IEC 602702025 高压试验技术 基于电荷的局部放电测量标准立项发展报告

高压试验技术基于电荷的局部放电测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:High-voltagetesttechniques–Charge-basedmeasurementofpartialdischarges摘要局部放电测量是高压电气设备绝缘诊断与状态评估的核心技术手段，对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。随着我国特高压输电工程的大规模建设以及新能源电力装备的快速发展，基于电荷的局部放电测量技术面临着更高的精度要求和更复杂的应用场景。国际电工委员会（IEC）于2025年6月正式发布IEC60270:2025《高压试验技术基于电荷的局部放电测量》标准，该标准替代了自2000年以来长期沿用的IEC60270:2000版本，代表了局部放电测量领域的最新国际技术共识。本报告系统梳理了IEC60270标准的立项背景、发展历程与技术演进脉络，深入分析了新版本在宽频带测量、数字信号处理、校准技术、抗干扰能力等方面的关键技术修订内容，详细阐述了该标准的核心技术框架与试验程序要求，并重点介绍了主要参与起草单位——中国电力科学研究院有限公司在标准编制过程中的技术贡献。报告还就新标准实施后对我国高压试验技术领域、电气设备制造行业和电力运行维护产业的影响进行了前瞻性分析，为国内相关单位理解和实施该标准提供参考。关键词：局部放电；高压试验技术；电荷测量；IEC60270；绝缘诊断；标准国际化；电气设备测试AbstractPartialdischargemeasurementisacoretechnicalmeansforinsulationdiagnosisandconditionassessmentofhigh-voltageelectricalequipment,whichisofgreatsignificancetoensuringthesafeandstableoperationofpowersystems.Withthelarge-scaleconstructionofultra-high-voltagetransmissionprojectsinChinaandtherapiddevelopmentofnewenergypowerequipment,charge-basedpartialdischargemeasurementtechnologyisfacinghigheraccuracyrequirementsandmorecomplexapplicationscenarios.TheInternationalElectrotechnicalCommission(IEC)officiallyreleasedIEC60270:2025"High-voltagetesttechniques–Charge-basedmeasurementofpartialdischarges"inJune2025,whichreplacesthelong-standingIEC60270:2000versionandrepresentsthelatestinternationaltechnicalconsensusinthefieldofpartialdischargemeasurement.Thisreportsystematicallyreviewsthebackground,developmenthistoryandtechnicalevolutionoftheIEC60270standard,analyzesindetailthekeytechnicalrevisionsinwide-bandmeasurement,digitalsignalprocessing,calibrationtechnologyandanti-interferencecapability,elaboratesonthecoretechnicalframeworkandtestprocedurerequirements,andhighlightsthetechnicalcontributionsoftheChinaElectricPowerResearchInstitute,amajorparticipatinginstitution,duringthestandarddevelopmentprocess.Thereportalsoprovidesaforward-lookinganalysisoftheimpactofthenewstandardonChina'shigh-voltagetesting,electricalequipmentmanufacturingandpoweroperationandmaintenanceindustries,servingasareferenceforrelevantdomesticorganizationstounderstandandimplementthestandard.Keywords:Partialdischarge;High-voltagetesttechniques;Chargemeasurement;IEC60270;Insulationdiagnosis;Standardinternationalization;Electricalequipmenttesting一、引言局部放电是高压电气设备绝缘系统中局部区域发生放电但尚未形成贯穿性击穿的一种物理现象。局部放电的长期存在会导致绝缘材料逐步劣化、侵蚀甚至最终失效，是引发高压电力设备故障的主要诱因之一。因此，局部放电测量被广泛用于高压电气设备的型式试验、出厂试验和在线状态监测，是评价绝缘性能、诊断绝缘缺陷、预测设备剩余寿命的关键技术手段。IEC60270是国际电工委员会发布的关于局部放电测量的基础性标准，也是全球范围内高压试验技术领域引用最为广泛的标准文件之一。该标准规定了基于电荷原理的局部放电测量的通用技术要求和试验方法，涵盖测量系统组成、校准程序、试验回路、干扰抑制、测量不确定度评估等全方位技术要求。IEC60270标准的每一次修订都深刻影响着全球高压电气设备制造、试验和运维领域的技术实践。2025年6月，IEC正式发布了IEC60270:2025最新版本，这是该标准自1968年首次发布以来的第四次重大修订，距离上一版本IEC60270:2000已时隔25年。新版标准充分吸收了近二十多年来局部放电测量技术在宽带数字采集、信号处理算法、传感器技术、抗干扰方法等方面取得的长足进步，并回应了电力行业数字化转型和智能化发展的新需求。本报告将对该标准的立项背景、关键技术内容、修订要点及行业影响进行系统分析，为国内相关领域的标准应用和后续标准制修订工作提供参考。二、标准立项背景2.1局部放电测量技术的重要性高压电气设备（如电力变压器、气体绝缘开关设备、电力电缆、旋转电机等）在运行过程中，其绝缘系统承受着长期的电、热、机械和环境因素的联合作用。绝缘系统内部不可避免地存在气泡、杂质、导体突出物、绝缘缺陷等薄弱环节，这些位置在高电场强度作用下会发生局部放电。虽然单次局部放电的能量很小，不会立即导致绝缘系统整体失效，但局部放电的长期累积效应会使绝缘材料发生电化学腐蚀、物理侵蚀和热降解，逐步扩大缺陷尺寸，最终可能导致绝缘击穿，造成设备损坏和电力事故。局部放电测量能够在设备绝缘故障发展的早期阶段发现绝缘缺陷，为设备的检修维护和状态评价提供关键判据。IEC60270标准所规定的基于电荷的局部放电测量方法，通过测量放电过程中转移的表观电荷量来定量表征局部放电的强度，是目前工程应用最广泛、标准化程度最高的局部放电测量方法。2.2标准修订的必要性IEC60270:2000版本自发布以来，已在全球范围内应用二十余年。在这一时期，高压试验技术领域经历了深刻的技术变革：第一，测量设备的数字化升级。传统模拟式局部放电测量仪器已基本被数字化测量系统取代。现代局部放电测量系统采用高速模数转换器（ADC）实现信号的数字化采集，并依靠数字滤波、小波分析、模式识别等先进信号处理算法提取放电特征。数字化测量系统在灵敏度、动态范围、抗干扰能力和数据分析能力等方面远超传统模拟系统，但也带来了新的测量不确定度来源和校准需求，需要标准给出相应的规范指导。第二，局部放电检测技术的多样化。除传统的基于电荷的脉冲电流法外，超高频法（UHF）、超声波法、光检测法等多种局部放电检测技术也已在工程中得到广泛应用。这些方法各有优势，但IEC60270作为局部放电测量的基准方法，其地位仍然不可替代——其他测量方法的结果通常需要与IEC60270的电荷测量结果进行比对和关联，以确保测量结果的可追溯性和可比性。第三，新能源和特高压带来的新需求。近年来，随着全球能源转型加速推进，风电、光伏等新能源发电设备大量接入电网，柔性直流输电、特高压输电等新技术不断涌现。