1　前言
　　研究局部放电脉冲波形的特点，对深入研究绝缘介质中局部放电的机理、放电脉冲在变压器和发电机绕组中的传播规律、局放测量传感器的频率特性、对校正脉冲波形特性的要求及进行放电模式识别都具有重要意义^［1，2］。就放电模式识别来说，利用放电脉冲来识别放电类型比用传统的测量统计波形要优越得多：
　　（1）缩短了测量时间。利用统计参数的方法需要连续测量几秒甚至几分钟的局放数据，而利用脉冲波形的测量时间只需几μs，最多只要一个工频周期。
　　（2）有利于减小外界干扰。局放脉冲属于ns级的暂态信号，与干扰信号有明显的区别，因此有利于实施抗干扰措施。
　　（3）可对多个类型的混合放电进行识别分类。不同放电的放电脉冲波形不同，因此可利用对单次脉冲的识别来了解混合放电中各个放电成分的类型，甚至计算各种放电所占的比重。
2　测量系统设计
　　由于单次放电脉冲的持续时间一般在几十ns到几个μs之间，波头更陡（几个ns到几十个ns）^［3］，为了得到更多的放电波形信息，必须用很高的采样频率对放电波形进行采集。实验中利用Tektronics公司的TDS754C示波器作为数据采集系统，具体线路如图1所示。

图1　测量系统原理图

　　图中T为100kV无晕实验变压器，它为整个测量系统提供工频高压；R是150kΩ线绕电阻，起限流和阻高频作用，主要用于消除高压电源侧的高频干扰；R_d是去耦电阻，用于阻止放电脉冲耦合至高压电源侧；C是100pF／30kV的耦合电容；C_x为被测试样；R_m为50Ω无感电阻；Z为抑制瞬态浪涌电流的保护二极管，其钳位电压为4．3V，瞬态响应时间为10～20ps（1．0E－12），该时间远远小于与其相连回路的时间常数，可以很好地保护示波器SC（其最大采样频率为2GHz，带宽为500MHz）的安全。PC为个人计算机，用于存储测量数据和对整个测量进行控制。为了减小行波给测量带来的影响，测量区内元件必须布置得尽可能紧凑。如果要测量的频率范围为0＜f_c＜100MHz，则整个测试区内元件的布置应限制在υ/(f_c×8.6)≌35(cm)的范围内（其中光速υ＝3．0×10⁸ m／s），以减小脉冲对外辐射的能量损失和对波形的影响^［4］。
2．1　脉冲检测阻抗设计
　　脉冲检测阻抗由无感电阻R_m和保护单元Z并联而成，电阻R_m在0～300MHz的频带范围内基本呈纯阻性。R_m和Z装在同一个屏蔽盒内，使R_m和Z之间的连线尽可能短，与屏蔽盒的外壳尽可能远，并在屏蔽盒与R_m和Z之间填装聚四氟乙烯材料，以减小杂散电容对测量的影响。脉冲检测阻抗与高速数字示波器之间用特征阻抗为50Ω的双屏蔽电缆进行连接，把示波器的输入阻抗设置为50Ω，直流耦合方式。
　　为了检验脉冲测量系统的频率响应特性，利用高速脉冲发生器产生陡前沿的阶跃信号作为输入脉冲，比较输入脉冲与经系统传输后的信号。检验系统的原理图如图2所示。

图2　系统频率响应校验原理图

　　图中　C_f是特征阻抗为Z的成型电缆，开始时开关S断开，电源E通过R对C_f进行充电，测量时闭合S，即可在R_m上得到标称前沿0．5ns、宽度为50ns的脉冲。分别用754C示波器在M点和H点测量脉冲发生器的脉冲波形和经系统传输后的脉冲波
形，采样频率为2GHz，波形如图3所示。
　　从图3可以看出，脉冲发生器产生的校准脉冲的上升沿约为1．0ns，可以用来校准测量系统。经系统传输后脉冲的上升沿约为1．9ns，无振荡和过冲现象存在，因此可以肯定，该系统测量到前沿小于0．9mV／2ns的脉冲是可信的。

（b）H点测得的经系统传输后脉冲
图3　校验脉冲和经系统传输后的脉冲

2．2　测量系统的检验
　　为了进一步检验整个测量系统是否能正常工作，利用标准的电晕模型进行了测量，该模型属于半球对针结构，起晕电压为3．4kV。当电压为4．0kV时，单次脉冲的测量结果如图4所示。

