHz 25 1000.0
声波的传播速率与声波的衰减特性在超声波局部放电定位应用中起到了重要的理论支
持。通过提取超声波信号到达不同传感器的时间差（TDOA，Time Difference of Arrival），利用其传播速率即可实现对放电源的二维或三维定位，通过对比两路或多路超声波检测信号的
强度大小，即可实现对放电源的幅值定位。
三、超声波局部放电检测装置组成及原理
典型的超声波局部放电检测装置一般可分为硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统用于检测超声波信号，软件系统对所测得的数据进行分析和特征提取并做出诊断。硬件系统通常包括超声波传感器、信号处理与数据采集系统，如图4-6所示；软件系统包括人机交互界
面与数据分析处理模块等。此外，根据现场检测需要，还可配备信号传导杆、耳机等配件，
其中信号传导杆主要用于开展电缆终端等设备局部放电检测时，为保障检测人员安全，将超
声波传感器固定在被测设备表面；耳机则用于开关柜局部放电检测时，通过可听的声音来确
认是否有放电信号存在。
图4-6超声波局部放电组成框图
（一）硬件系统
1 超声波传感器
超声波传感器将声发源在被探测物体表面产生的机械振动转换为电信号，它的输出电压
是表面位移波和它的响应函数的卷积。理想的传感器应该能同时测量样品表面位移或速度的纵向和横向分量，在整个频谱范围内
(0～100MHz 或更大)能将机械振动线性地转变为电信号，
并具有足够的灵敏度以探测很小的位移。
目前人们还无法制造上述这种理想的传感器，
现在应用的传感器大部分由压电元件组成，
压电元件通常采用锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡等多晶体和铌酸锂、碘酸锂等单晶体，其中，锆钛酸铅（PZT-5）接收灵敏度高，是声发射传感器常用压电材料。
电力设备局部放电检测用超声波传感器通常可分为接触式传感器和非接触式传感器，如
图4-7所示。接触式传感器一般通过超声耦合剂贴合在电力设备外壳上，检测外壳上传播的
超声波信号；非接触式传感器则是直接检测空气中的超声波信号，
其原理与接触式传感器基
本一致。传感器的特性包括频响宽度、谐振频率、幅度灵敏度、工作温度等。
（a ）非接触式传感器（b ）接触式传感器
图4-7超声波传感器实物图
（1）频响宽度。频响宽度即为传感器检测过程中采集的信号频率范围，不同的传感器其频响宽度也有所不同，
接触式传感器的频响宽度大于非接触式传感器。
在实际检测中，典
超声波传感器
信号处理与数据采集系统
前置放大器
数据采集系统A
D 采样
数据处理
数据传输
信号传导杆
耳机
般为80kHz~200kHz，开关柜用传感器的频响宽度一般为35kHz~45kHz。
（2）谐振频率。谐振频率也称为中心频率，当加到传感器两端的信号频率与晶片的谐
振频率相等时，传感器输出的能量最大，灵敏度也最高。不同的电力设备发生局部放电时，
由于其放电机理、绝缘介质以及内部结构的不同，产生的超声波信号的频率成分也不同，因此对应的传感器谐振频率也有一定的差别。
（3）幅度灵敏度。灵敏度是衡量传感器对于较小的信号的采集能力，随着频率逐渐偏
移谐振频率，灵敏度也逐渐降低，因此选择适当的谐振频率是保证较高的灵敏度的前提。
（4）工作温度。工作温度是指传感器能够有效采集信号的温度范围。由于超声波传感
器所采用的压电材料的居里点一般较高，因此其工作温度比较低，可以较长时间工作而不会
失效，但一般要避免在过高的温度下使用。
上述传感器特性受许多因素的影响，包括：1、晶片的形状、尺寸及其弹性和压电常数；2、晶片的阻尼块及壳体中安装方式；3、传感器的耦合、安装及试件的声学特性。压电晶片
的谐振频率（f）与其厚度（t）的乘积为常数，约等于0.5倍波速（V），即f?t＝0.5V，可见，晶片的谐振频率与其厚度成反比。
超声波传感器是超声法局部放电检测中的关键技术，在实际选用中应结合工作频带，灵敏度，分辨率以及现场的安装难易程度和经济效益问题等进行综合衡量。在灵敏度要求不高的场合，一般选用谐振式压电传感器。光纤传感器作为一种新发展起来的技术，有着很好的发展前景，但应用有一定困难。对于现场状况比较复杂的场合，在安装方式可实现的条件下
可以考虑不同的传感器进行组合安装，这种组合可以是不同传感器对同一种安装方式的组合，
同一种传感器不同频带宽度的组合，这样一方面可提高检测灵敏度，另一方面可排除干扰减少误判，获取更为丰富的局部放电的信息。
目前应用最为广泛的是以压电陶瓷为材料的谐振式传感器，它利用压电陶瓷的正压电效应，在局部放电产生的机械应力波作用下发生形变产生交变电场。虽然局部放电及所产生的
声发射信号具有一定的随机性，每次局部放电的声波信号频谱不同，但整个局部放电声波信号的频率分布范围却变化不大，基本处于20～200kHz频段，传感器谐振频率一般选择在GIS为40kHz、变压器为160kHz。常见的压电型谐振传感器的结构形式如图4-8所示，可分为单端式传感器和差分式传感器。单端式传感器结构比较简单，且带负载能力强，但灵敏度略逊于差分式传感器；差分式传感器可以有效抑制共模干扰，具有较高的灵敏度，但是其结构复杂，且带负载能力较弱。
（a）单端式（b）差分式
图4-8压电型谐振超声波传感器的结构形式
2 信号处理与数据采集系统
