局部放電 (PD) 診斷—測量高壓設備（包括電纜、變壓器、開關設備、馬達和發電機）內部微小的介電失效區域—可能極其難以理解。一個異常值就可能將原本正常的設備判定為故障，或者在數週內都未被察覺，最終導致嚴重的硬體故障。儘管全球已有超過 15,000 台機器配備了永久性 PD 感測器，並且國際資料庫中儲存了超過 400,000 個讀數，但這些讀數仍然難以準確判斷設備的故障原因。 Sedding、Stone 和 Warren 在 CIGRE 2016 年的研究中指出許多植物難以進行一致、可靠的診斷評估。
本指南揭示了使 PD 解釋變得困難的四個隱藏因素——感測器偏差、資產基線、噪音污染和模式模糊性——並為您提供了一個工作框架，讓您像經驗豐富的高壓測試工程師一樣解讀 PD 結果。
快速規格
| PD是什麼 | 局部絕緣擊穿，但未完全橋接電極間隙 |
| 典型電壓範圍 | 3千伏至700千伏及以上 |
| 管理標準 | IEC 60270（離線，基於電荷）· IEC 60034-27-2（在線，旋轉馬達）· IEEE 1434（旋轉馬達局部放電指南） |
| 基本計量單位 | pC（皮庫侖，IEC 60270）或 mV（在線，寬頻） |
| 導致解讀錯誤的三大主要原因 | 噪音污染 · 感測器類型偏差 · 資產基準不匹配 |
為什麼「易於閱讀」的PD報告經常出錯
一份PD報告乍看之下或許令人安心——Qm為240 mV，表觀電荷量為12 pC，相位分辨圖清晰無比——但實際上仍可能誤導你。報告上顯示的數據至少受四個不同變數的影響，任何一個變數都可能掩蓋或偽造你的讀數：感測器及其頻寬、資產類別及其統計特性、測試裝置周圍的雜訊環境以及放電機製本身。
如果報告忽略了上述任何維度，則會出現兩種故障：要么對「健康」的設備發出警報（誤報，會破壞測試機制的完整性），要么真正的故障檢測結果低於不恰當的閾值，導致設備在兩次計劃測試之間發生故障。正如現場工程師“jburn”在首次商業PD調查後，在Eng-tips論壇上長期交流時所指出的那樣：“解讀實時採集的數據確實需要高技能的工程師或技術人員。”
PD測試結果的解讀是一個四維決策過程：感測器/資產/雜訊/模式。一個看似可靠的單一數值，如果忽略了這四個維度中的任何一個，都比沒有數值更危險。
PD基礎知識：你實際測量的是什麼
A 局部放電 閃絡是指絕緣系統特定部分的電場梯度低於目標部分的介電耐受極限（但整個系統仍能承受所施加的電場）。每次閃絡都會產生高頻電流脈衝，以及多種可觀察到的後果：光、熱、臭氧、可聽見的劈啪聲、電磁輻射和高頻接地電流脈衝。每種後果都可以用不同類型的感測器檢測到，因為每種感測器揭示的缺陷資訊略有不同。
臨床實務將PD分為三類。正確的分類至關重要，因為每一類PD都會產生不同的PRPD特徵，偏好不同的感測器，並且具有不同的故障率特徵。
| PD類型 | 事件發生地點 | 最佳主感應器 | 故障前警告 |
|---|---|---|---|
| 內部PD | 固體絕緣材料內部的空隙、空洞、縫隙；澆鑄樹脂或聚合物內部的含氣缺陷 | TEV（開關設備）；HFCT/80pF耦合器（電纜、變壓器） | 故障發生前往往悄無聲息──沒有氣味、聲音或可見跡象。 |
| 表面PD | 絕緣層表面出現電痕，通常發生在乾端接點或界面處。 | 空氣超音波；密封外殼接觸式超音波 | 臭氧氣味、可聽見的劈啪聲、最終導致地表侵蝕 |
