变压器局放检测的传感器布置：HFCT 与电容耦合的取舍

一、变压器局放为何特意在意传感器布置

变压器内部绝缘结构多、放电位置分散，局放传感器往哪放，直接决定能不能看见放电、看见的是哪一处。电缆局放把线圈卡在接地线上，一根线从头到尾信号相对集中。开关柜局放把传感器贴在壳体上，对象单一。变压器不同，绕组、分接开关、套管、铁芯、夹件各有独立绝缘，放电可能发生在任一处，信号经油、纸、金属箱体多重耦合后才到达传感器，布置稍偏会漏看一路。

变压器里的放电点在空间上分散且类型不一。绕组内部有匝间、层间、饼间绝缘，分接开关有过渡触头，套管内部有电容芯子，铁芯可能因多点接地产生环流放电，夹件与绕组间、引线接头处也可能出现悬浮电位放电。每一类放电产生的脉冲，经过各自路径耦合到油箱、接地系统、套管端子，到达传感器的强度和相位都不一样。这意味着同一个传感器放在不同接地点，看到的放电谱图差异很大，布置便是决定你对着哪一类缺陷开窗。

把传感器布置当作测量方法的一部分，而不是接上线便算完事，是变压器局放和电缆、开关柜大为不同的地方。GB/T 7354-2018《高电压试验技术 局部放电测量》把局部放电定义为视在电荷的测量，但它不规定传感器装在哪，装法由被试对象决定。变压器这种多端口、多绝缘结构的设备，装法本身便要设计。现场常见的问题是：传感器只卡了油箱接地线，绕组内部放电被地网衰减吃掉。或者只接了一只套管末屏，另一侧绕组的放电根本没通道进仪器。布置没设计好，后面校准再准也救不回漏看的信号。

布置错了代价是实在的。漏掉一类放电通道，早期微弱放电便一直躺在噪声里，等到发展成明显缺陷、甚至击穿，才在别的项目里暴露，那时检修代价和停电范围都大得多。所以布置设计不是锦上添花，是数据可信的前提。

变压器局放测量的电源也和布置绑在一起。变压器局放试验挂在带有局部放电测量的感应电压试验里做，标准 GB/T 1094.3-2017《电力变压器 绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》把这道试验的加压程序写得清楚：先在低电压测背景，再逐级升到测量电压并保持，期间记录局放。传感器要在低电压背景阶段先接好，否则背景基线没采到，后面读数分不清是缺陷还是环境。这也说明布置要先于加压，不是加压中临时加探头。

二、两条主流路径：HFCT 卡接地线同电容耦合接套管

变压器局放现场常用的两类传感器，一条走电流路径，一条走电压路径。走电流的叫高频电流传感器，英文缩写为 HFCT，它是一只宽频电流线圈，直接卡在变压器的接地引下线上，靠线圈拾取放电脉冲在接地回路里流过的电流。这种线圈本身是一只罗氏线圈，输出正比于电流对时间的导数，对纳秒级的局放脉冲响应很快。走电压的叫电容耦合传感器，它利用套管自身的电容分压抽头，或者外接一只耦合电容，把绕组端的高频电压信号引到检测阻抗上。这两类路径对应的是局部放电在变压器里两种可测的物理量：接地回路里的脉冲电流，以及绕组端子上随放电跳变的高频电压。

套管末屏之所以能当耦合点，是因为套管内部电容芯子本身是一只分压器，末屏是分压器的低点抽头，绕组上的高频放电电压按电容比落到末屏，连接检测阻抗便把这部分电压取出。等于借了套管自身的结构做传感器，不必另接高压臂。高频电流传感器卡在接地线上是非侵入式做法，不改动一次回路，卡上去便可用。它的好处是覆盖整台油箱经接地系统流出的全部放电电流，变压器内部任何一处放电，只要电流回到地网经过这根接地线，线圈便能感应到。

电容耦合则是侵入式做法，要把套管末屏从正常接地改接到检测阻抗，或者把耦合电容并联到被测端子，等于动一次一次回路。它的好处是指向清楚，接在哪只套管主要看那只套管所连绕组的放电，信号直达、灵敏度高。两条路径不是二选一那么简单，更多是互补。交接和出厂试验里，感应电压试验的电压加在绕组端，局放信号既进接地回路、也体现在端子电压上，常把两类传感器都布上：高频电流传感器看总量和趋势，电容耦合看单端细节。预防性试验现场受条件限制，往往先布高频电流传感器快速筛查，发现异常再补电容耦合定位。布哪类、布几只，取决于你想看全局还是看某一处。仪器本身的频带也要匹配，脉冲电流法局放测量仪按 DL/T 846.4-2016《高电压测试设备通用技术条件 第4部分：脉冲电流法局部放电测量仪》覆盖十千赫到五百千赫，宽带高频电流传感器把频带拓到百兆赫量级，能接住变压器更宽的放电频谱。

