PD測試系統過於複雜：常見問題及專家解決方案

局部放電測試常被詬病過於複雜－電路元件過多，雜訊過大，甚至經驗豐富的工程師也難以理解測試結果。但問題不在於局部放電測試本身，而是它所面臨的四個障礙。一旦了解這些障礙，便能找到簡單的解決方案。本文將逐一進行技術描述，並闡述現代科技如何解決這些障礙。 高壓測試設備 從獨立式到整合式局部放電測試系統，消除了所有障礙。

局部放電究竟是什​​麼？ ——以及為什麼它比其他絕緣測試都更難測量？

局部放電局部放電（PD）是指高壓設備中電介質的局部擊穿。導體間的擊穿根據定義涉及整個間隙，因此並非局部擊穿。在典型的電力傳輸設備中，例如高壓電纜和大型電力變壓器，這些擊穿是局部的：發生在空隙、裂縫、表面污染、未正確端接的電纜附件以及過濕處。這些絕緣缺陷會導致高場應力集中的微孔，從而破壞該點的絕緣強度，並產生遠低於電纜或變壓器額定電壓的不敏感閾值電壓。每次局部放電持續時間僅為納秒級，並在每個偶極子中產生一個電荷脈衝，即“視在電荷”，單位為皮庫侖（pC），這是一個經典的國際單位制單位。隨著時間的推移，重複的局部放電活動會透過微放電事件產生的熱量、化學反應和紫外線輻射的共同作用，對結構絕緣層造成損壞，最終導致在額定電壓或更低電壓下完全擊穿。

一旦新的電源線安裝完成或新的變壓器通電，局部放電測量即可開始。為什麼呢？因為它是在遠大於該值的背景電噪聲環境下，測量局部絕緣單元內極其微小的電荷差異。這就要求測量電路的組裝必須可靠，測試設備必須經過校準，測量電路必須免受外部電磁訊號的干擾，並且訊號鑑別電路必須設計有足夠多的窄帶通濾波器，以便盡可能地將微小的局部放電事件與較大的背景電噪聲區分開來。

想更深入地了解這一切對你意味著什麼嗎？ 請查看我們對局部放電測試的定義和工作原理的解釋。

局部放電測試裝置中影響複雜性的 4 個真正因素

要可靠地進行局部放電測試，必須克服四個障礙：電路配置、校準、雜訊和結果解讀。每個障礙都帶來了不同類型的複雜性，但也都有簡單的解決方案。

驅動程式 1：電路組裝－四種配置，多種出錯方式

IEC 60270:2005 定義了四種使用 PDer 測量系統的標準電路配置。電路 1 將測量阻抗 Z_m 與連接到被測物件接地端的耦合電容 C_k 串聯－這是大多數電纜和變壓器類型測試的標準電路。電路 2 將 Z_m 與被測物件串聯。電路 3 使用平衡電路，旨在消除乾擾。電路 4，即電源變壓器選項，利用電源變壓器套管抽頭作為耦合電容，完全無需使用 C_k（IEC 60270:2005，第 7.2 頁）。

如果被測設備使用了錯誤的電路結構，則會導致測量靈敏度過低（耦合電容的位置無法有效截獲來自局部放電源的電荷脈衝），或高壓電源的諧波幹擾過大。耦合電容的值必須與被測設備的電容相匹配，因為在電源線終端測試中，耦合電容的適用範圍為 1–10 nF（Leitch 等，2022）。如果電容值偏差超過一個數量級，則測量靈敏度會顯著降低。

驅動程式 2：校準要求－強制性、精確性強，但經常被忽略

IEC 60270:2005 要求在進行任何測量之前，必須對整個測量電路進行校準。電源必須能夠在被測對象的高壓端（而非測量儀器本身）注入已知的表觀電荷（通常為 100 pC 或 1,000 pC）。然後，利用 Z_m 處觀察到的已知電荷的影響來校準測量組件的傳遞函數，從而將電壓轉換為已知的 pC 值（Leitch 等，2022）。

電源線局部放電校准通常採用 1 納庫侖 (nC) 的表觀電荷注入，並設定不同的測量頻寬。長電纜會比短電纜更嚴重衰減高頻電荷脈衝，導致任何局部放電電源的高頻衰減更為顯著，因此需要耗費大量時間根據每條待測電纜的實際電長度調整測量頻寬。