信号处理与数据采集系统一般包括前端的模拟信号放大调理电路、高速A/D采样、数据处理电路以及数据传输模块。由于超声波信号衰减速率较快，在前端对其进行就地放大是
有必要的，且放大调理电路应尽可能靠近传感器。A/D采样将模拟信号转换为数字信号，并送入数据处理电路进行分析和处理。数据传输模块用于将处理后的数据显示出来或传入耳机
等供检测人员进行观察。
数据采集系统应具有足够的采样速率和信号传输速率。高速的采样速率保证传感器采集
到的信号能够被完整地转换为数字信号，而不会发生混叠或失真；稳定的信号传输速率使得
采样后的数字信号能够流畅地展现给检测人员，并且具有较快的刷新速率，使得检测过程中不致遗漏异常的信号。
（二）软件系统
1 人机交互界面
人机交互界面是指检测装置将其采集处理后的数据展现给检测人员的平台，一般可分为两种。一种是通过操作系统编写特定的软件，在检测装置运行过程中通过软件中的不同功能
将各种分析数据显示出来，供检测人员进行分析。变压器与GIS的超声波局部放电检测装
置通常为这种形式。另一种是将传感器检测到的信号参数以直观的形式显示出来，如开关柜的超声波局部放电检测通常可通过记录信号幅值和听放电声音的方式来完成。
2 数据的分析、处理和存储
超声波局部放电检测装置通过对其采集的信号进行分析和处理，利用人机交互界面将结果展现给检测人员，即为检测中的各种参数。常用的检测模式包括连续模式、脉冲模式、相
位模式、特征指数模式以及时域波形模式等，检测的参数包括信号在一个工频周期内的有效值、周期峰值、被测信号与50Hz、100Hz的频率相关性（即50Hz频率成分、100Hz频率成分）、信号的特征指数以及时域波形等。在利用超声波局部放电检测方法检测开关柜时，检
测装置通过混频处理，将超声波信号转为人耳能够听到的声音。由于检测过程中存在一定的
干扰源，检测装置显示的超声波强度可能会比较大，但是只要没有在装置中听到异常的声音，
即可初步认定开关柜可能不存在放电现象。
此外，超声波局部放电检测装置均配有数据存储功能，在检测背景噪声信号以及可疑的异常信号时，可以对数据进行存储，以便进行对比和分析。
3 缺陷类型识别
由于超声波信号传播具有较强的方向性特点，因此超声波局部放电检测被广泛应用于缺陷的精确定位，而其在缺陷类型的识别方面却鲜有突破。目前，常用的超声波局部放电检测装置对于缺陷类型的识别主要依靠检测人员对检测参数进行分析后加以判断。
第三节超声波局部放电检测及诊断方法
一、检测方法
（一）概述
当前电力设备局部放电检测中，
基于超声波原理的检测主要分为带电检测和在线监测两
种方法。带电检测是当前超声波法在电气设备局部放电检测中应用最广泛的一种检测方法；而国内电力系统内已经安装的几套超声波局部放电长期在线监测系统受技术和设备的稳定性所限，性能不稳定，出现高误报率，应用受到很大的，相关技术有待进一步的研究和
完善。
一般的，超声波局部放电带电检测遵循如图4-9所示的基本流程。在检测开始前，通过
对背景和检测点超声波信号有效值、
幅值、频率相关性、相位及原始波形的测定，
判断是否
正常。如果有异常信号，就进一步分析确认所检测的设备是否存在明显缺陷，以确定缺陷的
原因和位置；对于疑似缺陷、一些间歇性和不稳定的异常信号，可以利用其它不同检测手段
如特高频、红外测温、分解物分析、
X 射线等进行辅助检测。
超声波局部放电检测对颗粒、悬浮放电、尖端放电、松动、异物杂质等缺陷均有较好的
检测效果，对绝缘子内部缺陷灵敏度低。超声波局部放电检测和特高频局部放电检测为互为
补充，互为验证的关系，不可偏袒。
图4-9超声波局部放电带电检测的原则和基本流程
（二）超声波局部放电带电检测方法
1带电检测的一般流程
如图4-10所示，超声波局部放电带电检测一般包括检测前的准备、检测点选择、背景检测、信号普测、初步定位、信号详测、信号确诊、分析报告等环节。
巡检
记录
有效值
判断
峰值原始波形
相位
正常
异常
通过
分析
短期在线监测
特高频分解物
有明显缺陷
停电消缺
有明显缺陷或增大
无增长或消失
停电消缺继续运行
频率相关性1、2其它（测温、X 射线等）
背景有疑似
缺陷
巡检
测量前的准备工作
测量点的选择
背景测量信号普测
正常
异常继续运行
信号定位信号祥测横向分析
趋势分析
分析报告
信号异常确诊图4-10超声波局部放电带电检测的流程
1）检测前的准备工作检测前应检查仪器的完备性，
设定仪器的试验参数，
确保仪器的内部电池电量充足，
确
认超声硅脂等部件齐全以及传感器性能良好。
2）检测点的选择
根据不同电力设备的内部结构，确定各个检测点。由于超声波信号衰减较快，
因此在检
测时，两个检测点之间的距离不应大于
1米。对于GIS 设备，通常应选择的测试点有：①
盆式绝缘子两侧，特别似乎水平布置的盆式绝缘子；②隔室下方，
如存在异常信号，应在该
隔室进行多点检测，查找信号最大点；③断路器断口处、隔离刀闸、接地刀闸、电流互感器、电压互感器、避雷器、导体连接部件等处。对于变压器设备，超声波局部放电检测通常用于进行放电源定位，因此可在变压器外壳上选择合适的检测点。对于开关柜设备，通常宜选用
非接触式超声波传感器对柜体缝隙进行检测，并辅以接触式超声波传感器对柜体外壳进行检
测。
3）背景的检测
检测现场空间干扰小时，
将传感器置于空气中，
仪器所测得的数值即为背景值；检测现场空间干扰较大时，将传感器置于待测设备基座上，