这些新应用场景对局部放电测量提出了更高的灵敏度要求（如直流局部放电测量）、更宽的频带需求（如变频电机绝缘测试）和更复杂的噪声环境适应性要求。第四，国际标准协调的需求。局部放电测量涉及多个相关IEC标准（如IEC60060系列高电压试验技术标准、IEC60270局部放电测量标准、IEC62478非电荷型局部放电测量标准等），各标准之间的术语定义、技术要求和测试方法需要保持协调一致。随着相关标准的陆续修订和更新，IEC60270也需要同步进行调整，以维持标准体系的统一性。在上述背景下，IEC于2020年前后启动了IEC60270的修订工作，经过多轮国际讨论和技术论证，最终于2025年6月正式发布了IEC60270:2025版本。三、标准技术内容与发展3.1标准适用范围与基本框架IEC60270:2025规定了在高压试验中采用基于电荷原理进行局部放电测量的通用技术规范。标准适用于交流电压（包括正弦电压和由数字信号源生成的非正弦周期电压）下的局部放电测量。新版标准明确指出其在以下方面进行了技术规范：-局部放电测量系统的组成结构及各部件的技术要求-测量系统的校准方法和校准频次要求-局部放电测量的试验回路拓扑和连接方式-表观电荷量的测量方法和数据处理流程-测量系统的灵敏度和分辨力要求-抗干扰措施和噪声抑制技术-测量不确定度的评估方法-试验记录和报告的内容要求3.2关键术语与定义标准对所有与局部放电测量相关的基础概念给出了明确定义，包括但不限于：-局部放电（PartialDischarge,PD）：导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近发生，也可以不发生在导体附近。-表观电荷量（ApparentCharge）：在规定的试验回路中，若将被测设备（试品）两端电压瞬间变化，需要在试品端子间注入的电荷量。该电荷量通常以皮库仑（pC）为单位表示。需要特别指出的是，表观电荷量并不等于放电点实际转移的电荷量，而是通过校准建立的等效测量值。-放电重复率（PulseRepetitionRate）：单位时间内出现的局部放电脉冲数量。-放电起始电压（PartialDischargeInceptionVoltage,PDIV）：当施加于试品的电压从低于局部放电起始水平的数值逐渐升高时，局部放电信号首次达到规定可检测水平的电压值。-放电熄灭电压（PartialDischargeExtinctionVoltage,PDEV）：当施加于试品的电压从高于局部放电起始水平的数值逐渐降低时，局部放电信号不再达到规定可检测水平的电压值。-视在放电量（ApparentChargeQuantity）：在对局部放电脉冲进行校准和测量后得到的以电荷量（通常为pC）为单位的量化结果。上述术语定义与世界其他国家或组织的相关标准保持了高度一致，同时纳入了数字测量和在线监测等新技术背景下新增或细化的术语概念。3.3测量系统架构与技术要求新版标准对局部放电测量系统的构成给出了清晰的技术框架。典型测量系统包括以下主要组成部分：（1）耦合电容器：耦合电容器是局部放电测量回路中的关键元件，提供高阻抗通道以耦合试品产生的局部放电脉冲信号。标准对耦合电容器在试验频率范围内的阻抗特性、介质损耗、内部局部放电水平等提出了定量要求，确保耦合电容器自身不产生可观的局部放电信号，且其阻抗特性在测量频带内具有平坦的频率响应。（2）检测阻抗：检测阻抗将局部放电脉冲电流转换为可供测量仪器采集的电压信号。标准规定了检测阻抗的阻值选择原则、频率响应特性和带宽要求，以确保其与耦合电容器和测量仪器之间的阻抗匹配满足信号保真传输条件。（3）测量仪器：包括信号采集单元、滤波器和显示/记录装置。新版标准特别强调了数字测量仪器的采样率、分辨率（位数）、输入带宽、存储深度和触发机制等关键技术参数要求。对于数字化测量系统，标准要求采样率应满足奈奎斯特采样定理，确保被测信号在有效频带内不被混叠失真；ADC的有效位数应保证测量分辨力满足灵敏度要求。3.4宽频带测量与数字信号处理IEC60270:2025充分考虑了数字信号处理技术发展对局部放电测量的深远影响。传统标准中主要区分了窄带测量仪（带宽约10kHz左右，中心频率可调）和宽带测量仪（带宽约100kHz至400kHz）的技术路径。新版标准在此基础上，引入了对数字测量系统的更细致的分类和相应的技术要求。宽带测量技术方面，标准保留了宽带测量作为基准测量方法的地位。