驅動因素 3：雜訊幹擾－當背景雜訊淹沒訊號時

實驗室局部放電測量可以成功測量 1 pC 的放電。但在現場，背景噪音水準通常相當於 100–500 pC，這意味著如果沒有有效的噪音抑制措施，就無法偵測到微弱的放電源。現場測量雜訊源包括：50/60 Hz 工頻及其諧波、其他帶電導體的電暈放電、射頻幹擾和開關瞬態。

最令人頭痛的噪音源之一是浮動金屬放電，即工具、硬體或未接地的異物金屬放置在測試裝置附近時，會產生穩定的放電模式，這種模式與施加的電壓無關。 ACEEE 記錄的現場經驗顯示… NETA世界期刊（2020）這表明，浮金屬放電「會產生強烈的訊號，這種訊號往往會掩蓋更具破壞性的放電類型」。如果未對資產上的浮金屬放電進行檢查和處理，則可能阻礙對錶面或空隙導電等更確定存在的缺陷原因的早期預警。

部分放電測試有哪些問題？

局部放電測試的四大常見技術障礙是：1）設置複雜，涉及多個精密組件，必須根據具體設備類型進行配置；2）校準靈敏度高，需要仔細進行預測試電荷注入以確保精度；3）噪聲，噪聲會主導測試數據並掩蓋真實的局部放電信號；4）結果解讀，依賴於行業專家識別相位的局部設備值的局部放電模式，並將其特定設備的初始放電模式相關。人們常說局部放電測試“困難”，指的是結果解讀方面的挑戰：沒有更好的設備可以解決這個問題，因為這個問題無法透過更好的設備來解決。真正的障礙在於培養或自動化所需的專業知識。

駕駛 4：結果解讀－障礙物未提及設備手冊

最晦澀的技術因素是，PD測試結果通常並非以一套標準的合格/不合格標準來表示。根據… NETA世界期刊（2025年2月）電纜現場局部放電測試的主要行業標準IEEE Std. 400.3並未對電荷量設定明確的合格/不合格標準；夏季40℃下某電纜的合格讀數，在冬季22℃下，可能預示著同一電纜的絕緣層已發生災難性擊穿。環境溫度和負載電流等顯而易見的因素會改變容器的局部放電量，而與容器的實際狀態無關，因此趨勢追蹤比單次測量更為可靠。識別相對於正常值的變化，並比較在相同條件下進行的多次測量，是評估局部放電風險的唯一可靠方法。

線上與離線局部放電測試－哪種方法會增加設定複雜性？

透過選擇合適的測試設備，可以縮小線上或離線局部放電測試在整體複雜度上的差異。最大的區別在於，線上監測是在帶電狀態下進行的，其測試靈敏度較低，雜訊較大；而離線測試則需要將設備斷開連接，並提高測試電壓以提高靈敏度，但可能會導致計劃內停機和系統中斷。

這些測試有一個顯著的限制：在 0.1Hz 的頻率下，極性反轉的完整週期需要 10 秒。由於局部放電 (PD) 活動取決於交流應力週期的數量，與工頻測試相比，這會大幅減少在相同時間內偵測到的 PD 事件數量。基本上，PD 在相位分辨 PD 圖中出現的頻率非常低，使其在統計上與背景雜訊無法區分，而這正是戶外開關站現場技術人員在嘈雜的戶外開關站中希望看到的。 20-500Hz 的阻尼交流 (DAC) 測試透過更快地反轉週期直接解決了這個問題，從而在每個測量視窗中產生更多的 PD 事件，但代價是增加了設備重量。

線上PD測試與線下測試一樣準確嗎？

並非以絕對靈敏度來衡量－但精確度並非唯一重要的指標。離線式IEC 60270電化學測試在受控條件下可達到1-10 pC的最小可偵測電荷量。在線式UHF和HFCT方法通常可偵測到100 pC以上的電荷量，且易受運行雜訊的影響。然而，線上監測能夠提供離線測試無法提供的資訊：連續的趨勢數據。一個PD系統如果今天檢測到500 pC，三個月後檢測到2,000 pC，那麼它所反映的情況比單次250 pC的離線讀數（沒有基線比較）更具緊迫性。對於那些趨勢比單次測量結果更重要的設備——例如長期運行的電纜迴路、持續負載的變壓器——在線監測較低的絕對靈敏度是可以接受的，因為它可以提供連續的可見性。對於新安裝的驗收測試，如果需要符合IEC 60270電化學測試標準，則離線式測試才是正確的選擇。