仪器所测得的数值即为背景值；
而在信
号确诊和准确定位时，宜将传感器置于临近的正常设备上，仪器所测得的数值即为背景值。
4）信号普测手持超声波传感器，
平稳地放在设备外壳的各检测点上，
待信号稳定后，观察信号情况
10秒以上时间。建议为一人操作。检测中要避免传感器的抖动，避免测试人员的衣物、信号电缆和其他物体与待测电力设备的外壳接触或摩擦。
5）信号定位
超声波法局部放电定位有幅值定位和时差定位两种。幅值定位是根据超声信号的衰减特性，利用峰值或有效值的大小定位，
一般离信号源越近，
信号越大；时差定位是根据超声波
信号达到传感器的时差，通过联立球面方程或双曲面方程组计算空间坐标，进行精确定位，精度可达10cm 。在实际应用中，可采用幅值方法进行初步定位，随后根据现场需要决定是否需要进行进一步的精确定位。
此外，由于设备内部的结构不同，
超声波信号传播存在一定
的复杂性，也可采取声电联合等定位方法。
在发现有可疑超声波信号的部位后，应进行定位后对该部位进行详细检测，此工作必须使用传感器固定装置（如磁铁固定座、固定座和绑扎带等），进行综合分析，必要时增加测
点检测。应记录并存储信号时间分辨率与电源周波频率相当的超声波信号的时域波形，以便于准确分析。记录还应包括设备工况、环境条件等内容。
7）信号异常处理与分析
在电力设备检测到超声波局部放电信号异常时，应进行短期的在线监测或其他方法的检测，如特高频检测、绝缘介质的电/热分解的成分分析、温度检测等手段，并加以综合分析。
超声波异常信号分析宜采用典型波形的比较法、横向分析法和趋势分析法。典型波形比较法是综合考虑现场干扰因素后，获得真正代表目标内部异常的超声波信号与典型波形图库
进行比较；横向分析法即为目标部位的信号和相邻区域信号或另相相同部位信号进行比较，
确定是否有明显异常信号；趋势分析法为目标部位的信号与历史数据相比较是否有明确的增
长发展趋势。异常信号分析时应综合考虑工况因素的影响。
8）分析报告
分析报告主要应包括电力设备详细名称、电力设备工况、检测详细位置、使用检测设备名称、检测者、检测时间、检测数据、数据分析情况、建议与结论等内容。
2带电检测时的注意事项
1）注意检测仪器状态良好。
2）不同的电力设备选择合适的传感器。
3）合理使用超声硅脂，超声波信号大部分在超声波频段范围，在不同介质（如金属与
非金属、固体与气体）的交界面，信号会有明显的衰减。使用接触式超声波检测仪器时，在
传感器的检测面上涂抹适量的超声耦合剂后，检测时传感器可与壳体接触良好，无气泡或空隙，从而减少信号损失，提高灵敏度。
4）检测时宜使用传感器固定装置，避免操作者的人为因素的影响。
5）选择合适的检测时间，注意外部干扰源。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，局部放电检测装置应能将干扰抑制到可以接受的水平。
6）提高检出概率，建议使用信号时间分辨率与电源周波频率相当的超声波信号的时域
波形的检测设备，并记录连续多工频内的时域波形。
7）检测时，应做好检测数据和环境情况的记录或存储，如数据、波形、工况、测点位
置等。
8）每年检测部位应为同一点，除非有异常信号，定位出最大点后，改为最大点的部位
检测。
9）检测者宜熟悉待测设备的内部结构。
3 GIS设备超声波局部放电带电检测的技术要点
GIS 内部发生局部放电时，伴随有超声波信号的产生。通过在GIS 外部安装超声波传感
器，接收GIS 内部放电产生的超声波信号，间接判断GIS 是否有放电现象。该方法的检测
频率一般在100 kHz 范围内，对于SF6气体中的颗粒跳动、
尖端放电、悬浮电位、异物和连
接不良比较灵敏，但对于绝缘件内部空隙、裂缝等缺陷灵敏度较低。对GIS 进行超声波检
测流程如图4-11所示。
图4-11GIS 超声波局部放电检测流程
1）传感器的选择
一般的，对GIS 设备进行超声波局部放电检测选择传感器的频率范围为20kHz-100kHz ，
谐振频率为40kHz 。
2）检测背景信号
检测前，应注意尽量清理现场的干扰声源。
检测现场附近的排风扇旋转、
施工机械摩擦、
物体与GIS 壳体摩擦、临近的带电导体电晕等都会带来干扰。推荐的背景检测点是GIS 外
壳底架，并选择各相测点的最小值。对于初步判断超声波信号异常的部位，
应在该部位附近
重新检测背景信号。
3）测点的选择
由于超声波信号随距离增加而显著衰减，故检测选点不宜太少，否则很可能漏掉异常点。
GIS 的超声波检测位置示意图如图
4-12所示。选择测点的基本原则是：
（1）内部结构易出问题的部位，如筒体下部，开关触头等；（2）测点间距离不宜大于
3米，每两个盆式绝缘子之间至少
1个测点；
（3）断路器、隔离开关、接地开关等有活动部件的气室取点应增多；（4）观察历史趋势时应与前次检测取相同测点；（5）三相共箱的
GIS 建议在横截面上每
120度至少1个测点；
（6）在GIS 转角处和T 形连接处前后应各测1点；
（7）对于外壳直径较大的
GIS 应考虑在横截面上适当增加测点；
开始
调整增益记录背景噪声
信号超过噪声水平？
峰值波动？
50或/和100Hz 分量？
脉冲方式测量
脉冲方式或连续方式测量传感器无信号GIS 可能无缺陷
改变传感器位置
结束
否
是
是
否
是
（8）在水平安装的盆式绝缘子处，应增加测点，颗粒可能残留在这些绝缘子上并产生
