（杭州巨骐信息科技股份有限公司 浙江省杭州市 311411）
摘要：本文根据高频局部放电传感器关键传输特性参数的技术要求，探讨了相应传输特性参数下不同加工工艺对于传感器整体传输阻抗的影响。主要研究了外壳工艺、接线方式，积分电阻，绕组等对测试结果的影响，并总结出较为合理的搭配方式。
关键词：高频局部放电；传输特性参数；传输阻抗
Transmission impedance optimization for high-frequency partial discharge sensors
Rongxin Chen
（Hangzhou Juqi Information Technology Shares CO., LTD,Hangzhou311400,Zhejiang,China）
Abstract: According to the technical requirement of key transmission parameters of high frequency partial discharge sensors, this paper studies the effects of different processing techniques on the overall transmission impedance of the sensor. The effects of shell process, wiring, integral resistance, winding, etc. on the test results are mainly studied, and a more reasonable matching method is summarized.
Key words: high frequency partial discharge; transfer impedance
局部放电现象指在一定外施电压作用下，电气设备内部绝缘里面存在的弱点处或局部强场处发生的局部重复击穿和熄灭现象，单个放电能量很小，但长期运行下可导致整个绝缘被击穿，电气设备发生短路故障。根据局部放电产生的各种物理、化学现象，可以有很多测量局部放电的方法，包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法、声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。高频电流传感器采用脉冲电流法检测流过设备接地引下线或者其他地电位连接线上的高频脉冲电流信号，实现对电力设备的局放检测，进而掌握设备的绝缘状况。
在高压电缆中，导线和金属护套（铠装）屏蔽之间由绝缘材料隔开形成分布电容，该电容约几百pF，对高频信号形成通路。因此，高频的局部放电信号由分布电容对接地引线构成回路传输。当内部放电发生的瞬间，会产生一个高频的脉冲电流，高频脉冲电流通过线芯与金属护套（铠装）之间的分布电容，由高电位的线芯流到低电位的金属护套（铠装）上，并且通过电缆中间接头或者终端处的接地线进入大地。因此，中间接头或者终端处的接地线上安装一个高频电流互感器（HFCT），便可将高频脉冲局部放电电流耦合到HFCT中，通过HFCT与检测终端之间同轴射频线传入终端进行信号采集分析，如图所示。
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高频局部放传感器与一次设备没有直接的电气连接，不影响一次设备的运行，并且高频电流传感器安装简单、灵敏度高，因而被广泛应用于变压器、电缆等设备的现场局部放电检测。局部放电信号微弱，实现准确的脉冲电流检测的关键在于良好的高频局部放电传感器性能，而传输阻抗正是影响传感器性能的重要指标之一。
1.高频局部放电传感器传输阻抗测试方法
1.1传输阻抗
在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流I，如果信号的输出电平为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I。传输阻抗Z（f）当输入是正弦电流时，输出电压幅值和一恒定输入电流幅值的比，Z（f）是频率f的函数 。 该指标反映在工作频带内某固定频率输入信号下传感器的信号耦合能力。一般要求输入频率为10Mhz的正弦电流信号时、传感器的传输阻抗值大于5mV/mA 。
1.2测试原理
高频电流互感器（HCFT）卡在接地线上，检测其局部放电产生的脉冲电流型号，从而获得被检测的局放信息。而HFCT实质是一个带有环形慈心的宽带变压器，这种环形慈心可以自由开合，以被测导线作为母线（一次圈）从互感器铁心中间穿过，根据实际需要，固化一定数量的二次线圈在电流互感壳体中。使用时，以被测导线从当一匝的初级线圈，次级线圈则固化包含在电流探头壳体中，能获得以固定变比变换后的电流信号。这些信号或为工频，或者更高频率。
