局部放电检测技术应用及发展方向|EVH2024新能源电驱动协同·融合·创新年会演讲

在开始之前，我会问大家一个问题，一些专家在产品生产过程中是否会遇到这种问题，我的传统电性能设备测试我的产品是合格的。但是，我的产品流出去一段时间之后，发现又因为绝缘问题烧毁了。相信现场肯定有相关专家是遇到过这种问题的。这个问题现在也有一定的解答了，实际上就是因为局部放电的现象导致。

主要的原因，局部放电很早就出现了，最早来自于咱们高铁牵引电机，后来延伸在特高压的变频器上，都已经出现了局部放电现象。随着400V平台到随着400V平台-800V平台的提升，整体平台的电压上以及驱动频率的上升，但是我们的绝缘技术并没有一个有效的提升，在400V平台的时候我们的绝缘体系实际上是有冗余的。

但是800V平台下，目前我们已知的绝缘技术并没有实现像400V那种冗余的机制，这就导致局部放电的现象，变成一个不可忽视的问题，进而衍生出我们需要对局部放电这种现象进行这样一种检测。

从而引出我们局部放电设备的由来。局部放电设备不同于传统的电信能设备，相信各位专家不论是个人还是组织对于传统的电性能设备耐压、绝缘、检测设备而言，大家都有自己的一套成熟的考核方案，一些电压测试，MCA中的一些方法，对电性能的测试设备都有一套成熟的方案。

但是对于局部放电设备，目前市面上主流的设备应该是以国外的设备为主，并没有一个详尽的资料展示给到大家，实际上大家在做局部放电设备的选型过程中，是面临着一些问题的。

大家看以下的问题是否在实际选择的过程中遇到过，首先目前的测试局放的原理有很多种，各说各画，我们应该选择哪一种原理，另外作为局部放电设备虽然价值量不高，但是作为一种出厂前的关键攻占，我怎么评估应用于我产品检测设备的优劣（性能）。

第三，不同的设备，以目前来看我有ABC三家，但是我们测出来的PDIV值、RPVA值都不太一样，我应该以谁为准，还有最后一个局放为什么不能像传统电性能一样做GR，他究竟是不是一个玄学问题。

所以，我们会对第一个问题进行解释，局放的测试原理，第一种是最先出现的一种方式叫电容耦合，他是一种直接的测试方式，它的测试原理当我的东西发生了局部放电，他会发生一个短时的电荷量的突变，电荷量的突变我通过设备内部给到串并联进一个比例电容，然后可以等效的耦合掉他东西内的一个放电量变化。

这样做的一个好处是什么？他是最直接的一个物理量测试，他可以直接测试你的东西内的变化，也是十分准确的。

但相应也有一个缺点，就是什么呢？我们实际生产应用过程中，我们的东西是会变成的，他的负载荣幸也是会变化的，这就导致如果在产线上使用，我测出来我的东西容性和我内部的耦合电容比例是随时发生变化的，导致我测试的值一直是不准的。

如果要保证准确性，每一款产品，我理论上都需要进行一个校准。所以说这种方法从仪器仪表的角度上来讲，他更适用于实验室使用，另外他还有一个问题，首先这种方案从原理图上来看，他实际上是直接串并联进入到我们的高压回路中，我们电机的产品实际上对于我们设备检测而言，实际上他的工况是不稳定的，他会发生击穿打火，短时的击穿打火带来的电荷量的突变，实际上是我们这种精确精密的检测电路是所不能承受的，所以用这种方法的设备，有一个通病就是特别容易坏，如果你不考虑他的使用环境，疯狂的就是没有任何顾虑进行大规模的一个样本的使用，他很容易坏掉的，所以这也是他一个比较严重的问题。

第二种方法是叫脉冲电流互感器法，他与电容耦合方式实际上都一样，他们都是来测试电荷量变化的，相对于第一种电容耦合式的，他的本质上是通过我在我的高压回路当中加上一个高频的电流互感器来采集我回路当中PD的信号量变化，这种方式实际上从仪器仪表的角度上来讲，他的上线受限于互感器的能力，互感器如果想要把我们想要的PD的局放的信号采集到，他需要一个很高的上限截止频率，意味着很高的截止频率会导致他的信号分离会更难一些，所以整体上来讲，他的时限难度也要偏高一些。

一般用这种方案的可能有部分专家的实验室里可能会碰到脉冲电流法的测试原理，他一般是需要建很大的屏蔽房，包括向下扎几十上百米的一个线，用来防屏蔽、防干扰。

这种方案对于绝缘等级的要求比较高，他也是这种高频电流互感器，其实本质上与电容耦合的自身耦合的电容方式都有一个容易被绝缘击穿的风险。

第三包括第四种实际上是叫电磁耦合式的方法，前两种方案，像包括电容耦合和脉冲交流我们一般在仪器仪表行业我们认为他是一种直接测量方案，而第三种电磁耦合我们又认为他是属于间接测量方案，因为他测试的并不是放电量变化的电荷量，他测试的是我局放产生的过程中，我电荷量发生变化，这个过程中我会对外放射电磁波信号，我会覆盖一个全频段的一个电磁波信号，基于这个频段的范围大家又会分出两种方式，一种是这种电磁耦合式叫UWB宽带的电磁耦合原理。