局部放电。
图4-11 GIS超声波局放检测点示意图
4）信号源定位
GIS中的超声波局部放电定位技术分为频率定位技术和幅值定位技术。频率定位技术是利用SF6气体对超声波信号中的高频信号的吸收作用，通过分析超声波信号高频部分
（50kHz-100kHz）的比例来区分缺陷位于中心导体上还是外壳上，具体流程见图4-13。而对于稳定缺陷，可以利用幅值定位与时差定位技术进行精确定位。
图4-13频率定位技术的流程
5）GIS的异常声响分析
我们偶尔会遇到运行中的GIS出现了可听的异常声响，这种现象可能是由于内部松动、
设备动静触头对应不正或设备运行引起振动等因素造成，因此我们不应盲目认为GIS内部出现了明显的放电，而应改变超声波信号频段检测，并加以设备的振动分析和特高频检测等
其他检测手段进行综合分析。
此外，由于设备的设计和布局的原因，在设备运行时可能引起设备某段区域存在共振现
象。我们应找出共振区域，检测是否有局部放电信号。这种共振现象频率一般比较低，人手能感觉出来，不伴有超声波局部放电信号。
6）特殊部位的分析
在工作状态下，电压互感器和电流互感器的内置绕组和铁芯会产生周期性的交变电磁场，
由此可能产生特有的超声波信号。所以我们应对电压互感器气室和电流互感器气室进行特殊
分析。该特有的超声波信号一般具有强的单倍频和多倍频信号规律性，波形具有典型对称性特征。所以检测者可以通过检测信号的周期性和对称性等特征来判断信号是否源于局部放电
之外的其它原因。
5 变压器超声波局部放电带电检测的技术要点
变压器内部绝缘材质多样，结构复杂，发生局部放电时，超声波信号在不同材质中的衰
减速率差异较大，传导到变压器外壳的超声波信号也比较复杂。在变压器局部放电检测中，
一般用油色谱和高频等方法进行普测，而超声波法则用于发现缺陷后进行缺陷的定位。在定位过程中，通过在变压器外部安装多个超声波传感器，来接收变压器内部局部放电产生的超
声波信号，并利用多通道的超声波信号的幅值和时差变化来判断变压器内部放电部位的三维
空间位置。
1）传感器的选择
一般的，对变压器设备进行超声波局部放电检测选择传感器的频率范围为80kHz-200kHz，谐振频率为160kHz。
2）检测背景信号
检测前，应注意尽量清理现场的干扰声源。检测现场附近的排风扇旋转、施工机械摩擦、物体与变压器壳体摩擦、临近的带电导体电晕等都会带来干扰。推荐的背景检测点是变压器
外壳基座。此外，电抗器和换流变在运行中有较大的振动，对局部放电超声波检测有一定的
干扰，但是该干扰信号特征明显，可以通过观察后进行排除。
3）测点的选择
由于超声波信号随距离增加而显著衰减，且变压器内部结构复杂，超声波信号存在一定的折反射，故检测选点不宜太少，否则很可能漏掉异常点。选择测点的基本原则是：原点应为变压器高电压侧的左下角，传感器位置可根据变压器的设计及详细试验条件而改变。重要的是对于类似的变压器，传感器应布置在相同的坐标位置以利于比较结果。相邻传感器之间的直线距离以2~3米以内为宜，并应准确记录传感器的坐标位置。
4）信号源定位
变压器的超声波局部放电定位技术除了幅值定位技术以外，还需增加时差定位技术来综
合实现变压器内部的三维空间定位。时差定位技术是利用局部放电产生的超声波信号传播到
不同位置的传感器所需时间的差别来定位的技术，但由于变压器内部结构复杂、信号到达不同传感器路径不同和材料的特性差异等原因，容易造成时差测定不准确，给定位带来较大的误差。在实际定位时，可对超声波形进行分析，确定其属于横波或纵波，通过增加测点和移
动传感器，获取有明确时差的纵波信号，即可提高定位精度。
6 开关柜超声波局部放电带电检测的技术要点
高压开关柜内产生局部放电时的超声波信号可以利用非接触式超声波传感器在缝隙处
进行检测，也可以利用接触式超声波传感器在壳体上进行检测。由于超声波在开关柜内部的
传播存在折反射，使得局部放电定位的精度受到，很难利用超声波信号对局部放电进行
模式识别和定量判断。
开关柜检测中常见的干扰源有水银灯以及附近走动的人或运行的机器，在检测时应隔离这些干扰噪声。
接触式超声波法检测时，将接触式探头放置在开关柜的主骨架上检测超声波信号。开关柜面板表面包括断路器室、母线通风处的板/盖、开关柜的门、高压电缆端子箱等部位。依
此程序，扫描所有的开关柜，每一处扫描应持续10秒，以便检测超声波信号。如有必要，
延长检测时间。
非接触式超声波法检测时，将仪器指向开关柜面板缝隙处，沿着缝隙检测超声波信号。
开关柜面板包括断路器和金属封装的缝隙处、电缆或母线窗、母线通风板/盖处的缝隙、开关面板/门处的缝隙、高压电缆接头箱的侧面或底部的通风孔等部位。
对开关柜进行超声波局部放电检测的结果分析原则有如下三个。第一，横向分析法。对同个开关室中开关柜的检测结果做出横向比较，如果其中一个开关柜的检测结果大于现场背
景值以及其它开关柜的测试结果，则可以确定该设备可能存在缺陷。第二，趋势分析法。分析同一个开关柜在不同时间的检测结果，进行纵向比较判断开关柜的运行趋势。根据特定的周期检测开关室中的开关柜，保留每次的检测结果，就可以根据检测结果对设备局部放电状
态变化的趋势进行分析。第三，定值判别。将判断阈值与开关柜的检测结果做出比较，分析比较结果来判断开关柜的运行状态。典型的开关柜超声波定值判别依据如表4-3所示。表中P为检测中得到的超声波信号幅值，通常以单位dB表示。应当注意，超声波定值判别时应
