局部放電測試系統比較：選購合適局部放電設備的指南

在簽署採購訂單之前，每位變電站工程師、測試實驗室經理或OEM品質負責人都會問自己一個最簡單的實際問題：哪種方法、哪種感測器、哪種等級的設備、哪種標準最適合這個特定的資產？我們對四種測量方法、四種資產類別和三種級別的設備進行了局部放電測試對比，並提供了一份包含12個問題的買家核對清單以及一個查找表，幫助您將具體應用與最合適的系統類別進行匹配。

概覽－PD測試系統對比

如果您只有十秒鐘時間，下面的查詢可以將最常見的購買場景與相應的系統層級進行配對。本指南稍後將詳細介紹這些場景。

DEMIKS 提供適用於上述所有四種 PD 方法類別的高壓測試設備，從 IEC 60270 標準校準器到自動變電站 PD 測試系統。

局部放電測試詳解—它是什麼以及公用事業公司為何要進行這項測試

什麼是部分放電？

局部放電是一種小的局部介質擊穿，它僅部分跨越絕緣間隙，而非完整的電極間火花放電。根據IEC 60270:2015標準，局部放電以皮庫侖（pC）為單位測量表觀電荷，並且該標準規定了每台實驗室校準的測試分析儀所需的標準測試電路拓撲。局部放電通常出現在工作絕緣層內部的空隙、分層、金屬尖銳物體或污染物處，如下圖所示。

PD脈衝本身持續時間僅幾納秒。利用對3奈秒單極脈衝的傅立葉分析，其頻譜範圍從千赫茲延伸到約300兆赫茲，因此，對於相同的寬頻訊號，存在多種物理感測器系列。

電力公司進行局部放電 (PD) 測量的原因在於保險經濟效益。 PD 本身很少導致故障；它通常是熱機械老化、製造缺陷、污染或絕緣層在反覆加載循環下發生位移的徵兆。按月或按年追蹤 PD 速率可以及早預警介電性能的劣化，而傳統的高壓測試或絕緣電阻測試往往要等到故障發生時才能發現這些劣化。 PD ACI（平均注入電荷量）每 12 個月翻一番，實際上是資產快速老化的經驗法則。

所有這些實際背景都支撐著整個測量系統比較：每種技術、每個感測器、每個層級都在針對早期預警指示器的相同最終用途進行優化，測試條件或多或少有利——校準的實驗室驗收與嘈雜的在役測量、單一資產與多個資產。

局部放電測量方法比較－傳統方法、超高頻方法、高頻電流互感器方法和聲學方法

變電站和工廠應用主要採用四種局部放電 (PD) 感測器。它們各自使用不同的頻段，耦合不同類型的訊號，並提供校準後的電荷量或僅提供相對大小的電荷量。

傳統 IEC 60270—唯一經過校準的方法

只有常規測量方法才能提供電流-電荷轉換係數，使任何驗收標準都能以皮電容 (pC) 表示。在測試電路中，局部放電電流透過已知的耦合電容流入已知的測量阻抗；毫伏特響應隨後透過在被測物端子施加已知電荷的校準脈衝轉換為表觀電荷。只有這種方法能夠提供採購規範所需的數值。

超高頻（UHF）－線上監控的主力軍

超高頻 (UHF) 驗證的物理原理很簡單：當存在寬頻電雜訊時，雜訊功率與測量頻寬的平方根成正比，而局部放電 (PD) 訊號功率與頻寬呈線性關係，直到達到脈衝上升時間極限。最終結果是訊號雜訊比隨頻寬的平方根增加而提高，這就是為什麼在雜訊環境下，甚高頻 (VHF)/超高頻 (UHF) 方法（可用頻寬接近 100 MHz）的性能優於低頻 (LF) 方法的原因。但要注意的是：超高頻讀數無法校準到皮膚攝氏度 (pC)，必須與同一儀器的先前趨勢或同類儀器的資料庫進行基準測試。

HFCT－有線電視專家

高頻電流互感器夾在電纜屏蔽層、接地帶或變壓器中性點上。它們透過感應耦合接收數十兆赫茲範圍內的局部放電脈衝電流，是中壓電纜系統現場局部放電測試中的主要感測器，通常與甚低頻或阻尼交流激勵結合使用。

聲音發射－當您需要尋找放電現象時

聲學方法探測每次放電產生的機械壓力波。安裝在變壓器油箱壁上的多個壓電感測器透過三角定位法，將放電源的定位精度控制在幾公分以內。聲學方法並非主要探測手段，而是一種定位器；必須先透過電學方法確認是否有放電活動。

