《局部放電光纖傳感檢測技術(shù)-第2部分：傳感裝置性能檢測與評定方法》（征求意見稿）

ICS國際標(biāo)準(zhǔn)分類號

CCS中國標(biāo)準(zhǔn)文獻分類號

團體標(biāo)準(zhǔn)

T/CESXXX-XXXX

局部放電光纖傳感檢測技術(shù)

第2部分：傳感裝置性能檢測與評定方法

Opticalfibersensingtechnologyforpartialdischargesdetection—

Part2：Performancetestandevaluationmethodofsensordevice

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

T/CESXXX—XXXX

局部放電光纖傳感檢測技術(shù)第2部分：傳感裝置性能檢測與評定方

法

1范圍

本文件規(guī)定了局部放電光纖傳感器的檢測方法和評定要求。

本文件適用于局部放電光纖傳感器的性能檢測與評定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T7354-2018高電壓試驗技術(shù)局部放電測量

GB/T18459-2001傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計算方法

GB/T18901.1-2002光纖傳感器第1部分：總規(guī)范

GB/T33905.1-2017智能傳感器第1部分：總則

GB/T33905.5-2017智能傳感器第5部分：檢查和例行試驗方法

DL/T846.4-2016高電壓測試設(shè)備通用技術(shù)條件第4部分：脈沖電流法局部放電測量儀

DL/T1894-2018電力光纖傳感器通用規(guī)范

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

局部放電partialdischarge；PD

導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電。這種放電可以在導(dǎo)體附近發(fā)生，也可以不在導(dǎo)體附近發(fā)生。

[GB/T7354-2018，定義3.1]

3.2

局部放電脈沖partialdischargepulse；PDpulse

當(dāng)試品中發(fā)生局部放電時，用接在試驗回路中適當(dāng)?shù)臋z測回路測得的電壓或電流脈沖。“電流”或

“電壓”術(shù)語中可以和“局部放電”放在一起用，表示檢測量的類型。

[GB/T7354-2018，定義3.2]

3.3

背景噪聲水平backgroundnoise

在局部放電試驗中檢測到的不是由試品產(chǎn)生的信號。

[GB/T7354-2018，定義3.6]

3.4

光電轉(zhuǎn)換裝置photoelectricconversiondevice

接收到反映被測對象狀態(tài)信息的光學(xué)參量，并將光學(xué)參量轉(zhuǎn)化為電參量的元器件或裝置。它可以包

含一個或多個光電探測器、信號調(diào)節(jié)器和通信接口。

3.5

光傳感元件或光供能傳感元件opticaloropticallypoweredsensingelement

按照某一定律將接收到的一種物理量形式的信息，轉(zhuǎn)換為光學(xué)參量形式信息的器件。

[GB/T18901.1-2002，定義3.4]

3.6

光源opticalsource

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提供傳感元件和被測對象之間相互作用所需光能的器件。它至少包含一個發(fā)光源，并且可以包含信

號調(diào)節(jié)。當(dāng)光能由所傳感的現(xiàn)象產(chǎn)生時，不需要光源。

[GB/T18901.1-2002，定義3.9]

3.7

光纖引線opticalfibrelead(s)

將傳感元件與光源和光電轉(zhuǎn)換裝置相連的光纖線路。

如含有光纖引線，這些引線必須保持不受被測對象的影響。

[GB/T18901.1-2002，定義3.11]

3.8

局部放電光纖傳感器opticalfibersensorforpartialdischarge

光纖傳感檢測技術(shù)用于電工設(shè)備局部放電的檢（監(jiān)）測時，感知局部放電信號的前端裝置，包括光

傳感元件和光纖引線。局部放電用光纖傳感器通常與設(shè)備接觸，或者放置于設(shè)備內(nèi)部。

3.9

測量點measurementpoint

進行檢測試驗時，為某一變量選取的數(shù)值。

3.10

靈敏度sensitivity

輸出變化量與相應(yīng)的輸入變化量之比。

[GB/T18459-2001，定義2.3.2]

3.11

分辨力resolution

在某一輸入范圍內(nèi)都能產(chǎn)生可觀測的輸出量變化的最小輸入量變化。

3.12

線性度linearity

正、反行程實際平均特性曲線相對于參比直線的最大偏差，用滿量程輸出的百分比來表示。

3.13

脈沖分辨時間pulseresolutiontime

兩個持續(xù)時間極短、波形和極性相同、電荷量相等的相繼輸入脈沖之間的最短時間間隔，在這一時

間間隔中脈沖響應(yīng)幅值的變化不大于單個脈沖幅值的10%。

[GB/T7354-2018，定義3.9.5]