| 科羅納警察局 | 尖銳電極幾何形狀放電至氣體（通常為空氣，偶爾為SF6異常情況） | 超高頻；開放式開關站的機載超音波 | 黑暗中可見藍色光芒；潮濕天氣下可聽見嘶嘶聲 |
在變電站安裝任何電錶之前，請務必進行感官巡檢。如果鎖閉的電錶櫃散發出臭氧味，則表示內部存在表面局部放電；如果開關設備密封墊發出劈啪聲，則表示內部或表面存在嚴重的局部放電活動；如果外部鋒利邊緣出現有時可見的死電暈，通常不會影響設備壽命，但如果氣流不暢，則可能在封閉腔室內引發表面局部放電。只需三分鐘的感官檢查，即可確定首先要安裝哪個感測器。
感光元件選擇如何影響你的解讀
對同一故障點的兩個局部放電感測器很少給出相同的數值。這不是測量誤差，而是物理定律。
每種感測器都有其自身的頻寬、耦合機制和頻率響應，以及各自的故障模式盲區。如果選錯了感測器，產生的報告雖然內部一致，但外部顯示卻是錯誤的。
| 傳感器 | 物理原理 | 最佳擬合故障 | 解釋注意事項 |
|---|---|---|---|
| 80 pF 電容耦合器 | 相端高壓電容器檢測脈衝電流 | 定子繞組（馬達、發電機）；變壓器端子 | 線圈位於繞組深處，遠離線路端子，此時線圈的靈敏度會下降。 |
| 定子槽耦合器（SSC） | 位於縫隙楔塊下方的天線，接收本地縫隙PD訊號 | 氫冷式汽輪發電機，其中 80 pF 耦合器難以正常運作 | 僅限本地——不考慮末端纏繞或終端PD |
| 瞬態接地電壓 (TEV) | 高頻電磁脈衝透過密封墊開口離開開關設備 | 金屬鎧裝開關櫃內部局部放電 | 不掃描多個位置，無法定位到特定隔間 |
| HFCT / RFCT | 電纜接地線上的夾式電流互感器 | 無需停止電纜運行即可進行在線中高壓電纜局部放電檢測 | 會拾取接地線導體上的所有訊號－需要上游雜訊鑑別功能。 |
| 超高頻 | 以天線為基礎的300 MHz至3 GHz頻段電磁波偵測 | 地理資訊系統、開放式開關站、接觸式感測器不適用的電纜系統 | 靈敏度取決於天線位置和屏蔽幾何形狀。 |
| 超音波（空氣傳播/接觸式） | 超音波頻段的聲音發射，隨著病情加重，往往會降至可聽範圍。 | 表面局部放電和電暈局部放電，其放電路徑可以是空氣路徑或接觸路徑。 | 內部密封局部放電；對環境噪音敏感 |
頻寬值得單獨討論。工作頻率高於約 40 MHz 的感測器能夠捕捉到局部放電脈衝的第一個峰值，將其作為行波接收，而此時繞組的電感和電容尚未對其產生畸變。根據上文引用的 Iris Power CIGRE 研究，這就是為什麼定子高頻線上測量結果近似為絕對值的原因——儀表無法檢測到完整的定子阻抗迴路。
另一方面，低頻寬測量得到的脈衝訊號經過了嚴重的濾波，其絕對值很大程度上取決於線圈的幾何形狀。因此，只有在單一感測器頻寬範圍內進行跨機器比較才有意義。
當您需要一款能夠覆蓋所有感測器系列且所有感測器共享相同趨勢分析軟體的現場儀表時，請考慮整合式儀表。 專業高壓測試設備 而不是讓你局限於單一解釋模型的單一感測器單元。
資產類型接受基準以及跨資產比較為何失敗
在13.8 kV空冷式汽輪發電機上，250 mV的Qm值是無害的；在30 psig的氫冷式發電機上，同樣的數值則是一個強烈的故障調查觸發訊號；而在油浸式變壓器上，這個數值則毫無意義，因為儀器可能使用了錯誤的量程。局部放電閾值因資產類別而異，任何從其他資產類別引入的規則都不應被視為權威的“經驗法則”，否則可能會誤導您。