假設您對便攜式離線測試感興趣：請查看我們的系列產品。 線上局部放電測試設備 以及 甚低頻測試產生器 用於電纜離線測試應用。

您的特定資產實際上需要什麼—電纜、變壓器和開關設備

PD測試之所以令許多人感到困惑，主要原因在於其設定要求確實因設備而異。適用於33kV電纜的設定並不適用於220kV GIS開關櫃－連接方式、測試電壓類型和PDIV警報閾值均因設備類別而異。下表列出了各類設備及其連接方式、測試電壓類型、適用標準和PDIV警報閾值。

如果您處理的是中壓電纜，故障資料清楚地表明，對終端進行局部放電 (PD) 測試是絕對必要的。根據 IEEE 金皮書表 36，電纜與終端之間的接頭和附件造成的故障幾乎佔中壓電纜故障總數的 60%，而不是電纜本體本身。損壞的終端往往有製程缺陷：例如，半導體層有缺口或傾斜、應力錐區域存在未填充的空隙、缺少密封膠等等。電纜終端處出現的空隙所承受的電場應力大約是主絕緣層的 2.3 倍（這是由於交聯聚乙烯 (XLPE) 與空氣的介電常數差異造成的），介電強度幾乎是主絕緣層的 10 倍，因此，該空隙處極有可能在電纜額定電壓或更低電壓下瞬間發生局部放電。您唯一能夠發現這些問題的方法是安裝… 局部放電探測器 每個電纜終端處。

這裡有個錯誤的假設：新電纜也不安全。由於製造缺陷或拉拔和連接過程中的損壞，新的配件也可能存在局部放電易發點，因此驗收測試必須與定期測試一樣徹底。

噪音幹擾：現代設施局部放電測試失敗的真正原因

令人費解的是，儘管很少有設備指南會承認，但更現代化的測試和生產設施反而使執行定義驗證PD測試變得更加困難。我們稱之為“噪音複雜性悖論”，因為在更現代化、更自動化的生產設施上執行可靠的定義驗證測試變得越來越困難。

正如日置馬達關於電動汽車馬達生產線的報告所示，將多個高壓測試整合到同一個自動化測試台上（這是業內眾所周知的提高效率的伎倆）需要額外的測試線、額外的開關硬體和額外的逆變器驅動器，而每個獨立的設備都可能在用於局部放電測量的頻帶範圍內產生大量的電磁輻射。工廠車間越乾淨，電子基礎設施越複雜，引入的背景電磁雜訊就越大。

這種現像在GIS變電站中已有記錄。如CIGRE技術手冊WG D1.37所示，在新建的、儀表齊全的GIS變電站的交流和直流通電過程中，單一外部EMI源會導致UHF局部放電監測器產生錯誤的局部放電觸發訊號。這是因為該變電站的儀表設備密集，包括數位保護繼電器、通訊系統和自動化設備，它們的工作頻率與UHF局部放電頻段重疊。

三種行之有效的策略可以解決PD測試環境中的雜訊問題：

• 帶通濾波器：將測量頻寬限制在 100-400 kHz（而非 IEC 60270 標準規定的 1 MHz 最大值），濾除低頻端的 50/60 Hz 基波和諧波以及高頻端高於 400 kHz 的逆變器開關雜訊。在典型的工業環境中，此濾波器視窗可將雜訊基底降低 20-30 dB，相當於雜訊幹擾測量結果與純淨局部放電訊號之間相差 1000-10000 倍。
• 高頻電流互感器 (HFCT) 偵測－HFCT 鉗形感測器並非偵測局部放電 (PD) 產生的電磁場（基於天線的偵測方式），而是直接偵測接地導體上的局部放電電流脈衝。由於電場偵測是基於輻射捕獲，因此在可能遇到射頻電磁幹擾 (EMI) 的雜訊環境中，電場感測器的使用較為脆弱。在現代馬達生產線上，由於 EMI 的存在使得天線檢測難以實施，因此使用 HFCT 感測器直接檢測接地導體上的接地電流是最佳實踐。請參閱我們的指南。 適用於噪音環境的PD分析儀的關鍵特性.
• 相位分辨局部放電分析 (PRPD)：透過將每個局部放電脈衝顯示為交流週期內相位角的函數，可以利用各個局部放電脈衝相位角向量的相似性或「聚集」來區分真正的隨機雜訊源和真實放電。電洞放電事件往往出現在交流週期的 0-90° 和 180-270° 範圍內（場強急劇上升和下降）。許多假雜訊源（例如電晶體開關瞬態、無線電訊號衰減幹擾）出現在所有相位角，因此分散在整個 360° PRPD 圖上。 PRPD 軟體濾波選擇忽略相位隨機事件，通常可以將有效訊號雜訊比從 0.1x – 0.8x 提升至約 3x – 10x，從而揭示原本不可見的細微局部放電特性等。