另外一种叫UHF是一个特高频率下窄带的测量原理。这两种方案的区别在哪儿？首先UWB可以从原理上看到，是通过原来使用电流互感器的方式，他改成了一个探测的太线，来探测你高压和回路之间的电磁波的一个强度，这种方案有什么问题呢？是在于他探测出来的电磁波除了包含你PD发射的电磁波外，还有你对视频施加激励的一个信号。

比如说我对我们的电机的相对相之间施加了一个脉冲信号，在这个施加过程中，除了会在受我激励之外产生对外的一个电磁波信号之外，由于会受到我的脉冲激励会受到一个脉冲激励干扰的信号，他也会被我的宽频带探头所采集到，所以仪器对我们而言这种融合了PD和我自身脉冲激励信号的这种混淆的信号，其实分离程度是比较难的。

所以从时间的成本上也比较高，他的灵敏性也会差很多，主要是在于我如果想要将我自身的激励信号与PD信号进行一个分离，我一定不可避免要进行一个很复杂的滤波设计，滤波设计会导致如果我滤的大一点，他会导致我测试的很平稳，我整体的值测试都取决于一个稳定的状态，但是他的灵敏度一定会下降，他会丢失一些性能。

但如果我滤的低，那我整体PD的变化就会波动很大，这是很难设计的一个情况。

所以，我们目前基于以上我们比较推荐UHF方法，为什么我们现在来看他是比较合适的呢？是因为他本身的频段大约是会在特高频一般会到300兆-3G赫兹之间，我们一般会取到上G赫兹1G、2G、3G这种频段上，这种频段上他有一个好处是我首先第一点冲击发生习发生出来的脉冲激励的影响是达不到这个频段的，所以我可以不用任何滤波器来屏蔽掉我自身冲击发生器带来的影响我只需要专心的采集我东西的PD信号就可以。

第二点，他的中心频率是很高的，频带又做的很窄，一般像我们的设备会做到1.6、1.8G，它的频段只有20兆左右，就是说我极窄的一个频带当中，很难有噪声落在上面，即使说落在上面我们也通过一些其他的手段去把有效信号剔除，从原理性上要强于UWB的方式。

当然他也有一个缺点，他的灵敏度程度会稍弱于电容耦合的，从原理上来讲。

所以，我们现在从我们做设备的角度来讲，采用UHM的方式，是比较适合于产线应用的。

第二点，我们作为关键设备，我这个设备的性能，应该怎么评估。不同于电性能里面，比如我很直观的电流有没有超上限，我的偏差多少，重合性多少，一致性多少。

PDLV本身就是一个浮动的，波动的，他本身的测试结果就无法用传统的方式去进行一个量化分析。

我们以我们刚才讲到的UHF模型做我们设备内部的一个拆解，一般采用UHF的设备一般包含两个部分：

第一个部分是叫机理缘部分，还有一部分是叫测试测量部分。

机理缘部分，实际上就是图上看到的冲击发生器方面，我们的测试测量实际上就是数据采集系统部分，对我们而言，我们大多数测试的产品是电机对我们的等效模型实际上就是RIC一个串并联的一个模型。

我的冲击发生器通过物理模型发射一个脉冲激励也好，或者是一个单体性的激励也好，我的被测体会对外辐射电磁波信号，通过我的天线被接收到，进而用我们特制的射频传感器接收，通过我们的信号转换模块，包括我们的调理放大模块，最后把信号实现了一个从模拟量到数字量的转化，进而呈现在我们的设备上。

首先我们展示一下物理模型，主要包含机理缘和测试测量部分，进而我们对于设备的评估，包括有两个部分，首先是对于机理缘的评估，目前设备机理缘评估有四个参数，就是电压幅值、频率你的联机，你的重复脉冲的间隔时间，还有就是你重复脉冲的上升时间，包括最后还有一个问题是你的能量。

以一个常规的三线电机为例，对于我们而言，他的等效模型大约是右侧（如图），如果说幅值和频率不展开细讲，主要讲上升时间与能力的问题。

上升时间，它的作用在于我大的DIBGT作用在相同的电感量上，他的电压加降是最大，越大的DIBGT他的电压压降越大，有助于检出我们同向的问题。

在实际的相对相的检测当中，同相性能检测是很难的，他的难度就在于如果你没有足够大的上升时间，他没有办法形成在同一个过程内形成比较大的差，进而你就无法通过电势差去检测出一些绝缘问题，所以这个参数是极为关键的。