宽带测量系统能够较好地还原局部放电脉冲的真实波形，具有较好的时间分辨能力，适用于需要获取放电脉冲波形细节的场景。标准对宽带测量系统的通带下限（通常在10kHz至100kHz之间）和通带上限（不低于500kHz）给出了推荐范围，同时规定了带内增益平坦度要求。窄带测量技术方面，标准保留了窄带测量仪在强干扰环境下的适用性。窄带测量通过调节中心频率和带宽来避开特定频率的干扰信号，在变电站现场测量等强电磁干扰环境中具有突出的信噪比优势。数字信号处理方面，新版标准新增了对数字滤波、脉冲判别、噪声抑制等信号处理技术的原则性指导。标准规定，数字滤波器的引入不应导致局部放电脉冲电荷量的测量误差超过允许范围，且应提供滤波器引入的测量不确定度评估依据。对于采用小波变换、匹配滤波等现代信号处理算法的测量系统，标准要求制造商应提供算法引入的测量偏差和不确定度分析报告。3.5校准技术与测量不确定度校准是保证局部放电测量结果准确性和可比性的关键环节。IEC60270:2025在原有校准框架基础上进行了细化完善：（1）整体校准法：在试验回路中，通过在校准电容器的试品端注入已知电荷量的校准脉冲，建立测量系统读数与真实电荷量之间的对应关系。整体校准法能够涵盖测量回路中所有环节的影响，是标准推荐的基准校准方法。（2）校准频次要求：新版标准对校准频次给出了更明确的规定，要求每次测量前或测量系统发生重大变动（如更换检测阻抗、更改测量回路、维修测量仪器等）后，均应进行校准。同时，对于用于在线监测的系统，建议定期进行校准以验证测量系统的长期稳定性。（3）测量不确定度评估：新版标准引入了更完善的测量不确定度分析框架。标准要求对局部放电电荷量测量结果进行不确定度评估时，应综合考虑校准脉冲发生器的不确定度（包括电荷量值的不确定度和脉冲参数的误差）、校准操作引入的不确定度、测量仪器读数引入的不确定度、系统噪声引入的不确定度以及电缆连接和接地等因素引入的不确定度。标准建议采用ISO/IECGuide98-3（GUM）规定的方法进行不确定度合成与表达。3.6试验回路与干扰抑制标准详细规定了三种基本试验回路类型（直接回路、通过滤波器的间接回路和采用平衡回路的抗干扰测量回路），并对每种回路的适用场合、元件参数选择原则和连接方式给出了技术指导。在干扰抑制方面，新版标准在原有基础上强化了对数字信号处理技术在抗干扰应用中的指导。标准指出，局部放电测量的主要干扰来源包括：-试验电源及调压设备产生的背景噪声和纹波干扰-高压引线电晕放电产生的干扰-试验环境中其他电气设备产生的电磁辐射干扰-接地系统不良引起的共模干扰-数字电路开关噪声引入的干扰针对上述干扰源，标准推荐了屏蔽、接地、滤波、平衡回路、时间窗等多种传统抑制措施，并新增了基于数字信号处理技术的干扰抑制方法建议，如数字陷波滤波、脉冲波形判别、相关性分析等。四、主要参与起草单位介绍4.1中国电力科学研究院有限公司中国电力科学研究院有限公司（以下简称“中国电科院”）是中国国家电网有限公司直属的科研机构，成立于1951年，是中国电力行业规模最大、综合实力最强的综合性电力科研机构。中国电科院在高压试验技术、电力设备绝缘诊断、特高压输电、智能电网等领域拥有深厚的技术积累和丰富的研究经验，是国家高压电气设备质量监督检验中心、国家电网公司高压试验技术重点实验室的依托单位。在局部放电测量技术领域，中国电科院自20世纪80年代起就开始了系统性的研究工作，先后参与了多项国家标准和行业标准的制修订工作。中国电科院的高压试验技术团队在局部放电基础理论、测量方法、传感器技术、抗干扰技术、在线监测与故障诊断等方面取得了大量具有国际先进水平的研究成果。特别是在特高压变压器、气体绝缘开关设备（GIS）、电力电缆等关键输变电设备的局部放电测量与绝缘诊断方面，中国电科院积累了丰富的工程经验和试验数据。在IEC60270:2025的修订过程中，中国电科院作为中国国家委员会的核心技术支撑单位，深入参与了标准的多个技术议题的讨论和起草工作。中国电科院的专家代表重点在以下方面贡献了技术方案和研究成果：（1）数字化测量系统的技术规范制定：中国电科院凭借在数字化局部放电测量仪器研发方面的长期积累，为标准的数字化测量系统技术要求部分提供了关键的技术输入，推动标准纳入了对采样率、分辨率、数据处理算法等方面的现代化要求。（2）校准技术与不确定度分析方法：中国电科院在局部放电测量系统校准和不确定度评估方面开展了大量实验研究，其提出的基于统计分析的校准方法改进建议被标准采纳。（3）抗干扰技术方法：中国电科院在变电站强电磁环境下的局部放电抗干扰测