一位在中歐某電動汽車電機製造廠工作的電能品質工程師，將原有的單電機順序測試站升級為可同時測試8台電機的多路復用測試站——這一基本的效率提升使測試週期縮短了62%。升級完成後兩週內，局部放電偵測器報告所有馬達的放電量均超過了500 pC的驗收限值。經調查發現，多工器龐大電路陣列的複雜開關電路在每次訪問不同的馬達通道時，都會注入一個2 MHz的脈衝訊號－該訊號跨越了局部放電測量頻寬。將傳統的基於電磁幹擾（EMI）的偵測器更換為具有150至400 kHz帶通濾波器的HFCT箝位系統後，測得的局部放電雜訊基底從約800 pC降低到12 pC，比驗收限值低一個數量級。此次升級的成本甚至低於單次感應馬達故障調查的費用。

自動化PD測試系統如何一次解決所有4個複雜性驅動因素

上述四個複雜因素—電路組裝、校準、雜訊幹擾和結果解讀—均可採用特定的技術和流程單獨解決。對於僅針對單一資產類型進行每月一次的局部放電測試的設施，即使不採用自動化也能成功運作；但使用自動化局部放電測試系統可以有效解決所有四個導致人為效率低下和完整性受損的特殊情況。

自動PD測試系統包含哪些設備？

一個完全整合的 自動局部放電試驗系統 系統通常包含：預接線模組化耦合電容器連接，方便快速連接設備；整合式校準器，具有韌體控制的校準序列；數位帶通濾波器，具有可配置的視窗選擇（通常為 100-400kHz 或 400kHz-1MHz）；HFCT 感測器通道，用於同時進行多次高頻測量；PRPDPD；引擎，具有模式分類和噪音抑制功能；多通道復用器，無需更改線路即可同時監控多個設備或多個相位；以及以標準格式產生結構化的測試報告。適用於生產測試應用，例如電機製造生產線末端測試和變壓器工廠驗收測試。該系統透過數位介面連接到工廠的測試管理軟體，無需紙本圖表，也無需手動重新輸入資料。

若要確定適合您應用程式的理想配置，請參閱我們的指南。 選擇合適的局部放電測試設備.

如何正確解讀您的PD結果—PDIV/PDEV實用指南

“儘管有大量資訊可供查閱和研究，但離線PD測量的應用仍被廣泛誤解，這主要是因為存在多種執行這些測量的方法以及正確分析結果所需的技能。”

— Yash Godhwani，Megger 應用工程師。 NETA世界期刊，2025年2月.

Godhwani 的論述同樣適用於所有資產類型。電路組裝和校準完成後，測量本身會產生數值和 PRPD（部分放電機率）。大多數解讀錯誤都源自於對這些數值在維繫決策中實際意義的理解不足。以下三步驟框架提供了一種流程導向的方法，適用於電纜、變壓器和開關設備，無需多年的局部放電模式知識。探索完整的產品組合 局部放電測試系統 將這些分析步驟嵌入到報告輸出中。

步驟 1 – 確定局部放電起始電壓 (PDIV) 的位置。 PDIV 是局部放電起始電壓，是指在雜訊基底之上觀察到局部放電活動的最低施加電壓。對於依照 IEEE Std. 400.3-2022 標準測試的中壓電纜，電壓斜坡從 0.5 U 開始，以 0.1-0.2 U 的步長遞增。如果局部放電在 U 或更低電壓下發生，則應立即採取糾正措施－電纜在正常使用條件下發生放電。如果局部放電在 1.1-1.2 U 電壓下發生，則電纜可以繼續使用，但應安排在 12 個月內重新測試，並確定是否需要更換。如果直到 1.5 U 以上電壓才出現局部放電，則對於老化電纜而言，這是一個可接受的結果，但為了進行基線比較，在一致的條件下重複測試可能更為謹慎。