还有一点是能量，能量这一点以ABC三点，假设我们以一个0.1焦耳的能量，对电机的产品进行一个施加脉冲激励，在A点处可能是一个3000V，但是到了B点处有的时候可能已经掉成2000V，C点处掉成了1000V，但如果我们将能量的1焦耳升到了10焦耳，它在电机的几个点处的电压变化就会提升，A点还是3000V因为他是你的初始电压，但是到B点的时候已经提升到了2000，大约是个2300、2400的样子，你的C点同样也会往上上升。

所以说，这个能量在电机的对于设备的性能评估里面也是一个很大的考量因素，它的直观表现在你的能量越高，可以理解为你测试的值更低，他是有这么一个表现现象的。

说完局部放电缘的性能我们再讲一下测试测量的部分，测试测量的部分实际上以我们目前对PD测试仪设计的了解，分为几个部分：一个是信噪比，采样速率还有存储深度。

信噪比说白了核心就在于我们以UE柴或者窄带方式来讲，所以他的中心频率是拉到了上G赫兹，带宽也就是二三十兆，但是，就是会有一部分信号落在这个频段上，这个频段落在这里会和你的PD信号混在一起，你如何把PD信号从中剔除出来，这个就是评估到设备、设计主要的一个指标。

这是他一个信噪比，你如果把PD给他踢出来，另一个采样速率右侧（如图）是我们实际测试到的一个P的样子，是一个脉冲，在30-50兆左右，如果我要采集这样的一个局放信号，我的采样频率至少100兆赫兹以上。

第三，存储深度它关联到一个问题，其实他是与前两点是有关联的，如果我想要把我的有效信号去进行一个分叠，去提取，那么我存储足够的点数，才能够将信号进行一个筛选，一个是保证我不漏点，另一个保证是我的噪声和信号处理算法的时候数据量是不够的。

我们在这里讲一下我们艾诺仪器，我们艾诺仪器在电磁领域领域做了30多年，1993年开始以单表的形式已经面世了。

目前，我们基于局放测试仪的要求，已经推出了完全具有自主产权的MPD型号的测试仪，能够解决目前大部分的PD需求。

图式是我们现在的一个实际展示，里面上基本包含市面上所有的测试参数，包括测试结果的展示，还有一些波形图的分析，他的优势在于不同于国外软件的一些不可定制一些交互上的不方便，国内在这方面往往一般都做得比较好，我们对于客户软件上的交互，一般提供的支持也比较大。

另外这是软件上的情况。

我们会在下一步讲一下我们的优势点在哪里，优势点一我们的波形还是一个单极性的脉冲激励，但是目前我们的电压可以做到6000V，基本上已经能够满足主线电机大部分的使用范围，在PD检测上。

频率上可以做到20毫秒一个连接的间隔，生成时间上最快空载下我们能做到0.1微秒，为什么提倡空载，如果在带载的情况下，实际上因为各自的产品的负载能力是不同的，这一点是我们不受控的，目前这点是以空载为准的。

能量上长配的是0.275焦，但是刚才讲能量的因素量是很大的，所以我们最大可以支持到三角，采用频率目前是125兆，存储深度能够达到1G。

另外关于我们自研的一个局放信号的降噪筛选技术，这个技术实际上就是解决我刚才讲，我一旦有信号落在我中心频率的带宽内，我如何去剔除他，简单的讲一下，实际上就是一串杂波中，我能最终提取到一个有效的PD值。

光是这一套降噪筛选技术，他软硬件实际上是配套起来的，我们光这一套地方都有发明专利，是完全的自主知识产权在这个地方。

讲一下，由于上升时间方面，也是我们目前未来的一个发展趋势，首先第一点是电压范围，电压范围6000V是我们现在的一个产品水平，未来我们还有10千V，20千V的一个产品规划，10千V正在开发过程当中，20千V也是未来的一个远景开发，因为我们的8000V平台未来可能要上升到1200甚至更高这是我们的一个储备。

上升时间目前是0.1微秒，但是也得益于我们碳化硅的发展，所以我们在这块的技术也有所突破，未来可能会做得更快，目前也是有一定的技术成果在里面。

采用频率我们也在更高的像200兆、500兆的方向去发展。包括存储深度新的型号上可能会有2G、4G他代表我们处理的数据量更大，细节更丰富。

以上是我们第二点问题。

因为时间关系，三四点我不做详细的展示，后面有需要可以加我们的技术交流微信，后面会跟我们的技术直接进行对接。

我们这里实际上是欢迎各个主机厂跟我们一起来做一个绝缘体系上的一个共同的研究，作为一个仪器仪表厂商来说，我们不参与电机的制造，生产，所以单从我们的仪器设计角度来做一个关键工位的技术研究是不对的，实际上我们也需要大家来协助我们，来共同构建一个绝缘体系，谢谢大家！

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