这篇文档属于类型b，是一篇关于局部放电（Partial Discharges, PD）机制、检测与测量的综述性论文。

作者与发表信息

• 作者：R. Bartnikas（加拿大魁北克省Hydro-Québec研究所）
  
• 期刊：IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation
  
• 发表时间：2002年10月（Vol. 9, No. 5）
  

论文主题

本文系统综述了局部放电（PD）的物理机制、检测技术与测量方法，重点讨论了不同电气设备（如电缆、电容器、变压器、旋转电机等）中PD的特性，并比较了窄带与宽带PD检测技术的适用性。此外，论文还探讨了智能算法在PD模式识别中的应用，以及PD测量中的校准与误差问题。

主要观点与论据

1. 局部放电的物理机制

PD在短间隙中的表现形式多样，包括快速/慢速上升的脉冲型放电、无脉冲辉光放电（pulseless glow discharge）和伪辉光放电（pseudoglow discharge）。这些放电本质上属于Townsend放电（阴极发射维持），而非流注放电（streamer discharge）（依赖气体体积内的光电离）。
- 氧气的影响：氧气因其电负性会抑制辉光放电，促进脉冲型放电。例如，在空气中，PD主要表现为脉冲形式；而在氦气或氮气中，微量氧气的加入会导致放电行为从辉光向脉冲转变。
- 微放电通道的扩展：数值模拟表明，放电通道的扩展受介质表面特性影响。例如，在空气中，放电通道半径可从1 mm扩展到7 mm（图3）。

2. PD检测技术的分类与比较

PD检测技术主要分为窄带（30–400 kHz）和宽带（最高1 GHz）两类：
- 窄带检测器：适用于常规设备（如电缆、电容器、变压器），直接积分电荷转移量（ASTM D1868标准）。
- 宽带检测器：用于研究PD脉冲波形的高保真复现，或放电定位（如电缆中20 MHz，旋转电机中800 MHz–1 GHz）。
- 数字技术的应用：20世纪90年代后，计算机化技术（如神经网络、模糊逻辑）被用于PD模式识别，但随机性（如统计时间滞后）可能影响分类准确性。

3. 不同设备中的PD测量挑战

• 电缆：
  
  • 聚乙烯（PE）电缆对PD极其敏感，需在出厂时通过5 pC灵敏度测试。
    
  • 长电缆需终端匹配特性阻抗（如37 Ω）以避免反射误差（图11）。
    
  • 时域反射法（TDR）和电容/电感探头可用于现场PD定位（图18–24）。
    
• 电容器：
  
  • 高电容（>5 μF）导致PD信号衰减，需平衡测量技术或超声波检测（灵敏度~20 pC）。
    
  • 塑料薄膜电容器的PD允许值（20 pC）比油纸电容器（200 pC）更严格。
    
• 变压器与旋转电机：
  
  • 复杂传输线行为导致PD脉冲衰减和畸变，需采用40–200 kHz带宽以提高灵敏度。
    
  • 旋转电机的PD校准存在争议，且脉冲幅值范围宽（从内部放电的微弱信号到槽放电的强信号）。
    

4. PD脉冲的统计特性与随机性

PD脉冲的幅值、上升时间和相位（放电历元，discharge epoch）受统计时间滞后（statistical time lag）影响：
- 低过电压：产生慢上升、低幅值的离子主导脉冲（图4）。
- 高过电压：空间电荷效应增强，导致快速上升（1–10 ns）、高幅值的电子主导脉冲（图6）。
- 非马尔可夫过程：前一个脉冲的放电历元会影响后续脉冲的相位分布（图35），这对模式识别提出了挑战。

5. 新兴技术与未来方向

• 高频检测（300 MHz–1 GHz）：适用于SF₆气体绝缘线路，可定位PD源至1米内（图27）。
  
• 声学检测：对压缩气体设备有效，但对聚合物/油纸电缆因高声阻抗效果有限。
  
• 智能算法：如神经网络（NN）和模糊逻辑（fuzzy logic）用于PD分类，但需解决随机性干扰。
  

论文的意义与价值

1. 学术价值：
   
   • 系统梳理了PD的物理机制，澄清了短间隙放电与流注放电的差异。
     
   • 比较了不同设备的PD检测技术，为工程应用提供了方法论指导。
     
2. 应用价值：
   
   • 为电力设备（如电缆、变压器）的PD测试标准制定提供了依据。
     
   • 推动了高频检测、数字信号处理等技术在PD监测中的实际应用。
     

亮点

• 多设备覆盖：从电缆到GIS（气体绝缘开关设备），全面分析PD特性差异。
  
• 技术演进脉络：从早期示波器方法到现代数字技术，清晰呈现PD检测的发展历程。
  
• 批判性讨论：指出PD模式识别的局限性（如随机性影响），为后续研究指明方向。
  

这篇综述兼具深度与广度，是PD研究领域的经典参考文献，尤其适合高电压工程、电气绝缘领域的科研人员与工程师阅读。