3.14

熱零點偏移thermalzeroshift

由環(huán)境溫度變化引起的零點輸出變化，通常用單位溫度的滿量程輸出的百分比來表示。

[GB/T18459-2001，定義2.3.12]

3.15

熱滿量程輸出偏移thermalshiftofoutputspan

由環(huán)境溫度變化引起的滿量程輸出變化，通常用單位溫度的滿量程輸出的百分比來表示。

[GB/T18459-2001，定義2.3.13]

4局部放電光纖傳感器基本構(gòu)成

局部放電光纖傳感裝置由光電轉(zhuǎn)換裝置、局部放電用光纖傳感器和光源（非必要）組成，簡稱傳感

器，如圖1所示。

2

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圖1局部放電光纖傳感裝置基本構(gòu)成

5檢測方法

5.1總則

表征傳感器性能的主要參數(shù)包括：靈敏度、幅值測量范圍、信噪比、幅值分辨力、幅值檢測準(zhǔn)確度、

幅值檢測線性度、響應(yīng)時間、脈沖分辨時間、檢測頻帶范圍、熱零點偏移、熱滿量程輸出偏移，各參數(shù)

的計算方法見附錄A。

5.2試驗回路

傳感器性能參數(shù)檢測試驗回路由激勵信號源、測試塊、傳感器組成，如圖2所示。激勵信號源產(chǎn)生

的信號通過測試塊傳遞給傳感器；測試塊與光傳感元件的連接方式，應(yīng)與傳感器的實際應(yīng)用場景相一致。

激勵源代表局部放電源產(chǎn)生局部放電信號，激勵源輸出信號即為放電源產(chǎn)生的局部放電信號，即輸入信

號。傳感器性能參數(shù)檢測結(jié)果與測試塊相關(guān)。測試塊性能參數(shù)參見附錄B。

試驗條件應(yīng)滿足GB/T33905.5中第7.3.1條規(guī)定。

圖2局部放電光纖傳感器性能檢測試驗回路

5.2靈敏度測試

試驗宜按照下列步驟進行：

a）根據(jù)局部放電信號的種類和傳播介質(zhì)，選擇相應(yīng)的激勵信號源和測試塊，參見附錄B；

3

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b）為輸入信號幅值選取多個測量點，使其平均分布在預(yù)定的測量范圍內(nèi)，測量點應(yīng)滿足GB/T

33905.5中第7.3.1條規(guī)定；

c）依次測量每個輸入信號幅值對應(yīng)的輸出信號幅值，并記錄環(huán)境溫度等相關(guān)信息；利用輸入、

輸出信號幅值計算靈敏度數(shù)值。

5.3幅值測量范圍

試驗宜按照下列步驟進行：

a）將輸入信號幅值設(shè)置為零（不施加激勵信號），記錄傳感器輸出背景信號，計算其標(biāo)準(zhǔn)差；利

用背景信號標(biāo)準(zhǔn)差和傳感器靈敏度計算測量范圍下限對應(yīng)的輸出信號；

b）調(diào)整輸入信號幅值，使傳感器輸出信號幅值等于該輸出信號幅值，記錄此時的輸入信號，作

為幅值測量范圍下限;