低頻和高頻局部放電測量有什麼不同？

低頻（低於 1 MHz）測量遵循 IEC 60270 標準，是獲得校準 pC 值的唯一途徑。高頻測量（3 MHz 至 3 GHz）遵循 IEC 62478:2016 標準，由於其在噪音較大的變電站環境中具有更高的信噪比，因此是在線監測的首選方法。但高頻測量結果無法直接校準為 pC 值；測量結果以 mV 或 dBm 為單位，並記錄相同感測器對的測量結果隨時間的變化趨勢。

“對線上局部放電測試結果進行校準是不切實際的。只有採用相同數據採集方法和噪聲分離技術獲得的結果才能進行比較。對完整繞組進行的局部放電測試充其量只能算是比較性的，絕對不是絕對的。”

線上與線下PD測試－何時使用哪種測試

線上和離線局部放電測試各自試圖解答關於同一絕緣材料的不同問題。然而，選擇其中一種測試方法而非另一種，很少是看哪種“更好”，而是取決於停電容忍度、資產關鍵性以及測試結果的用途。

線上局部放電測試和離線局部放電測試有什麼不同？

離線局部放電測試使用外部高壓電源對已斷電的帶電設備進行通電，然後按照實驗室標準的IEC 60270標準進行測量，得到以pC為單位的校準視在電荷量。離線測試具有現場特定性，無法在運作狀態下進行。它是工廠驗收測試和任何合約規定的局部放電限值的基礎。線上局部放電測試使用高壓高頻或超高頻感測器在運作條件下測量局部放電活動，該感測器可現場記錄脈衝序列，並排除變電站背景雜訊的影響。線上測試無法校準到pC，但它對於檢測僅在實際負載和熱應力下才會出現的缺陷至關重要，並能夠進行長期趨勢分析，從而實現預測性維護。

以下是一條實用規則：驗收時，使用離線 IEC 60270 測試一次，以驗證設備退役時的功耗是否低於合約規定的 pC 限值。之後，持續使用線上 VHF/UHF/HFCT 測試，對同一設備及其同類設備進行效能趨勢比較。

PD偵測系統層級－偵測器、分析儀、監測系統

設備供應商根據功能、成本和操作複雜性，將他們的 PD 產品分為三個大類；了解您在這個連續體上的位置可以幫助避免不必要的投資。

便攜式局部放電偵測器－現場篩檢

便攜式局部放電檢測設備在變電站對開關設備、變壓器油箱和電纜終端進行常規巡檢時，透過熱電偶電極片、超音波喇叭或高頻電流互感器鉗口採集局部放電訊號。其功能僅限於判斷是否需要深入分析。這些設備不提供校準後的pC值，也不適用於驗收測試。 DEMIKS公司銷售一款此類局部放電偵測器，用於現場開關設備間隔篩檢。

實驗室級局部放電分析儀－符合IEC 60270校準標準

實驗室級測試儀是每台變壓器、電纜和套管出廠驗收測試 (FAT) 中每天都會用到的儀器；它們包括一個已知值的耦合電容器、一個經過認證的脈衝產生器（通常為 1 pC、5 pC、50 pC 或 500 pC 電荷注入），以及一個符合 IEC 60270 頻率測量的阻抗。 DEMIKS自動局部放電測試系統屬於此類，可為 FAT 應用提供 pC 級校準。

線上連續監測系統—公用事業資產健康

永久監控系統使用安裝在資產上的專用超高頻天線、高頻電流互感器或耦合器，並將資料傳輸到控制點。演算法根據PRPD相位關係識別放電，並在超出設定閾值時通知使用者。這些方案通常涉及整個（多個）變電站，而不僅僅是單一資產。

跨資產類別的PD測試－變壓器、電纜、開關設備、旋轉機械

每種資產類別都有其自身的標準、最佳實踐和公認的PD讀數與品質關聯方法；因此，探頭的主要匹配特徵是資產類別，因為單一分析儀並不適用於所有四種應用。 2025年9月的數據顯示，對「變壓器局部放電測試」和「電纜局部放電測試」的搜尋量平均增加了約5到17倍，顯示電力公司設備的維護活動已從第二季至第三季過渡到第三季至第四季。

變壓器－IEEE C57.113 和聲學定位

IEEE C57.113-2010 是液態充壓式電力變壓器、配電變壓器和電抗器變壓器局部放電 (PD) 測量的建議標準。通常，離線工廠驗收使用符合 IEC 60270 標準的儀器進行；驗收結束後，買方合約中設定的限值通常比標準本身更為重要。公認的程序是將測得的視在電荷量保持在變壓器工作相電壓下的 pC 水平以下；具體數值由買賣雙方根據具體情況協商確定。同時，瞬態線上監測採用連接到變壓器中性點的高頻電流互感器 (HFCT) 和安裝在油箱壁上的聲發射感測器；在停電期間識別放電位置。變壓器測試設備的組合方案通常將局部放電測量儀器與損耗角正切值測試儀和匝比測試儀相結合，以提供完整的介電性能資訊。