　　从图4中可以看出，本测量系统测到的电晕放电脉冲的波头约为10ns，脉冲持续时间200～250ns，波形存在的热噪干扰较小，并不影响对整个波形特征的研究，因此没有对测量波形做任何滤波处理。该波形特征与有关文献中描述的波形基本吻合^［3］（除由于本次测量用模型的电极间距离大于文献中的电极间距离而使波形的存在时间有所不同外），因此可以肯定：测量单次放电脉冲回路的设计方案是正确的。
3　不同放电脉冲的测量
　　在双屏蔽室内对6种变压器油中的放电模型进行了测量，限于篇幅，在此列出其中3种放电模型的测量结果，并对其波形参数进行比较。
3．1　油浸纸板中气隙放电
　　可以用图5所示的模型代表绝缘纸内部气隙放电。模型中采用两层厚2．5mm的浸油绝缘纸板中夹一层厚1．0mm的绝缘纸板作为绝缘介质，中间一层上有一直径为30．0mm的通孔，为了避免变压器油进入气隙中而影响测量结果，绝缘纸板之间用一层非常薄的环氧树脂胶进行粘结。

图5　气隙放电模型

3．2　绝缘纸板沿面放电
　　用图6所示的模型来模拟纸板沿面放电，图中1为针状电极，针尖与绝缘板相切；2为一矩形铜板，铜板周围均被打磨光滑且四角有导角。绝缘板由变压器纸板做成，1、2两个电极用环氧树脂固定在绝缘板上，针尖与铜板之间的距离为15．0mm。

图6　沿面放电模型

3．3　悬浮电极放电
　　图7（a）为整个电极的布置情况，（b）为从上面向下看时悬浮电极和高压电极之间的相对位置，为了更好地控制悬浮电极的放电部位和起始放电电压，把悬浮电极剪成一边光滑，另一边有尖角的形状，光滑的一边不易放电，而有尖角的一边存在电场集中的现象，较易放电。悬浮电极用厚3．0mm的铜板制成，悬浮电极与高压电极间的距离为15mm，悬浮电极主要对高压电极放电。

　图7　悬浮电极放电模型

3．4　各种放电的脉冲波形
　　实验中示波器的采样频率为1GHz，图8～图10是测量到的各种放电的脉冲波形（所有波形的横坐标单位为ns，纵坐标为mV）

   （1）气隙放电

    气隙放电脉冲属于具有非常快上升（对负脉冲为下降）沿（10ns左右）的双指数波形，拖尾较长（250ns左右）。放电脉冲的波头均有振荡存在，振荡周期约为10ns，振荡过后的波头明显变得缓慢。正负脉冲波形基本相似。

   （2）纸板沿面放电
　　油中绝缘纸板沿面放电的强度远远高于气隙和标准电晕放电的强度，一旦有局放发生，纸板上与针电极尖端接触的附近就会留下树枝状的炭化痕迹，放电脉冲的幅值也远远地大于其它放电。整个脉冲由双指数波形和平均振荡周期约为15ns左右的高频振荡叠加而成，且振荡幅度较大。由于存在振荡，使脉冲波头的确定比较困难，从整个波形来看，脉冲波头约为30～50ns，脉冲持续时间约为170～200ns。在电压由起始放电电压开始逐渐升高直至有发生火花放电的较大电压范围内，没有测到正的放电脉冲。

   （3）悬浮电极放电
　　悬浮电极放电脉冲的包络基本为双指数波形，波形上叠加有衰减振荡波，衰减振荡成分的衰减常数小于双指数波形的衰减常数。脉冲的波头比较缓慢，约为30～40ns，脉冲持续时间也比较长，约为320～350ns。值得注意的是该放电有脉冲群出现（如10（a）图），脉冲群中相邻两个脉冲一般相距1μs左右，除幅度大小不同外，两个脉冲基本相似，因此这两个脉冲应该对应着两次独立的放电，而不是一次放电的不同阶段。虽然每次放电脉冲的幅度并不大，但放电脉冲群的出现也说明这种放电比较剧烈。

如果利用传统的电脉冲法测量油中的这种放电，由于脉冲分辨率较低（约为6～200μs），将会给测量结果带来较大的偏差。

4　结论
　　（1）设计了测量放电脉冲波形的测试系统，并利用脉冲发生器产生的阶跃波和标准电晕模型对测量系统进行了校验，结果表明系统设计正确。
　　（2）从对3个放电模型的测量结果来看，当放电部位有油存在时（如油浸纸板沿面和悬浮电极放电），放电脉冲存在振荡成分。
　　（3）不同放电脉冲的波头时间、振荡成分的振荡周期、振荡成分占整个脉冲的能量比均有差别，这为利用放电脉冲识别放电类型提供了可能。
　　（4）有些类型的放电比较剧烈时，会有放电脉冲群的出现，脉冲群中脉冲的时间间隔甚至小于1μs，这种情况向传统的统计测量方法提出了挑战，要求传统的测量方法提高脉冲分辨率。

参考文献：
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［3］　PompiliM，et al．Early stages of negative PD development in di－electric liquids［J］．IEEE Trans on D＆EI，1995，2（4）：602～　　603．
［4］　Brosche T，etal．Novelcharacterization ofPDsignals by real－time
measurement of pulse parameters［J］．IEEE Trans on D＆EI，