三、HFCT 怎么布：接地引下线的卡法和回路要点

高频电流传感器卡在变压器的接地引下线上，位置选得对，灵敏度差出一截。变压器有几处接地引出点：油箱本体接地、铁芯接地引下线、夹件接地、中性点接地。放电发生在绕组，电流主要经铁芯和油箱回到地网，所以油箱接地引下线和铁芯接地引下线是常卡的两处。中性点接地引下线在中性点接地的变压器上也能卡，对中性点附近放电敏感。夹件接地则对夹件绝缘缺陷有指向。

卡法上有个容易被忽略的要点：高频电流传感器要让那根接地线成为主回流通路，灵敏度才高。如果接地线旁边还有别的金属构件能让电流抄近路回地，脉冲电流被分流，线圈感到的电流变小，检测下限抬高。现场做法是把卡了线圈的那段接地线临时做成主回流通路，旁边的并联接地在测试期间断开或隔离，让放电电流集中从线圈孔径里过。这一步常被省略，结果是标称灵敏度很高、实测却读不到小放电。

线圈卡上去之后，输出要用屏蔽同轴电缆引到仪器，电缆外皮在仪器端单点接地，避免把空间电磁干扰顺着屏蔽层带进来。接地引下线本身往往贴着强电流母排和铁芯，磁场耦合强，线圈的卡向和电缆走向要避开这些干扰源。多只高频电流传感器分卡几处接地点时，能在后面靠渡越时间或幅值比对做方向定位，哪只先收到、哪只幅值大，大致指向放电所在的那一侧。方向定位靠的是布置，不是靠仪器算法单独完成。接地回路的阻抗也要看，线圈孔径里那根线的回路感抗若太大，脉冲电流波形会变形，校准时一并考虑。

高频电流传感器的校准要在布置完成后做。校准脉冲从绕组端注入，线圈在接地线上读响应，得到的系数才代表这套布置的实际灵敏度。挪了线圈位置或改了接地方式，系数要重取，不能沿用别处测的。

接地引下线的截面积和材质也影响高频电流传感器的耦合效果。截面大、感抗小的引线，脉冲电流流过时压降小，线圈感到的信号更完整。老旧变压器接地引下线若有锈蚀或接触不良，会在回路里串入额外阻抗，放电脉冲被这部分阻抗吃掉，灵敏度下降还不易察觉。布置前用欧姆表量一下接地电阻和引下线导通，是顺手能做的一步。

四、电容耦合怎么布：套管末屏和耦合电容的连接方式

电容耦合走的是绕组端电压路径，常见两种接法。一侧用套管末屏，即套管电容分压抽头。套管内部是一串电容芯子，末屏是靠近法兰端的那一层抽头，正常运行时经一小电阻或直接接地。做局放时把这个末屏从接地改接到检测阻抗，套管自身的电容把绕组端的高频放电电压引到末屏，检测阻抗上便得到与绕组放电对应的信号。这种接法灵敏度高，因为它直达绕组、中间没有地网衰减。

另一侧接法用外接耦合电容。在被测端子与地之间并联一只已知电容值的耦合电容，耦合电容的下端接检测阻抗再接地，放电脉冲经耦合电容分流到检测阻抗，仪器读到对应的高频电压。这种接法在端子没有可用末屏、或者要测的端子不止一只套管时更灵活，但要点是耦合电容的电容值和检测阻抗要匹配，且耦合电容自身局放要小，否则它自己便成了干扰源。三相变压器要逐相测时，常把耦合电容轮流并到各相端子，或者逐只套管用末屏，靠换端把各相放电区分开。

两种接法都要守住一条安全红线：套管末屏和耦合电容的下端，测试期间必须保持经检测阻抗接地，绝不能悬空。末屏正常运行本是接地的，改成检测阻抗接地不过是把接地路径换了个入口，一旦悬空，末屏会带上高电位，既危及人身也毁设备。检测阻抗本身要可靠接地，屏蔽电缆外皮同样单点接地。连接要在断电、验电、放电之后做，做完当场复核末屏接地电阻，确认没悬空再升压。这条红线比灵敏度更重要，漏看放电仅是数据问题，末屏悬空是安全问题。