c）緩慢增大輸入信號幅值，觀測傳感器輸出信號幅值，直到輸出信號幅值不再增加為止；

d）記錄此時的輸入信號，作為幅值測量范圍上限。

5.4信噪比測試

試驗宜按照下列步驟進行：

a）根據(jù)應(yīng)用場景確定局部放電信號檢測閾值，將輸入信號幅值設(shè)置為該閾值，記錄傳感器輸出

信號幅值（絕對值）的平均值；

b）將輸入信號幅值設(shè)置為零（不施加激勵信號），記錄傳感器輸出背景信號幅值（絕對值）的平

均值的；

c）利用這兩個平均值計算信噪比。

5.5幅值分辨力測試

試驗宜按照下列步驟進行：

a）根據(jù)應(yīng)用場景和GB/T33905.5中第7.3.1條規(guī)定，確定輸入信號幅值測量點；

b）參考GB/T18459-2001中第3.4條規(guī)定，測量每個測量點上的最小輸入變化量；

c）比較各測量點上的最小輸入變化量，選擇其中最大值作為傳感器的幅值分辨力。

5.6幅值檢測準(zhǔn)確度測試

幅值檢測準(zhǔn)確度測試應(yīng)在完成傳感器靈敏度標(biāo)定之后進行。取輸入信號幅值為真實值，取輸出信號

幅值經(jīng)靈敏度折算之后對應(yīng)的輸入值為測量值。

采用測量值與真實值之間隨機性偏差和系統(tǒng)性偏差之和來表示傳感器的幅值檢測準(zhǔn)確度。其中隨機

性偏差用標(biāo)準(zhǔn)偏差或者相對標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示；系統(tǒng)性偏差用平均偏差或者相對平均偏差來表示。

試驗宜按照下列步驟進行：

a）根據(jù)應(yīng)用場景并參考GB/T33905.5中第7.3.1條規(guī)定，確定一系列局部放電信號幅值測量點，

測量點的數(shù)量宜大于50；

b）依次將輸入信號設(shè)置為各測量點數(shù)值，記錄各測量點的傳感器輸出信號；

c）參考GB/T18459-2001中第3.7.3條規(guī)定，采用貝塞爾（Bessel）公式法計算樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差和

相對標(biāo)準(zhǔn)偏差；

d）計算樣本的算數(shù)平均偏差或者相對平均偏差；

e）計算隨機性偏差與系統(tǒng)性偏差的絕對值之和。

5.7幅值檢測線性度測試

可采用最小二乘線性度表示傳感器幅值檢測的線性度。

試驗宜按照下列步驟進行：

a）根據(jù)應(yīng)用場景并參考GB/T33905.5中第7.3.1條規(guī)定，確定一系列局部放電信號幅值測量點；

b）依次將輸入信號設(shè)置為各測量點數(shù)值，記錄各測量點的傳感器輸出信號；

c）利用這一系列輸入信號和輸出信號幅值繪制傳感器輸入-平均輸出曲線；

d）參考GB/T18459-2001中第3.8.8條規(guī)定計算最小二乘參比直線，并計算最小二乘線性度。

5.8響應(yīng)時間測試

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試驗宜按照下列步驟進行：按GB/T33905.5中7.3.3條要求施加輸入信號、測量輸出信號并計算傳