按資產類別劃分的參考基準
| 資產類別 | 典型方法 | 部隊 | 調查觸發 | 標準版 |
|---|---|---|---|---|
| 13.8 kV 空冷定子（TGA） | 在線式 80 pF 耦合器 | 毫伏（寬頻） | Qm 高於第 90 個百分位數（根據 Iris 資料集，約為 529 mV） | IEC 60034-27-2 · IEEE 1434 |
| 氫冷定子（>30 psig） | 在線式 80 pF 耦合器或 SSC | 毫伏（寬頻） | 第 90 個百分位數通常接近 250 mV——大約是風冷閾值的一半。 | IEC 60034-27-2 · IEEE 1434 |
| 中壓油浸式變壓器 | 離線工廠測試；HFCT 線上運行測試 | pC（離線）；mV（HFCT 線上） | 驗收值由採購規格定義；在 1.5 U0 時，高於 100 pC 的共識拒絕 | IEC 60270 · IEC 60076-3 |
| 交聯聚乙烯中壓電纜 | 離線甚低頻或阻尼交流電，U0 為 1.5 至 2.0；線上高頻電流互感器 | pC（離線，IEC 60270 電荷校準） | 任何在電樹特徵下可檢測到的局部放電都具有重要意義—典型剩餘壽命：數小時至數天 | IEC 60270 · IEEE 400.4 |
| 中壓金屬鎧裝開關櫃 | 線上TEV加超音波檢測 | 分貝（TEV）；分貝（超音波） | TEV持續高於20分貝或持續上升；任何可聽見的超音波活動 | IEC TS 62478 |
氫冷電機的局部放電強度始終低於同等千伏特額定值的空冷電機，這是因為加壓氫氣的介電強度更高，提高了體絕緣缺陷的起始電壓。根據 Iris 線上局部放電資料庫，在高氫氣壓力下，第 90 個百分位 Qm 值約為空冷值的一半。將任何氫冷讀數與空冷閾值表進行比較都是錯誤的，因為氣隙幾何形狀對結果起決定性作用。
一個有用的現場觀察：當北美某電力公司的「kraigb」將其中壓地下配電線路的電壓設定在1.5至2.0標么值時，電纜附件（接頭、終端、彎頭）的局部放電「衝擊」次數遠高於實際運行中附件與電纜4:1的故障率。他們觀察到的局部放電活動大部分並非源自於電纜本體絕緣失效，而是由附件連接點的施工錯誤所導致的絕緣劣化。根據電纜製造商的規格製定的基線很少考慮到這一點——如果調查涉及大量附件，則需要調整預期。
PRPD圖譜：解讀相位分辨圖
相位分辨局部放電 (PRPD) 圖是目前為止最有用的判讀輔助工具，但也最容易被濫用。每個脈衝都會被繪製成一個二維圖，橫座標為交流相位角（x 軸，0-360 度），縱座標為脈衝幅度（y 軸）。長時間觀察同一個缺陷，就會形成一個可辨識的放電雲－放電雲的形狀可以辨識出缺陷的類型。
現場分診的4種模式PRPD檢查表
- ✔
內部空隙（散裝絕緣材料）： 正負半週期上的雲密度大致相等，中心分別位於 45 度和 225 度附近。星等緊密聚集。脈衝極性對稱性是關鍵特徵。 - ✔
表面PD（分層或介面追蹤）： 不對稱模式－某一極性的活動比另一極性更強烈。雲團沿電壓上升沿廣泛擴散。通常伴隨可聽見的劈啪聲和臭氧氣味。 - ✔
電暈放電（氣體中的尖銳電極）： 脈衝分佈緊湊且可重複，相位角單一，幾乎總是正半週期。脈衝幅度均勻且較低。濕度變化常會抑制脈衝的產生。 - ✔