检测阻抗的取值也要和传感器带宽配套。阻值过大抬高高频衰减，过小则灵敏度不足，常用范围按仪器说明选。它一端接末屏或耦合电容下端、另一端可靠接地，是电容耦合回路里承上启下的一节，选错会让前面积累的布置优势打折。

五、HFCT 和电容耦合的取舍：灵敏度、覆盖、干扰、安全

把两类传感器放在一张取舍表里看，差异集中在四个维度。灵敏度上，电容耦合直达绕组，没有地网衰减，比卡接地线的电流路径高。覆盖上，高频电流传感器看整台油箱经接地流出的总放电，电容耦合只看所接的那一端。干扰上，高频电流传感器易受地网工频分量和邻近开关操作干扰，电容耦合屏蔽做得好但末屏连接本身引入操作风险。安全上，高频电流传感器非侵入、风险低，电容耦合要动末屏、须保持接地。表 1 把这四维度的对照列清楚。

取舍没有放之四海皆准的答案，看检测目的。交接试验追求把每一处绝缘都查到，常用电容耦合接各侧套管末屏，逐端测、逐端比，灵敏度高、指向清，代价是接线多、耗时长。预防性试验现场求快，先用高频电流传感器卡几处接地引线筛查，发现异常再补电容耦合定位，代价是早期微弱放电可能被地网衰减吃掉一部分。在线监测要长期挂传感器，高频电流传感器非侵入、好固定，成了主流。电容耦合要长期保持末屏经检测阻抗接地，运维负担大，挂得少。取舍的本质是覆盖和灵敏度的交换。

三相变压器要把三相放电分开，靠的是逐端布置加换端比对。每只套管末屏各接检测阻抗，或者把耦合电容轮流并在各相端子，哪端读数大则指向哪相。高频电流传感器卡在中性点接地线上时，三相放电混在同一通道，要配合套管侧的电容耦合才能分相，单靠接地线分不了相。这里要提醒一个常见错觉：以为灵敏度高的电容耦合可以取代高频电流传感器。其实两类看的是不同物理量，电容耦合看单端电压，高频电流传感器看全局电流，一个内部放电在绕组近端经电容耦合很强、经地网流到远端接地线圈可能被衰减，两者读数不互为替代。真正稳妥的布置是让两类互补，高频电流传感器管总量和趋势，电容耦合管单端细节和定位。只布一类，漏看的风险都在。

表1 两类传感器四维度对照

六、校准及干扰抑制：落地的关键两步

传感器布好不等于能读数，校准和干扰抑制是把布置变成可用数据的两步。校准按 GB/T 7354-2018 做：在绕组端注入一个已知电荷量，记录仪器在对应传感器下的响应，得到换算系数，即已知电荷量除以输出电压，单位皮库仑每毫伏。高频电流传感器和电容耦合各自有自己的校准系数，因为两者耦合路径不同，同一电荷量在两类传感器上给出的电压不同。换传感器、换接法都要重校，不能把上次的系数套这次。GB/T 7354-2018 现行有效，其采标对象 IEC 60270:2000 已于 2025 年发布第四版代替，但国标尚未同步修订，引用时以现行国标为准。

干扰抑制按 DL/T 417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》来。现场干扰主要来自地网工频分量、邻近设备开关操作、空间电磁场，高频电流传感器尤其容易拾到。常用办法有平衡法：在对称的两点取信号相减，共模干扰被抵消、差模的放电信号留下。有选频滤波，把测量频带限制在放电主频、滤掉带外干扰。还有背景测量，升压前先在不加试验电压或低电压下读一段基线，当作本底从后续读数里扣。背景测量要当场做、当场记，不能抄上一回的值，因为现场电源和邻近设备状态每次都变。DL/T 417-2019 的附录还列有变压器定位方法、放电波形与识别图谱，布置好多点传感器后，这些图谱用来区分真假放电源。

校准和干扰抑制还互相牵制。灵敏度抬太高，本底噪声也被放大，校准系数算得再准，读数也被噪声占满。频带开太宽，干扰进来多，背景基线抬高，检测下限回不来。所以布置时便把带宽和灵敏度定在能接住放电主频、又不至于把干扰全放进来。子龙高频局放测试仪给出的带宽覆盖十千赫到一百兆赫，能接住变压器放电的常见频谱，但落到具体现场仍要按背景水平调。校准不能省，背景要当场测，这两步省掉，前面布置再巧也是白搭。