步驟 2 – 對比 PDEV 和 PDIV。 PDEV，即局部放電熄滅電壓，是指電壓降低且局部放電電壓低於雜訊基底時所產生的電壓。如果 PDIV 和 PDEV 之間存在較大差距（PDEV 遠低於 PDIV），則表示存在自熄滅型局部放電缺陷，一旦電壓降至工作電壓以下，該缺陷就會停止產生活動。如果兩者差距較小（PDEV 僅略低於 PDIV），則表示存在非熄滅型局部放電缺陷，該缺陷的電壓接近或達到設備運作所需的電壓等級。

步驟 3：解讀 PRPD 圖。相位分辨的 PD 圖揭示了放電的物理機制，這不僅顯示了放電的緊迫程度，也指明了應採取的維護措施。

關於門檻的一些重要說明：正如「複雜性驅動因素 4」中所述，IEEE Std. 400.3 標準並未對現場電纜局部放電測試的絕對 pC 驗收標準做出規定。上述測試使用相對於 U 的 rel2pdiv（與設備無關且無量綱）作為主要決策觸發因素，而非任何特定的 pC 讀數。我們刻意使用相對於 U 的方法：這種與設備無關的方法受濕度、時間和溫度等 THAT 變數的影響要小得多——這些變數會使絕對 pC 讀數產生偏差，並導致結果難以比較。

PD測試的未來：為什麼「過於複雜」正在過時[2025-2026]

三大驅動趨勢正在匯聚，使我們在本指南中重點介紹的四個複雜性障礙——從重大障礙變為基本可控或完全消除（在某些情況下）。

IEC 60270:2025 第 4 版是 25 年來最大的局部放電 (PD) 標準更新。此版本將於 2025 年發布，明確規定基於電荷的局部放電測量以及超高頻 (UHF) 和聲學測試均應遵循同期發布的 IEC TS 62478 標準。對於設備採購者而言，這意味著新一代局部放電測試系統將同時符合這兩個標準，從而形成一份先前缺少的全新、清晰的設備規格清單。在 2026 年或之後審查任何局部放電測試系統時，請務必在設備文件中要求明確確認其符合 IEC 60270:2025 第 4 版標準。

基礎設施的日益老化使得基於狀態的局部放電（PD）監測方案成為產業發展的分水嶺，該方案旨在落實預防性維護。南丹麥大學發布的感測器數據（MDPI，2025）顯示，丹麥在20世紀60年代和70年代使用的約10,000至12,000公里北歐鉛鎧裝10/20KV電纜（設計使用壽命為30至3 5年）的狀況顯示…所有基於使用年限的更換策略都難以達到最佳效果，而透過局部放電檢測進行電纜狀態監測是目前業界唯一經濟且技術上可行的解決方案，這也推動了對局部放電檢測的持續需求。

線上監測正在取代線下週期性測試。多項權威的行業市場預測顯示，到2030年，局部放電（PD）監測解決方案市場將以5%至11%的複合年增長率增長，其中在線變壓器和電纜監測領域被認為是增長最快的領域。 DEMIKS市場調查顯示，2025年5月至10月期間，用戶對線上局部放電測試的搜尋意願增加了81%。這與我們觀察到的行業趨勢相符，即從每1-3年一次的線下週期性測試轉向精心策劃的線上視覺化方案。這種轉變與複雜性的降低直接相關：在線連續局部放電監測意味著只需一次性進行主要設置，而無需像以往那樣，每個運行小時都進行重複的設置。如需了解局部放電測試如何支援基於狀態的維護計劃，請參閱我們的專門技術指南。 預防性維護計畫的PD測試.

2026 年行動建議：如果貴公司計劃在今年或明年採購局部放電 (PD) 測試系統，我們建議重點關注以下三個關鍵功能：(1) 符合 IEC 60270:2025 第 4 版標準的數位化校準；(2) 具備自動雜訊抑制功能的 PRPD 模式識別工具；(3) 相容性可整合到線上機械健康監測程序中的永久通道相容性程序。這三個功能共同應對所有四個複雜性障礙，並有助於了解未來標準採購的要求。

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