金屬浮球或接觸不良： 稀疏的、幅度極高的脈衝，重複頻率低，相位角通常不符合規範。與其他三種訊號相比，這種訊號特徵顯得混亂——而這種混亂正是診斷的關鍵所在。
極性指示空洞的位置。正如一位經驗豐富的電機產業工程師（「electricpete」）在Eng-Tips論壇上關於局部放電解讀的長期討論帖中所總結的那樣：正脈衝占主導地位意味著空洞位於絕緣層的外壁（絕緣層與接地絕緣層之間）；負脈衝占主導地位意味著空洞位於絕緣層的內壁（絕緣層與帶電體與接地絕緣層之間）；負脈衝占主導地位意味著空洞位於絕緣層的內壁（絕緣層與帶電體與接地絕緣層之間）；負脈衝占主導地位意味著空洞位於絕緣層的內壁（層與帶電波之間絕緣層之間）；負脈衝數量大致相等。在進行任何幅值分析之前，只需進行一次極性檢查，通常就能確定臨界讀數是需要停電還是需要再監測六個月。
「我們在全球範圍內測試了超過10,000公里的中壓電纜，遇到的空洞屈指可數。學術界人士喜歡研究關於空洞的理論，就像他們喜歡研究優美的數學公式一樣，但實際上，空洞出現的概率極低。在我參與的幾乎所有老舊電纜局部放電研究中，都發現電樹靠近水樹。」
— 資深電纜PD測試工程師，Eng-Tips從業者論壇
這種現場實際情況與電纜局部放電的常規說法相悖，因此在解讀電纜放電圖時應格外謹慎。如果您的放電圖顯示的是大範圍、不對稱的濕氣驅動樹狀放電，而不是狹窄的內部空隙特徵，那麼您幾乎可以肯定看到的是水樹狀放電向電樹狀放電的演變過程，而不是製造缺陷造成的空隙——此時，電纜的剩餘使用壽命是以天而不是年來計算的。
噪音辨別：誤報的首要來源
幹擾是導致局部放電誤判的最大單一因素。歐米克隆公司關於雜訊抑制的白皮書對3PARD原理的描述如下：「外部幹擾通常會主導局部放電訊號，因此，根據IEC 60270標準，測量系統指示的表觀電荷值會高於被測對象的實際表觀電荷值。」如果雜訊水平超過訊號水平，則測試測量的是雜訊，而不是局部放電。
由於誤報過多，工廠可能會付出高昂的代價。正如一位電氣工程師描述一個擁有30台類似設備的13.8千伏機組時所說：「大約50%的機組報告的電壓值高於供應商預設的警告點。」當誤報佔到一半時，操作人員就會忽略這些報告，導致下個月真正發生的警報被忽視。
你會遇到的噪音源
| 噪音源 | 典型的PRPD特徵 | 最佳鑑別器 |
|---|---|---|
| 電力系統電暈 | 脈衝集中在峰值電壓處；受濕度上升抑制 | 相位視窗門控；3PARD幾何濾波器 |
| 滑環或換向器火花 | 週期內隨機變化；受轉子速度調節 | 與軸轉速交叉相關；飛行時間分離 |
| 逆變器/變頻器開關 | 週期性6脈衝簇，相位位置固定 | 反相器附近耦合產生的通道門控 |
| 行動無線電/基地台射頻 | 與交流電週期無關的突發噪音；特定頻段 | 3FREQ / 3CFRD 頻率特徵濾波 |
| 靜電除塵器 | 高振幅脈衝，不規則放電 | 相位和振幅視窗門控 |
OMICRON 發布的兩種分析技術已成為噪音與 PD 分離的實際現場標準。 3PARD — 三相幅度關係圖 — 使用同步三相測量，並將所有脈衝投影到單一星形圖上，以便將真正的內部 PD（相位相關的）與雜訊（不相關的）明顯區分開來。 3FREQ也稱為 3CFRD，它將三個中心頻率不同的數位濾波器應用於單一通道，並根據每個脈衝的頻率特徵對其進行表徵，因此即使僅對一相進行測量，電暈、逆變器雜訊和真正的局部放電也能形成不同的簇。這兩種方法都將雜訊與局部放電的區分從啟發式方法轉變為圖形化決策。