電流互感器中的局部放電試驗是什麼？

電力變壓器常見的局部放電測試遵循IEC 60270標準，但在變壓器額定電壓下進行，即透過外部電源給變壓器供電，同時將二次側短路；耦合電容和測量阻抗用於測量由一次側絕緣空隙引起的視在電荷活動。該測試是電力變壓器常規製造商型式試驗和驗收試驗的一部分，通常在製造商的專用測試設施中，使用屏蔽試驗台進行。

電纜（中壓/高壓）— 符合 IEEE 400.3-2022 和 HFCT 標準

IEC 60270 方法同樣適用於電流互感器，只是測試電壓為互感器的額定電壓；互感器由外部電源供電，同時二次側短路，耦合電容和測量阻抗用於檢測由一次側絕緣空隙引起的所有相關視在電荷活動。該測試已成為儀表互感器驗收測試（包括型式試驗）的常規組成部分，測試本身由互感器製造商執行。

開關設備（GIS、中壓、高壓）— 超高頻和熱電聯產

IEEE 400.3-2022《屏蔽電力電纜系統現場局部放電測量與測試指南》詳細介紹了自2006年版本以來，針對擠壓電纜系統修訂的、更實用的測試規程和合格標準（考慮了接近100 pC的現有背景噪音）。激勵通常採用頻率為0.1 Hz的超低頻（VLF）交流電或阻尼交流電，局部放電脈衝透過纏繞在電纜屏蔽層上的高頻電流互感器（HFCT）或電纜終端處的電容分壓器耦合。 DEMIKS公司生產的超低頻高壓產生器用作激勵源。

旋轉機械（電動機、發電機）－IEEE 1434 與定子槽聯軸器

安裝在氣體絕緣開關設備 (GIS) 外殼內的超高頻 (UHF) 天線是目前主要的線上監測方法；由於外殼為金屬材質，波導效應能夠聚焦來自內部故障的超高頻波，從而提高訊號雜訊比。對於空氣絕緣中壓開關設備，更實用的線上解決方案是採用熱電偶 (TEV) 耦合和超音波檢測。開關設備測試設備通常將線上局部放電 (PD) 監控與斷路器定時和接觸電阻測量相結合。

針對旋轉電機，IEEE Std 1434-2014 標準與 IEC 60034-27 和 IEC 60034-27-2 標準並存。在 2017 年 IRMC 會議上收集的全球超過 20,000 個測試結果的統計數據顯示，在 13-15 kV、80 pF 的傳感器下，Qm 讀數的第 25、50、75 和 90 百分位數分別為 54、120、261 和 520。高於第 90 百分位數的線上讀數應被視為“警示信號”，需要進行後續調查。槽式耦合器、電容式端繞組感測器和安裝在中性線上的高頻電流互感器 (HFCT) 是最新驗證可用的方案，而甚高頻/超高頻 (VHF/UHF) 解決方案已廣泛應用於線上操作。

PD、Tan Delta 和 VLF——選擇正確的診斷方法

買家問我：我應該購買局部放電測試、損耗角正切測試還是超低頻耐受測試？答案幾乎不同——它們是不同的診斷方法，彼此互補，測試結果顯示的絕緣性能完全不同。

正切δ試驗和局部放電試驗有何不同？

介電損耗因子（也稱為介電耗散因子或介電損耗角，或正切值 d）是衡量電纜整體（或變壓器整個絕緣層）的介電損耗，反映了絕緣層內部的水分、異物、劣化和老化效應－即整體絕緣健康狀況。局部放電 (PD) 測試用於測量絕緣層內部或出口處的局部放電情況，例如空隙、污染點和缺陷。正切值過高但無局部放電的電纜可以進行局部放電瀏覽測試；而因水分導致正切值過高的電纜，其局部放電水平可能良好。大多數電力公司會在同一次甚低頻 (VLF) 勵磁過程中同時進行正切值和局部放電測試。 DEMIKS 儀器（包括變壓器以正切值測試器）可將正切值和局部放電測量整合在同一個機箱中。

VLF測試和tan delta測試有什麼區別？

甚低頻 (VLF) 並非測試設備，而是一種電源，可為診斷系統提供 1 至 300 秒的供電時間。操作員可使用甚低頻電源進行獨立的耐壓測試（線材合格/不合格）、串聯電阻測量或局部放電瀏覽測試。現代電纜測試台將這三種診斷功能整合到一個甚低頻電源上。