记录要随布置一起留。传感器型号、卡点、接地方式、校准系数、背景值，这几项写进报告，下一次复测才能把数据接回同一趋势线。只存一个皮库仑读数、不存布置信息，后续的人无法判断这个读数对应的到底是哪一类缺陷通道。

七、把布置接回 IVPD 同预防性试验：标准规定和判据来源

传感器布置要回到标准框架才合法、才可判读。变压器局放试验挂在带有局部放电测量的感应电压试验里，这道试验的程序由 GB/T 1094.3-2017 规定：先在零点四倍相电压以下接通并测背景，升到一点二倍相电压保持不少于一分钟，再升到一点五八倍相电压保持不少于五分钟，升到一点八倍相电压按频率换算保持，然后不间断降到一点五八倍相电压长时保持并测局放，期间每隔数分钟记录，末段降到零点四倍相电压复测背景再切断。传感器要在背景阶段先全部接好，否则前后背景没法比。

背景阶段便把传感器全部接好，还有一层好处：感应电压试验的升、降压程序长，传感器若在升压中途才接，前后背景不一致，放电量趋势线断在中间，没法判断放电是随电压升高而增长还是原本存在。布置一次到位，趋势才连续。测量本身由 GB/T 7354-2018 框定，它规定结果以视在电荷量表示、校准怎么做、测量系统怎么校验，但不规定传感器装哪。装哪由被试变压器和前面几章的布置原则决定。这里有个容易混的点：GB/T 1094.3-2017 管的是感应电压试验和其中的局放测量程序，GB/T 7354-2018 管的是局放测量方法，两者分工不同，不能拿一本代替另一本。运行中设备的局放判据另有来源，DL/T 596-2021《电力设备预防性试验规程》对运行中变压器列有注意值，预防性试验现场布置传感器时要让量程和灵敏度覆盖这些注意值区间，测出来的数才判得起来。

交接试验一侧，GB 50150-2016《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》管新安装设备的交接，变压器交接的局放同样是感应电压试验框架下的事，判据落在技术协议而非统一限值。所以布置传感器时还要问清楚协议要求测到哪一端、什么灵敏度，不能只按仪器标称量程定。标准不替你决定布几只、布哪类，但标准框定了测量电压程序和判据来源，布置要服务这两条。

在线监测是布置思路的延伸。长期挂在变压器上的高频电流传感器，仍按同样的多点接地原则布，日常经数据平台读趋势。电容耦合因要长期保持末屏经检测阻抗接地，运维上更费心，多用于关键主变的定期精细测量。两类布置的选择，落到具体设备便是覆盖与灵敏度的长期权衡。

八、结语：子龙落点及布置选择建议

变压器局放检测的传感器布置，是测量方法里须先设计的一段。高频电流传感器卡在接地引下线上，非侵入、看全局，适合筛查和在线。电容耦合接在套管末屏或外接耦合电容，灵敏度高、指向单端，适合交接细查和定位。两类不是替代关系，是互补关系，取舍落在灵敏度、覆盖、干扰、安全四个维度的交换上。布置先于加压，校准和背景测量紧跟其后，标准框架把这一切接回可判读的结论。

子龙高频局放测试仪在这套布置思路下的落点是：官方给出的参数里，局放测量量程为零点一皮库仑到一万皮库仑，测量误差不大于正负百分之五，检测下限零点零五皮库仑，带宽十千赫至一百兆赫，采样率上限每秒二十亿次，整机重量二点五至二点八千克。这些参数对应电缆、变压器、电机的局放检测场景，属北京康高特（KGT）自研产品，不标代理。无论是卡接地线还是接套管末屏，子龙都提供从宽带采集到校准出报告的一体化能力，让布置的选择落到实处。

把布置、校准、标准三件事接顺，变压器局放数据才不是孤岛。当次的读数要能和上次、和同型设备、和规程注意值放在同一把尺子上量，这把尺子的刻度正由传感器位置、校准系数、量程档位共同标定。哪一处没标清，数据只是一座岛。HFCT 同电容耦合的取舍想通了，选传感器、布位置、读数据都会顺，这便是变压器局放传感器布置的全部要义。

表2 HFCT 多点布置的接地位置与能看的放电

表3 电容耦合的两种接法

表4 取舍维度与适用场景推荐

相关仪器咨询
联系电话：010-68460051 / 13520131150
提供电力检测、核辐射防护、市政管网、卫生检测等仪器的选型咨询、技术方案服务