在進行任何局部放電 (PD) 測試之前，應先建造一個參考波形，測試物件斷電，感測器安裝完畢，並保持環境安靜。此波形將作為雜訊參考－斷電狀態下存在的任何訊號均為雜訊；而僅在通電狀態下出現的訊號則為疑似局部放電訊號。
適用哪個標準？ IEC 60270、IEC 60034-27-2 還是 IEEE 1434？
PD驗收決策主要依據三份文件，而且正如其標題和生效日期所示，這三份文件幾乎沒有重疊之處。如果使用錯誤的文件，就會發現你把錯誤的離線驗收標準應用於線上數據，或者將旋轉馬達的結果與原本不適用於定子繞組的設備標準聯繫起來。
| 標準版 | 範圍 | 線上/離線 | 部隊 | 接納方法 |
|---|---|---|---|---|
| IEC 60270（2025 年最新版） | 高壓裝置上基於電荷的PD測量通常 | 主要為線下/工廠 | pC，電荷量根據參考脈衝進行校準 | 測試規範驅動；產品標準設定合格/不合格標準。 |
| IEC 60034-27-2 | 線上局部放電對旋轉馬達定子繞組絕緣的影響 | 在線，正常運行 | mV（寬頻）或 pC（在可進行校準的情況下） | 基於趨勢；與類似機器和先前測量結果進行比較 |
| IEEE 1434 (2014) | 交流馬達局部放電測量指南 | 線上線下指導 | 最常見的是毫伏 | 統計分析需要穩定的運作條件才能得出有效的趨勢。 |
以皮庫侖 (pC) 為單位報告在線定子局部放電意味著需要進行 IEC 60270 電荷校準，但這通常無法在完整的繞組上實現，因為定子的感性和容性負載會使校準脈衝失真。根據 CIGRE 2016 年 Iris Power 研究，在線定子脈衝幅度以毫伏 (mV) 而非皮庫侖 (pC) 為單位進行測量，「因為難以將其校準為 pC」。如果報告中在同一台馬達上混合使用了這兩種單位，則應謹慎對待這些數值。
單次PD閱讀的決策框架
大多數現場技術人員一次只能根據單一讀數做出反應，而且通常無法獲得數月的趨勢數據。以下「單次讀數四步驟快速判斷法」源自 Iris Power 的統計研究，並結合了 Eng-Tips 和類似論壇上從業人員二十多年來的共識。它不能取代趨勢分析；但在無法取得趨勢數據時，這是合理的因應措施。
- 按資產類別進行標準化。 將原始讀數轉換為與相同電壓、冷卻方式和感測器類型的資產類別資料集相關的百分位數。 Iris 資料集表明，在超過 200 個目視檢查案例中，高於第 90 個百分位數的讀數與已確認的絕緣劣化存在歷史相關性。
- 區分噪音。 重新進行測量，並啟用通道閘控、3PARD 或 3FREQ。如果濾波後的值下降超過 6 dB，則原始值至少有一半是雜訊。使用濾波後的值重新觸發閾值檢查。
- 將圖案分類。 將主要的PRPD特徵與上述4種模式檢查清單進行比對。內部空隙和表面PD特徵需要進行調查；單獨的電暈通常不足以構成調查理由。浮金屬模式需要停機檢修——因為它們發展迅速。
- 選擇操作。 若步驟 1 至 3 全部正常（低於 90% 分位數，無濾波雜訊下降，僅有電暈放電模式），則繼續進行正常監測。如果任何一項指標出現異常，則安排相應的後續措施：對電纜和套管進行 1.5 至 2.0 標么值的離線局部放電對比測試；在下次停機檢修時對定子進行目視檢查；對任何臨界開關設備在 30 天內進行加速復測。