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1.3测试方法
采用信号发生器作为信号源输出激励信号，将穿过被测高频局部放电传感器的电缆线外层屏蔽壳剥离只留线芯，令其穿过传感器中心（为了便于操作可焊接2个BNC接头简化测试），在另一侧用一个三通串接50Ω匹配电阻，剩下一端接入示波器通道1，测量匹配电阻两端的电压值，示波器通道2则接入互感器的信号输出端。设置信号发生器输出100Hz-80MHz频率范围的正弦信号扫频测试，计算示波器测得的感应电压信号均方根值与换算所得的电流信号的比值，即可得到被测传感器的传输阻抗曲线。
2.高频局部放电传感器传输阻抗试验研究
2.1外壳工艺对测试结果的影响
外壳主要起屏蔽外来的电磁干扰的作用，必须具有一定的投入深度，可计算得到这一个厚度值，另一个重要因素在于外壳表面的阳极氧化处理。在互感器的生产过程中考虑到方便加工，减少加工步骤，一般外壳氧化、着色、电泳、固化便直接装配，这样的处理结果是互感器盖子和底壳仅靠固定的螺丝导通。在结构不做改变的情况下为了让互感器尽量连成一体，就必须将盖子和底壳接触面打磨处理，但必须保证两者之间的配合精度。外壳“一体”化和分成处理对于传感器的传输阻抗的影响测试结果如下图：
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由测试结果可以看出互感器传输阻抗在10M-40MHz区间存在着明显的变化，一般而言传感器的检测频道在3-30MHz范围内，在这一区间范围内传输阻抗曲线应当仅可能的做到平稳，因此建议外壳在装配时应当去除接触面的氧化层。
2.2接线方式对测试结果的影响
高频局部放电传感器因其采集的是高频信号，不同于工频信号，线匝绕制时必须均匀分布，尽可能的布置在半个磁芯上，且各焊接引线尽可能的短，包括积分电阻引线。传感器的信号输出端的同轴射频线同样要求短，以下是不同长度的射频线，品牌、材料、线径、频率（0-3G）在磁芯高灵敏度情况下做的对比结果：
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不难发现输出信号线长短对于互感器传输阻抗的影响非常大，0.15m为实验室测试用到的最短射频线长度，1m、2m为常用的测试射频线长度，短短的1m左右间隔对传输阻抗的影响居然如此巨大，可想而知现场环境下（公里级）传输阻抗会降至多低，对于判断局部放电肯定会有很大的影响。因此在实际的应用中必须要搭配合适的放大器使用，具体的带宽和放大倍数根据实际情况测算，本文不再做细致的探讨。
2.3积分电阻对测试结果的影响
积分电阻的大小影响到传感器的低频截止频率和传感器的灵敏度，一般情况下传感器输出信号要用射频线，要求匹配阻抗，因而一般积分电阻采用50Ω或者75Ω。对于局部放电传感器而如何提高增益和灵敏度是关键，而信号的失真问题并不是很重要，故积分电阻可以适当的增大。以下是针对这一情况做的对比测试结果：
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具体核算的积分电阻值大小还需要考虑局部放电监测主机的自身能力，工频电流、被测电流大小，以及选用的电阻功率大小等因素。
2.4绕组匝数对测试结果的影响
高频局部放电传感器的线圈匝数直接影响传输阻抗以及检测频带（上下限截至频率），本文测试了2—10匝绕组（取其中几个数据展示）情况下的传感器传输阻抗如下图：
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由上图可以看出10匝到5匝匝数范围内传感器的幅频特性曲线比较平稳，信号不失真，匝数越少幅频特性曲线的变化越明显，传输阻抗最大值越大，实际匝数的确定还需要综合上诉诸多的因素考虑。
结束语
本文所述高频局部放电传感器传输阻抗的研究也并不很全面，仍需要做更深入的测试分析，但目前文中所列几点测试内容也是基本的互感器优化测试内容，对于提高高频局部放电传感器的性能增益有很大的帮组，可供大家参考。除了传输阻抗外，检测频带、稳定性都是检验一个高频局部放电传感器的重要指标，需要我们不断地作对比测试并结合现场的实际情况选择合适的参数量来比匹配获取准确的局放信号。
参考文献
[1]局部放电测量[s]. 中华人民共和国国家标准GB/T 7354—2003/IEC 60270：2000.
[2]电力设备带电检测仪器技术规范 第5部分：高频法局部放电带电检测仪器技术规范 [S].国家电网公司企业标准Q/GDW 11304.5—2015.
作者简介
陈荣鑫（1989-），男，助理工程师，主要从事电力行业工作。