買家選購清單－購買前需考慮的12個關鍵問題

大多數現場應用都將清單中的第 1 項、第 2 項和第 3 項功能整合到一台儀器上。但是，在指定係統時，最好對照以下問題來驗證其規格。

• ✔1. 根據 IEC 60270 標準，儀器輸入端的校正靈敏度是多少 pC？ 實驗室級分析儀的精確度應達到 1 pC；可攜式偵測器只能給出相對 dB 或 pC 值。
• 2. 系統校準是否可追溯至國家標準？所需的校準頻率是多少？大多數規範要求每年透過 ISO/IEC-17025 認證的測試實驗室進行校準，並提出引用 NIST 或同等標準的校準報告。
• 3. 該系統是否符合 IEC 60270、IEC 62478、IEEE 1434、IEEE 400.3 或 IEEE C57.113 標準？將符合性與選定的測試資產類別進行配對。
• 4. 什麼是EMI噪音抑制技術？它如何應對變電所的EMI特徵？到達時間脈衝甄別、脈衝形狀門控和濾波頻域分析都是常用的方法；請索取一份已發表的、具有類似變電站EMI水平的噪音抑制方案。
• 5. 該軟體是否支援PRPD模式辨識和自動模式辨識？現代系統能夠自動辨識內部空隙、表面、電暈和電樹枝狀源。
• 6. 除了耦合電容器之外，該分析儀是否支援其他感測器？高頻電流互感器 (HFCT)、超高頻天線、電容式感測器和聲學感測器可拓寬現場應用範圍。
• 7. 供應商是否提供售後支援和培訓？ PD測量結果的解讀需要一個學習過程；首次實施時，由客戶主導的供應商訓練是正常的。
• 8. 供應商在產品生命週期內採用何種軟體更新策略來修補分析韌體？五到十年的設備壽命預計至少需要三個軟體版本更新周期。
• 9. 原始波形和PRPD資料能否以廠商無關格式（CSV、MATLAB、COMTRADE）匯出？如果分析儀或其磁碟老化，廠商鎖定格式會帶來風險。
• 10. 每台出貨的儀器是否會附帶校正證書，並註明所使用的校準器脈衝幅度？如果沒有證書，則不進行工廠驗收測試 (FAT)。
• 11. 保固期和平均校準間隔時間是多少？業界平均為 12 個月全面保修，外加 12 個月的校準間隔。
• 12. 供應商是否公佈了在與您的現場環境相似的運作條件下的雜訊基底、動態範圍和頻寬？數據手冊中實驗室理想條件下的規格參數通常無法直接應用於變電站的實際情況。請索取一份符合條件下的性能報告。

決策矩陣—將PD系統映射到您的應用程式

下表列出了最常見的變電站和OEM監控應用場景，並對應了相應的系統層級、主要測量方法、感測器系列和標準。您可以將其作為供應商報價請求的初步篩選依據。

PD 測試標準快速參考

採購合約、型式試驗規範和實驗室認證均引用同一份核心局部放電測量標準清單。請在向供應商詢價時將此表儲存好。

產業展望－2026 年及以後的 PD 檢測

到2026年，三大趨勢將改變局部放電測試領域：變壓器監測市場成長、人工智慧輔助的PRPD（脈衝響應局部放電）解讀以及電纜測試標準的更新。這三大趨勢都將影響採購團隊在未來兩到三年內如何規劃資本支出和技術人員培訓。

2025年變壓器監測系統市場規模為2.85億美元，預計2033年將顯著成長至5.12億美元。該行業在2025年至2026年間實現了接近兩位數的同比增長。 Fortumen Business Insights預測，2026年變壓器監測業務的財務價值將達到3.25億美元，高於2025年的2.97億美元。對於買家而言，這意味著供應商產品上市速度將暫時加快，二手儀器市場將更加活躍，並且在線監測解決方案在變電站升級改造項目中具有可持續性。

人工智慧增強型PRPD模式識別技術目前已達到大多數商用系統的現場應用標準：產業市場研究報告顯示，自動放電類型分類器在區分內部空隙、表面、電暈和電樹放電類型方面的準確率已超過95%，且誤報率顯著降低。學術界方面，Springer出版社2025年發表的一篇探討卷積神經網路局部放電檢測的文章，正是儀器端推斷技術未來發展的一個例證：即透過邊緣節點處理原始波形，而非依賴雲端上傳的摘要資料。

在標準方面，IEEE 400.3-2022 已經發布，其中包含了擠壓式中壓電纜系統的既定測試規程和合格標準，並與 2006 年的標準進行了比較；任何電力資產所有者在提交 2026 年電纜驗收規範時，都應該明確引用 2022 年版，而不是 2006 年電纜驗收規範時，都應該明確的標準儀版本，而不是 2006 年版本，而不是 2006 年都通過了標準儀分析。

常見問題