關於工作電壓限制的說明：正如一位擁有10,000公里電纜測試經驗的Eng-Tips投稿人所指出的，「3%或更少的局部放電點會在工作電壓下顯現出來」——大多數電纜絕緣缺陷在標稱電壓下不會放電，因此僅靠在線測試會系統性地遺漏它們。如果漏檢缺陷的代價是停電，則應規劃在線上檢測之後，以1.5至2.0標廬值的電壓進行離線測量。配備合適的設備。 Demiks Power 高壓測試設備 該儀器系列同時具備線上和離線功能，使得數據可以直接比較。
2025年至2026年展望：人工智慧輔助的PD模式解讀
過去二十年來，PD（帕金森氏症）判讀領域最大的變化是基於影像的深度學習模式辨識技術的應用。一篇2025年的論文… MDPI應用科學 啟動了基於TEV的AI增強型監測，該監測使用卷積神經網路直接將PRPD圖作為影像處理，而不是提取特徵的向量。類似地，2025年索引為 PubMed中央 將 CNN 和循環網路架構應用於電力變壓器中的 PD 訊號分類，分類精度優於傳統的支援向量機基準。
對於資產所有者而言，2026 年有兩個關鍵事實至關重要。首先，新版 EN IEC 60270:2025 標準在中斷 25 年後更新了基於電荷的局部放電測量規範——如果您在 2026 年或之後對高壓設備進行工廠驗收測試，請參考 2025 版而非 2000 版。其次，人工智慧解讀目前只能作為有用的輔助意見，而不能完全取代經驗豐富的分析師；應將其視為一種篩選工具，用於標記需要人工審核的項目，而不是簡單的黑箱通過/失敗判定工具。
常見問題
Q：變壓器局部放電最常見的原因是什麼？
看答案
Q：中壓電纜中可接受的局部放電水平是多少？
看答案
Q：線上帕金森氏症測試與離線帕金森氏症測試有何不同？
看答案
Q：IEC 60270 標準具體規定了什麼？
看答案
Q：人工智慧能否準確解讀PRPD模式？
看答案
關於此分析
本指南總結了經同儕審查的CIGRE關於旋轉馬達現場局部放電（PD）結果解讀的研究報告、OMICRON關於噪音抑制和PRPD分析的技術白皮書、與PD測量相關的IEC 60270、IEC 60034-27-2和IEEE 1434標準，以及Eng-Tips電氣工程論壇上的專家討論論壇。它是一份實用的解讀指南，旨在幫助負責PD測試的工程師進行規範、運行或調試。 高壓測試儀器經 Demiks Power 工程團隊審核。
參考文獻和來源
- 馬達和發電機定子繞組線上局部放電測試結果解讀進展（Sedding、Stone、Warren） — 2016年國際大電網會議，巴黎
- 如何分析部分放電 — OMICRON electronics GmbH 技術白皮書
- 雜訊抑制和源分離技術（3PARD / 3FREQ） — OMICRON 電子有限公司
- IEC 60270:2025 — 高壓試驗技術 — 基於電荷的局部放電測量 — 國際電工委員會
- IEC 60034-27-2 — 旋轉馬達 — 定子繞組絕緣的線上局部放電測量 — 國際電工委員會
- IEEE 1434-2014 — 交流馬達局部放電測量指南 — 電機與電子工程師協會
- 基於人工智慧的局部放電分析在基於TEV的監測的應用 — MDPI應用科學出版社，2025年
- 基於深度學習的局部放電訊號辨識與分類研究 — PubMed Central PMC12633952，2025