结合声音进行判别，如果未听到放电声音则可认定为正常。
表4-3开关柜超声波定值判别依据
声音定值大小危险等级危险说明策略
耳机中无局部放电声音
不考虑数值大小
正常可以运行按正常检测周期进行下一次检测耳机中存在明显的局部放电声音
P ≤８dB
正常
可以运行按正常检测周期进行下一次检测8dB
异常
关注
将异常（关注）的开关柜的检测
周期缩短为1个月
20dB
预警
定位局部放电源所在开关柜，将异常（预警）开关柜的检测周期
缩短为1周
P>30dB
危险需要停电
定位局部放电源所在开关柜，立
即进行检修
二、诊断方法
局部放电是很复杂的物理现象，用单一表征参数很难全面描述，
所以在诊断中应尽量对
各种放电谱图进行全面分析，
以减少误判。局部放电缺陷诊断的主要依据是信号水平、
频率
相关性、相位分布和特征指数，同时也可以参考时域波形。
（一）正常判断依据
根据背景和检测点所测超声波信号的周期峰值、有效值、50Hz 相关性、100Hz 相关性、相位分布、特征指数分布及时域波形的差异，满足表4-4的所有标准即为正常，任何一项参
数不满足均可判定为异常。
背景信号通常由频率均匀分布的白噪声构成，
表4-5列出了不同
检测模式下背景信号的典型谱图与特征。
表4-4超声波局部放电正常的判定标准
表4-5 不同检测模式下的背景噪声典型谱图
检测模式
连续检测模式
相位检测模式
典型谱图
判断依据背景测试数据周期峰值/有效值M 值ΔM<10%50Hz 相关性无无100Hz 相关性无无相位分布无规律
无规律
特征指数分布
无规律，特征指数未聚集在整数无规律，特征指数未聚集在整数时域波形（是否有异常脉冲）
无
无
2）频率成分1、频率成分2几乎为0
无明显相位特征，脉冲相位分布均匀，
无聚集效应。
检测模式时域波形检测模式特征指数检测模式
典型谱图
谱图特征信号均匀，未见高幅值脉冲无明显规律，峰值未聚集在整数特征值（二）有明显缺陷的判断依据
根据背景和检测点所测超声波信号的周期峰值、有效值、50Hz相关性、100Hz相关性、相位分布、特征指数及时域波形的差异，几种不同缺陷类型的判断标准如表4-6所示。
表4-6超声波局部放电缺陷类型的判定标准
参数悬浮电位缺陷电晕缺陷自由金属颗粒缺陷
连续检测模式有效值高较高高周期峰值高较高高50Hz频率
相关性
有有弱100Hz频率
相关性
有弱弱
相位检测模式有规律，一周波两簇信
号，且幅值相当
有规律，一周波一簇大
信号，一簇小信号
无规律
时域波形检测模式有规律，存在周期性脉
冲信号
有规律，存在周期性脉
冲信号
有一定规律，存在周
期不等的脉冲信号
脉冲检测模式无规律无规律有规律，三角驼峰形状
特征指数检测模式有规律，波峰位于整数
特征值处，且特征指数
1>特征指数 2
有规律，波峰位于整数
特征值处，且特征指数
2>特征指数 1
无规律，波峰位于整
数特征值处，且特征
指数2>特征指数 1
（三）疑似缺陷判断依据
如表4-7所示，在检测过程中，如果观察到一些间歇性的没有规律的异常信号，即可以判断为疑似缺陷。
表4-7超声波局部放电疑似缺陷的判定标准
判断依据背景测试数据
周期峰值/有效值M值间歇性闪烁
50Hz相关性无无或间歇性闪烁
100Hz相关性无无或间歇性闪烁
时域波形（是否有异常脉冲）无偶尔有异常
相位无无或有
（四）不同类型设备超声波局部放电的缺陷诊断
超声波局部放电检测技术可以应用于GIS 、开关柜、变压器及电缆终端等多种电气设备。不同的设备导致局部放电的原因不一样，
在缺陷诊断中具有各自的依据和特点。
目前超声波
法在GIS 设备缺陷诊断中应用最为广泛，其诊断的标准也比较完善；而在开关柜、电缆和变压器的应用中，缺陷诊断工作相对较少。本节主要介绍GIS 设备典型缺陷诊断的依据和
标准。
1电晕缺陷
当被测设备存在金属尖刺时，
在高压电场作用下会产生电晕放电信号。电晕放电信号的
产生与施加在其两端的电压幅值具有明显关联性，在放电谱图中则表现出典型的
50Hz 相关
性及100Hz 相关性，即存在明显的相位聚集效应。但是，由于电晕放电具有较明显极化效应，其正、负半周内的放电起始电压存在一定差异。因此，电晕放电的50Hz 相关性往往较
100Hz 相关性要大。此外，在特征指数检测模式下，放电次数累积谱图波峰位于整数特征值
2处。表4-8为电晕缺陷超声波检测典型图谱。
表4-8电晕缺陷超声波检测典型图谱
检测模式
连续检测模式
相位检测模式
典型谱图
谱图特征
1）有效值及周期峰值较背景值明显偏
大；
2）频率成分1、频率成分2特征明显，且频率成分1大于频率成分2。
具有明显的相位聚集相应，但在一个工频周期内表现为一簇，即
“单峰”。
时域波形检测模式
特征指数检测模式
典型谱图
谱图特征
有规则脉冲信号，一个工频周期内出现
一簇。（或一簇幅值明显较大，一簇明显较小）
有明显规律，峰值聚集在整数特征值处，且特征值2大于特征值 1
2 悬浮电位缺陷
特征指数
无规律，特征指数未聚集在整数
整数特征指数有尖峰，但不
明显
当被测设备存在悬浮电位缺陷时，在高压电场作用下会产生局部放电信号。局部放电信号的产生与施加在其两端的电压幅值具有明显关联性，在放电谱图中则表现出典型的50Hz 相关性及100Hz相关性，即存在明显的相位聚集效应，且100Hz相关性大于50Hz相关性。
此外，在特征指数检测模式下，放电次数累积谱图波峰位于整数特征值1处。表4-9为悬浮电位缺陷超声波检测典型图谱。