感器的階躍響應(yīng)時間。

5.9脈沖分辨時間測試

試驗宜按照下列步驟進行：

a）根據(jù)應(yīng)用場景確定某一局部放電信號幅值，并將輸入信號固定在該幅值上；

b）將激勵源輸出方式設(shè)置成雙脈沖輸出，測量傳感器輸出信號波形并計算輸出信號中的雙脈沖

時刻；

c）逐漸縮小激勵源雙脈沖的時間間隔，持續(xù)測量傳感器輸出信號波形，直到傳感器輸出信號波

形等于輸入單個脈沖時輸出幅值的110%為止；

d）測量此時輸入信號中雙脈沖之間的時間間隔，作為傳感器的脈沖分辨時間。

5.10檢測頻帶范圍測試

試驗宜按照下列步驟進行：

a）參考DL/T846.42016中第5.3條，采用正弦信號作為輸入信號波形；

b）選定適當(dāng)?shù)妮斎胄盘柗挡⒈３止潭?，從低于頻帶范圍下限估計值的某一頻率開始逐步升高

輸入信號的頻率，記錄各頻率測點下的輸出信號幅值，直到頻率已經(jīng)高于頻帶范圍上限估計

值；

c）繪制傳感器的輸出信號的幅值頻率響應(yīng)曲線；

d）以幅值頻率響應(yīng)曲線頂部為基準(zhǔn)值，幅值大于0.5倍基準(zhǔn)值的曲線片段對應(yīng)的頻率范圍即為傳

感器的檢測頻帶范圍。

5.11熱零點偏移測試

試驗宜按照下列步驟進行：

a）按GB/T33905.5中7.4.3條要求，選擇環(huán)境溫度測量點；

b）在不同環(huán)境溫度測量點下，將輸入信號設(shè)置為零，測量輸出信號幅值并計算其平均值；

c）再參考GB/T18459-2001中3.10.3條規(guī)定，計算熱零點偏移。

5.12熱滿量程輸出偏移測試

試驗宜按照下列步驟進行：

a）按GB/T33905.5中7.4.3條要求，選擇環(huán)境溫度測量點；

b）在不同環(huán)境溫度測量點下，將輸入信號設(shè)置為測量范圍上限，測量輸出信號幅值并計算其平

均值；

c）再參考GB/T18459-2001中3.10.4條規(guī)定，計算熱滿量程輸出偏移。

6功能評定

6.1放電幅值檢測

傳感器輸出信號應(yīng)反映局部放電的幅值，應(yīng)滿足以下要求：

a）輸出信號的某一特征參數(shù)或者多個特征參數(shù)隨放電量的增大而單調(diào)增大或減小。

b）裝置能夠區(qū)分單個放電脈沖時，其輸出信號的特征參數(shù)隨放電脈沖的放電量的增大而單調(diào)增

大或減小。

c）裝置不能區(qū)分單個放電脈沖時，其輸出信號的特征參數(shù)隨一段時間內(nèi)放電脈沖平均放電量的

增大而單調(diào)增大或減小。

6.2放電時刻檢測

傳感器輸出信號應(yīng)反映局部放電的發(fā)生時刻，應(yīng)滿足以下要求：

a）傳感器能夠區(qū)分單個放電脈沖時，其輸出信號的時刻或者特征參數(shù)隨放電時刻的增大而單調(diào)

增大或減小。

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b）傳感器不能區(qū)分單個放電脈沖時，其輸出信號的時刻或特征參數(shù)隨一段時間內(nèi)放電脈沖整體

時刻的增大而單調(diào)增大或減小。

6.3放電信號位置檢測

傳感器輸出信號的幅值、時間或者其他特征參數(shù)可反映放電信號位置信息。

6.4放電脈沖時域波形檢測

傳感器輸出信號可包含與放電脈沖時域波形相關(guān)的信息。

6.5放電脈沖頻譜檢測

傳感器輸出信號可包含與放電脈沖頻譜相關(guān)的信息。

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附錄A

（資料性附錄）

性能參數(shù)公式

A.1靈敏度

用S表示，按照公式（1）計算。S越大，靈敏度越高。

n

xixyiy

i1…………（）

Sn1

2

xix

i1

式中：

xi——n個局部放電信號中的第i個信號的幅值；yi是與xi對應(yīng)的傳感器輸出信號的幅值;

x——xi的平均值

y——yi的平均值。

對于全局靈敏度，這n個局部放電信號的幅值應(yīng)平均分布在傳感器的幅值測量范圍之內(nèi)。對于局部

靈敏度，這n個局部放電信號的幅值應(yīng)平均分布在所關(guān)心的局部測量范圍之內(nèi)。

A.2幅值測量范圍

幅值測量范圍由下限Ld和上限Lu組成。測量范圍下限等于傳感器輸出信號幅值為ld時的輸入信號

幅值。ld按照公式（2）計算：

6

0…………（）

ld2

Sd

式中：

σ0——無局部放電信號時，傳感器輸出信號（背景噪聲）的標(biāo)準(zhǔn)差；

Sd——傳感器在測量范圍下限附近的靈敏度。

Ld——傳感器的輸出信號幅值不再隨輸入信號幅值的增加而增大時對應(yīng)的輸入信號幅值。

A.3信噪比

用SNR表示，按照公式（3）計算。SNR越大，信噪比越高。

y

SNR10logsig…………（3）

ynoi

式中：

——傳感器對于確定局部放電信號幅值的輸出信號幅值（絕對值）的平均值；

ysigxm

——傳感器背景噪聲幅值（絕對值）的平均值。

ynoi

xm——傳感器應(yīng)該檢測到的局部放電閾值，可根據(jù)應(yīng)用場景確定為5pC、10pC、100pC、500pC或

1000pC放電量對應(yīng)的光波、超聲波、振動波等信號的幅值。

A.4幅值分辨力

用最小變化量damp來表示，按照公式（4）計算。

…………（）

dampmaxximin4

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式中：

xi.min——傳感器對于局部放電信號幅值在xi附近緩慢連續(xù)變化時，能夠引起傳感器輸出信號發(fā)生

可測變化的xi的最小變化量。

xi——可根據(jù)應(yīng)用場景確定為一系列放電量對應(yīng)的光波、超聲波、振動波等信號的幅值。這些放電

量的測量點應(yīng)覆蓋所關(guān)心的測量范圍。max()函數(shù)表示求最大值。

A.5幅值檢測準(zhǔn)確度

用隨機性偏差與系統(tǒng)性偏差的絕對值之和來表示。隨機性偏差用測量值與真實值之間誤差的標(biāo)準(zhǔn)差

SDA或者相對標(biāo)準(zhǔn)差RSDA來表示，按照公式（5）或（6）計算。標(biāo)準(zhǔn)差SDA或者相對標(biāo)準(zhǔn)差RSDA越