表4-9悬浮电位缺陷超声波检测典型图谱
检测模式连续检测模式相位检测模式
典型谱图
谱图特征1）有效值及周期峰值较背景值明显偏
大；
2）频率成分1、频率成分2特征明显，
且频率成分1大于频率成分2。
具有明显的相位聚集相应，在一个工频
周期内表现为两簇，即“双峰”。
时域波形检测模式特征指数检测模式
典型谱图
谱图特征有规则脉冲信号，一个工频周期内出现
两簇，两簇大小相当。
有明显规律，峰值聚集在整数特征值处，
且特征值1大于特征值 2
3 自由金属颗粒
当被测设备内部存在自由金属微粒缺陷时，在高压电场作用下，金属微粒因携带电荷会受到电动力的作用，当电动力大于重力时，金属微粒即会在设备内部移动或跳动。但是，与悬浮电位缺陷、电晕缺陷不同，自由金属微粒产生的超声波信号主要由运动过程中与设备外
壳的碰撞引起，而与放电关联较小。由于金属微粒与外壳的碰撞取决与金属微粒的跳跃高度，
其碰撞时间具有一定随机性，因此在开展局部放电超声波检测时，该类缺陷的相位特征不是很明显，即50Hz、100Hz频率成分较小。但是，由于自由金属微粒通过直接碰撞产生超声
波信号，因此其信号有效值及周期峰值往往较大。此外，在时域波形检测模式下，检测谱图中可见明显脉冲信号，但信号的周期性不明显。表4-9为自由金属颗粒缺陷超声波检测典型
图谱。虽然自由金属微粒缺陷无明显相位聚集效应。但是，当统计自由金属微粒与设备外壳
的碰撞次数与时间的关系时，却可发现明显的谱图特征。该谱图定义为“飞行图”，通过部分局部放电超声波检测仪提供的“脉冲检测模式”即可观察自由金属微粒与外壳碰撞的“飞行图”，进而判断设备内部是否存在自由金属微粒缺陷。图4-14为自由金属微粒缺陷的超声波检测飞行图，由图可见其有明显的“三角驼峰”形状特点。
表4-10 自由金属颗粒缺陷超声波检测典型图谱
检测模式连续检测模式相位检测模式
典型谱图
谱图特征1）有效值及周期峰值较背景值明显偏
大；
2）频率成分1、频率成分2特征不明显。
无明显的相位聚集相应，但可发现脉冲
幅值较大。
时域波形检测模式特征指数检测模式
典型谱图
谱图特征有明显脉冲信号，但该脉冲信号与工频
电压的关联性小，其出现具有一定随机
性
无明显规律，峰值未聚集在整数特征值图4-14 自由金属颗粒超声波检测飞行图第四节典型超声波局部放电案例分析
一、110kV GIS设备导向杆松动检测
（一）案例经过
2012年4月，检测人员在对某220kV变电站内的110kV GIS设备进行超声波局部放电带电检测时，发现疑似放电信号，信号峰值明显高于环境背景值。经过多次复测后，确定其存在缺陷，并进行了初步定位和缺陷类型分析。技术人员对缺陷部分进行整体更换后，其超声波信号接近背景值，异常信号消失，缺陷消除。对更换的间隔进行解体检修，发现多处导
向杆存在松动情况。此次带电检测消除了GIS内部安全隐患，确保设备健康运行。
（二）检测分析方法
4月26日，检测人员在对某间隔进行超声波局部放电检测时，发现疑似放电信号，信
号峰值较强，达到25mV，远大于环境背景信号峰值1mV。图4-15所示为疑似放电位置，图4-16为检测中的环境背景值与疑似放电信号值。5月4日和5月14日，检测人员再次对疑似放电位置附近进行了超声波多点反复测试，发现该间隔存在最强信号点，信号峰值超过30mV，远大于背景信号峰值1mV。检测所得最大信号位置如图4-17所示，检测到的信号如图4-18所示。对母线其他部位及其他设备气室进行超声波局部放电检测，其结果与背景
信号相差不大。
图4-15 某站110kV GIS设备发现疑似局放信号位置图（a）环境背景值（b）疑似放电信号值
图4-16 站内超声波信号环境背景值与检测到的疑似放电信号值图4-17 检测所得放电信号最大位置图4-18 检测所得最大信号
根据图4-18分析可知，该放电信号具有50Hz和100Hz相关性，且放电信号幅值较大，初步诊断为绝缘支撑件、紧固螺丝松动或存在悬浮电位、颗粒杂质。
6月中旬，技术人员对缺陷间隔及其相邻间隔进行了整体更换，并进行了解体检修。在
拆除备用116间隔（备用4）的A相导体时，发现靠近117间隔的导向杆存在松动的情况；在拆除备用115间隔时，发现A相梅花触头——靠近2#主变间隔侧的导向杆也存在松动的情况，如图4-19所示。此外，发现屏蔽罩紧固螺丝未拧紧，如图4-20所示。
（a）（b）
图4-19 母线内部异常部位图示
屏蔽罩和
触座连接
螺钉未紧
固到底
图4-20 屏蔽罩未紧固图示
7月份，检测人员对更换后的运行半个多月的II母线备用115、116间隔部分进行超声波局部放电复测，其信号均与环境背景接近，即处理结果良好，缺陷消除。
（三）经验体会
（1）该案例表明超声波局部放电检测技术对电力设备运行中的机械振动有较强的灵敏
度，可以有效检测到相关缺陷。
（2）通过对疑似放电位置附近进行多点检测，可以利用幅值定位法实现对放电源的初
步定位。
（3）加大基建施工现场安装监督力度，特别是关键点的现场监督，杜绝因现场安装人
员责任心不强为设备运行留下隐患。
二、500kV变压器内部放电缺陷检测
（一）案例经过
2012年9月，某变电站500kV 2号主变压器在进行投运后油色谱跟踪测试时发现内部
有痕量乙炔产生，随后进行高频局部放电和超声波局部放电带电检测，发现该变压器三相均
有不同程度的局部放电信号。停电返厂解体后，证实了变压器磁分路与铁心间、上下磁分路与夹件安装面间均存在不同程度的放电痕迹，磁分路端部绝缘多数移位或破损。此次检测有效避免了重大事故的发生。
（二）检测分析方法
在油色谱发现内部有痕量乙炔后，检测人员对该变压器进行了高频局部放电和超声波局
部放电带电检测。对三相分别进行高频检测后发现，三相均存在不同程度的内部放电，其中A相放电最为严重。随后，采用美国物理声学公司超声波局部放电定位仪对放电源进行了定
位，如图4-21所示，放电位置示意图如图4-22所示。定位结果显示，放电主要集中在低压
线圈下部油枕侧夹件区域（高度约为250~600mm）。
图4-21 超声波定位仪定位结果
图4-22 定位结果示意图
通过局部放电测试，发现A相同时存在电信号及可疑声信号，同时铁芯与夹件位置局
部放电信号大小相近、相位相反，推测在A相铁芯与夹件间产生了放电。结合油化学试验
结果也可以推断该主变内部存在连续的火花放电，此放电可能由悬浮电位导致。
随后将2号变压器低压侧电容器退出，低压侧电流为零，上述现象均消失，证明其放电位置位于变压器磁回路，这与超声局部放电定位检测结果一致。由此判断，该变压器三相均存在不同程度放电，其中A相最为严重，放电位置位于本体下部“铁心－夹件”之间的夹
件磁屏蔽位置。
11月份，该变压器返厂检修，检查发现三相磁分路与铁心间、上下磁分路与夹件安装
面间均存在不同程度放电痕迹，其中A相磁分路端部绝缘多数位移或破损，B、C相未见异常，如图4-23、图4-24所示。经检查分析此次变压器内部局部放电缺陷原因主要有：1、磁分路与铁心间距较小且无可靠绝缘保证措施；2、处于220kV绕组端部的磁分路厚度不足（设计值厚度为20mm±2mm，实际仅为14.3mm），在安装槽内存在间隙，导致磁分路与夹件接触不紧密，产生积碳。
2013年1月该变压器整改完成后顺利投入运行，对其进行超声波局部放电检测，异常
信号消失，缺陷消除。
图4-23 存在放电痕迹的磁分路图4-24 存在放电痕迹的夹件安装面
（三）经验体会
（1）对于变压器的局部放电检测，应采用多种方法联合检测。超声波检测法在现场受
电气干扰小，可以对放电源进行准确定位。
（2）变压器内部结构以及局部放电信号在变压器内的传输比较复杂，因此要求从事变
压器局部放电带电检测的人员对设备内部结构有深入的了解。
三、10kV开关柜局部放电检测
（一）案例经过
2013年1月，某供电公司在变电站巡视中，发现某220kV变电站10kV XGN2-12(Z)型
开关柜超声波及暂态地电压带电检测数据异常，检测人员根据现场情况分析判断开关柜内有
局部放电。对其进行停电检查发现，开关柜内断路器、电缆、避雷器、带电显示装置等设备
受潮严重，设备外绝缘表面有明显的水珠凝结，B相电缆头与铜排连接处存在过热现象，螺
栓表面存在很厚的氧化膜，诊断性试验不合格。将设备进行更换后缺陷消失，有效地避免了
事故的发生。
（二）检测分析方法
检测人员对10kV高压室进行暂态地电压与超声波局部放电带电检测，发现数据异常。
暂态地电压检测数据如表4-11所示，超声波检测数据如表4-12所示。
表4-11 10kV高压室暂态地电压检测数据
开关柜名称前上前下后上后中后下侧上侧中侧下10kV300B 17dB 17dB 15dB 15dB 15dB 15dB 15dB 15dB 10kV 344 19dB 19dB 16dB 17dB 16dB10kV 346 22dB 22dB 21dB 20dB 20dB
10kV 348 25dB 24dB 23dB 23dB 23dB 25dB 26dB 25dB
暂态地电压检测背景值：27dB。
（取窗户框架上、入口处挡板上、高压室大门三处的平均值）
表4-12 10kV高压室超声波监测数据
开关柜名称前上前下后上后中后下（观
察窗关）
后下（观
察窗开）
10kV300B 6dB 6dB 6dB 6dB 6dB 29dB 10kV 344 6dB 6dB 6dB 6dB 6dB 6dB 10kV 346 6dB 6dB 6dB 6dB 6dB 6dB 10kV 348 6dB 6dB 6dB 6dB 6dB 6dB 由于300B位于高压室内最里侧，而暂态地电压检测数据从外向里有逐步减小的趋势，
且最外侧的348开关柜的监测数据略低于窗户框架、大门上所测出的背景值，因此推断暂态
地电压检测数据主要来源于高压室外的电磁干扰。即使开关柜内本身有一定的局放信号，也被外界的干扰所覆盖无法准确辨别。
当300B后下柜门的观察窗封闭时，由于受到柜体的阻碍，超声波无法传播出来，所有
位置的检测数据均为6至7dB，与背景值一致。当打开观察窗，在窗口处检测时，300B的超声波检测数据明显上升，数据在27至35dB之间波动。而其它开关柜在打开观察窗后，
检测数据仍然维持在6至7dB。
综合以上检测情况，可判断在300B开关柜内有局部放电，根据《电力设备带电检测技
术规范》，当超声波局部放电检测数值大于15dB时属于缺陷。同时根据相关规程，暂态地
电压检测数据不明显，而超声波局部放电检测数据较大时，此类缺陷极有可能为设备表面放
电。建议及时对其进行停电检查，处理受潮缺陷，查找局部放电部位，进行消缺处理。
随后对300B间隔进行了停电检查试验，外观检查发现，开关柜内断路器、电缆、避雷
器、带电显示装置等设备受潮严重，设备外绝缘表面有明显的水珠凝结。且B相电缆头与