小，準(zhǔn)確度越高。幅值檢測的系統(tǒng)性偏差可用測量值與真實值之間平均偏差EDA或者相對平均偏差

REDA來表示，按照公式（7）或（8）計算。平均偏差ED或者相對平均偏差RED越小，準(zhǔn)確度越高。

212

nn

1y1y

ii…………（）

SDAxmxm5

n1SnS

i1mi1m

SD

A（）

RSDA100%…………6

xm

ny

1i…………（）

EDAxm7

ni1Sm

ED

A（）

REDA100%…………8

xm

式中：

yi——傳感器對于局部放電信號幅值恒定為xm時的n次測量結(jié)果中的第i個；

Sm——傳感器在局部放電信號幅值為xm時的靈敏度。

xm——可根據(jù)應(yīng)用場景確定為5pC、10pC、100pC、500pC或1000pC放電量對應(yīng)的光波、超聲波、

振動波等信號的幅值。

A.6幅值檢測線性度

用線性度（又稱非線性誤差）來表示。非線性誤差是傳感器輸出信號與傳感器輸出曲線的擬合直

線之間的最大偏差與滿量程輸出的百分比，按照公式（10）計算。非線性誤差越小，幅值檢測線性度

越好。

yy?

maxii100%…………（10）

yu

式中：

y?CSx——傳感器在測量范圍內(nèi)輸出信號幅值y與輸入信號幅值x的曲線的參比直線；

——參比直線上與測點對應(yīng)的數(shù)值，是截距，是靈敏度；

y?ixiCS

——輸出信號在測點上的平均值；

yixi

yu——傳感器在測量范圍上限的輸出信號幅值；max()函數(shù)表示求最大值。

參比直線可通過最小二乘法或端基法等方法從傳感器輸出-輸入曲線上獲取。

A.7熱零點偏移

用kTZ來表示，按照公式（11）計算。

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yy

0,T20,T1…………（）

kTZ100%11

YFS,T1T2T1

式中：

和——分別是環(huán)境溫度和下、輸入信號幅值為零時，傳感器輸出信號幅值的平均

y0,T1y0,T2T1T2

值；

——傳感器在環(huán)境溫度時的滿量程輸出幅值。

YFS,T1T1

A.8熱滿量程輸出偏移

用kTS來表示，按照公式（12）計算。

yy

FS,T2FS,T1…………（）

kTS100%12

YFS,T1T2T1

式中：

和——

yFS,T1yFS,T2

是環(huán)境溫度T1和T2下、輸入信號幅值為零時，傳感器輸出信號幅值的平均值；

——傳感器在環(huán)境溫度時的滿量程輸出幅值。

YFS,T1T1

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附錄B

（資料性附錄）

測試塊

B.1圓盤狀測試塊

B.1.1材質(zhì)

硬鋁或者不銹鋼。硬鋁對應(yīng)于GIS外殼應(yīng)用場景，不銹鋼對應(yīng)于變壓器油箱應(yīng)用場景。

B.1.2機械尺寸

確定圓盤狀測試塊的機械尺寸時，需要考慮超聲波、振動波在測試塊上的傳播與分布特性，盡量避

免超聲波、振動波在測試塊上產(chǎn)生的駐波影響到測量結(jié)果。

圓盤的直徑可確定為1m，厚度可確定為1cm。

B.1.3測試塊的固定位置

為了不影響超聲波、振動波在測試塊上的傳播，測試塊的支架的固定位置宜在圓盤邊沿，遠離測試

區(qū)域（圓盤中心區(qū)域）。

B.1.4激勵源放置位置

激勵源一般是壓電陶瓷超聲傳感器或者振動傳感器，或者其他能夠產(chǎn)生超聲波、振動波的儀器、工

具等。

激勵源應(yīng)放置在圓盤中心位置附近。

B.1.5光傳感單元放置位置

光傳感單元與激勵源的相對位置和布置角度對于測量結(jié)果的影響很大。光傳感單元應(yīng)沿以激勵源為

圓心、半