铜排连接处存在过热现象，螺栓表面存在很厚的氧化膜，如图4-25所示。经检查发现，电
缆穿墙处的堵泥开裂，电缆沟的水汽可直接进入断路器室，如图4-26所示。该水汽凝结的
原因主要由于柜内驱潮装置的温湿度控制器自动方式失效，不能正常启动，只能人工手动启动。因此潮气无法排除，在柜内设备外绝缘上凝结。
随后试验人员对开关柜内各设备进行了诊断性试验，对300B断路器下端头至300B1隔离开关电缆头一段进行了绝缘试验，试验结果为A相10MΩ，B相为5MΩ，C相为5MΩ；对300B断路器上端头连同10kVⅢ段母线进行绝缘试验，结果为ABC三相均为5MΩ左右。
绝缘下降主要是外表面绝缘水珠凝结以及脏污引起。接着，试验人员对柜内设备进行耐压试
验。对300B1隔离开关下端头以下部分进行耐压试验，施加电压时发现C相有明显的放电声，A、B两相正常。当加到20kV左右电压时，肉眼发现300B断路器C相下出线部位明显的放电现象，如图4-27所示。为了排除该放电是脏污和尖端引起，检修人员对该部位进
行了擦拭和酒精清洗，绝缘电阻测试，A、B、C三相绝缘电阻上升至15MΩ。重新进行了耐压试验发现该部位还是存在放电现象。合上300B断路器后，对TA、300B1隔离开关、300B断路器、300B2隔离开关及III段母线一起进行了交流耐压试验，升压至26kV时，发现断路器外绝缘筒与机构连接处存在明显放电现象，放电部位见图4-28。
综合试验以及检查情况，试验人员分析该断路器由于受潮，设备外绝缘发生沿面放电，
长期的局部放电使得设备绝缘加速劣化，最终对设备绝缘造成不可逆转的损伤，如继续运行，将可能发生运行中绝缘击穿甚至爆炸的事故，立即安排对300B开关柜进行了更换。
过热引起螺
栓加速氧化
电缆头上凝
结的水珠
图4-25 电缆头外绝缘表面凝结水珠
电缆穿墙处
堵泥开裂
图4-26 电缆穿墙处堵泥开裂300B断路器
C相下出线
部位放电
图4-27 耐压试验放电电弧
外绝缘筒与
机构连接处
放电部位
图4-28 外绝缘筒与机构连接处放电部位
（三）经验体会
（1）被测开关柜要有可以进行局部放电检测的开孔或缝隙，如果超声波信号没有传播渠道，其检测灵敏度将受到较大的影响。
（2）开关柜超声波检测具有很强的方向性，在检测中可以通过移动传感器来观察放电强度，从而寻找放电源。
（3）在超声波检测开关柜局部放电时应注意排除可能的干扰源，如风机、荧光灯等也可能会发出超声波，影响检测效果。
参考文献
[1]严璋.电气绝缘在线检测技术[M].北京:中国电力出版社,1995.
[2]王川波.高压电气绝缘及测试[M].北京:中国水利水电出版社,1998.
[3]沈其工,高电压绝缘基础[M].江苏:江苏科学技术出版社,1998.
[4]邱昌容,王乃庆.电工设备局部放电及其测试技术[M].北京:机械工业出版社,1994.
[5]Anon. Partial Discharge Testing of Gas InsulatedSubstations[J]. IEEE Trans on Power
Delivery,1992,7(2):499-506.
[6]陈东清,乔世珊,史晓明.电机绝缘监测技术在大型汞站工程上的应用前景.中国水
利,3(4):35-37.
[7]朱德恒,谈克雄.电绝缘诊断技术[M].北京:电力出版社,1999.
[8]库钦斯基.高压电器设备局部放电[M].北京:水利电力出版社,1984.
[9]舒乃秋,胡芳,周粲等.超声传感技术在电气设备故障诊断中的应用[J].传感器技
术,2003,22(5):1-4.
[10]周力行,何蕾,李卫国等.变压器局部放电超声信号特性及放电源定位[J].高电压技
术,2003,29(5):11-13,16.
[11]W.R.Rutgers and Y.H.Fu, UHF PD-Detection in a power transformer, Proceedings of 10th
international symposium on high voltage engineering, Montreal, August 219~222,1997.
[12]王国利,郝艳捧,李彦明等.电力变压器局部放电检测技术的现状和发展[J].电工电能新技
术,2001,20(2):52-57.
[13]T.Boczar, Identification of specific type of PD from acoustic emissionfrequency spectra,
IEEE transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2001,8(4):598~606.
[14]李燕青.超声波法检测电力变压器局部放电的研究[D].华北电力大学(保定),2003.
[15]戎琳.局部放电超声信号仿真与评估技术研究[D].上海交通大学,2011.
[16]刘君华,姚明,黄成军等.采用声电联合法的GIS局部放电定位试验研究[J].高电压技
术,2009,35(10):2458-2463.
[17]罗勇芬,李彦明,刘丽春等.基于超高频和超声波相控接收原理的油中局部放电定位法仿
真研究[J].电工技术学报,2004,19(1):35-39.
[18]陈宏福.超声波法检测GIS局部放电的研究[D].上海交通大学,2008.下载本文
