基于电磁波谱法的高压设备局部放电检测与定位技术的应用导则

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中国电力企业联合会标准

T/CECXXXXX—201X

基于电磁波谱法的高压设备局部放电检测

与定位技术的应用导则

Applicationguideofpartialdischargedetectionandlocationtechnologyfor

Air-insulatedhigh-voltageequipmentbasedonelectromagneticspectroscopy

（征求意见稿）

201X-XX-XX发布201X-XX-XX实施

发布

中国电力企业联合会I

T/CECXXXX—XXXX

前言

本标准按照GB/T1.1－2009《标准化导则第1部分：标准化的结构和编写》给出的规则起草。

本标准的某些内容可能涉及专利，本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。

本标准由中国电力企业联合委员会提出。

本标准由全国电力设备状态维修与在线监测技术标委会归口并解释。

本标准主要起草单位：

本标准主要起草人：

本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二条

一号，100761）。

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基于电磁波谱法的高压设备局部放电检测与定位技术的应用导则

1范围

本导则规定了基于电磁波谱法的高压设备局部放电检测与定位技术的应用导则的检测条件、仪器要

求、检测周期及检测方法。

本导则适用于敞开交流变电站式高压设备，包括电压互感器、电流互感器、避雷器、套管及断路器

等。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T7354局部放电测量

GB/T9410-2008移动通信天线通用技术规范

GB26860电力安全工作规程发电厂和变电站电气部分

GB/T17626.6-2008电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度

DL/T417-2006电力设备局部放电现场测量导则

DL/T1630-2016气体绝缘金属封闭开关设备局部放电特高频检测技术规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本导则。

3.1

敞开式高压设备air-insulatedhigh-voltageequipment

相对低绝缘及相间绝缘主要靠大气压下的空气间隙，而且某些带电部分未加封闭的变电站内高压设

备。

[参考GB/T2900.59-2008，术语和定义605-02-13]

3.2

电磁波谱法electromagneticspectrummethod

对局部放电产生的电磁波信号进行检测，通过分析电磁波谱图中的首波、频段、能量等特征参数来

实现对局部放电源的检测与定位的方法。

3.3

天线antenna

能有效地辐射或接收电磁波，将传输线与空间或其他媒质耦合起来的一种装置。它包括直到传输线

端口为止的所有匹配、平衡、移相或其他耦合装置。

1

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3.4

频带宽度bandwidth

天线的频带宽度简称带宽，在此频率范围内，天线的性能能符合产品规范所规定的要求。

3.5

带电检测energizedtest

在运行状态下对设备状态量进行的现场检测。

[DL/T393-2010的3.17]

3.6

局部放电partialdischarge

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在导体附近发生。

[GB/T7354，术语和定义3.1]

3.7

等效高度equivalentheight

表征特高频局部放电天线将局部放电辐射的电磁波能量转换为电压信号的能力，量纲为mm，其定

义为：

푈0(푓)

퐻푒(f)=（1）

퐸푖(푓)

式中：

f——为信号频率；

Efi()——为频率为f时传感器入射电磁波的电场强度值，单位mv/mm；

Uf0()——为频率为f时传感器的输出电压幅值，单位mV。

3.8

时差定位法locationbythetimedifferenceofarrival

利用电磁波到达各天线的时间差来确定放电源位置的方法。

3.9

定位误差locationerror

表征放电源检测与定位系统定位准确度的指标，指测量计算与放电源实际位置的距离误差。

4检测条件

2

T/CECXXXX—XXXX

4.1安全要求

4.1.1应严格执行GB26860和变电站巡视的要求。

4.1.2现场检测过程中应有专人监护，监护人在检测期间应始终行使监护职责。

4.1.3应确保操作人员及测试仪器与电气设备的高压部分保持足够的安全距离。

4.1.4测试现场出现明显异常时（如异常声响、电压波动、系统接地等），应立即停止工作并撤离现场。

4.2人员要求

4.2.1具有一定的变电站现场工作经验，熟悉电力生产工作现场的相关安全管理规定。

4.2.2了解局部放电检测的基本原理，掌握局放检测的操作程序。熟悉本导则，接受过敞开式高压设备

电磁波谱法局部放电检测与定位技术的培训。

4.2.3了解被检测设备的结构特点、工作原理和运行状况。

4.3测试环境要求

4.3.1被试设备应为带电设备，且被测设备上无其他作业。

4.3.2应选择开阔位置检测，避免检测点与被试品间有金属遮挡物。

4.3.3检测的环境温度应在-25℃～55℃之间；空气相对湿度不宜超过80%，无凝露；大气压力：

80kPa~110kPa。

4.3.4户外检测应避免天气条件影响，不应在雷电、暴风雨等极端环境下进行检测。

5仪器要求

5.1功能要求

5.1.1充电电池应确保单次连续使用时间不少于5小时。

5.1.2能显示局部放电信号的图谱特征。

5.1.3宜具备局放信号类型识别能力。

5.1.4具备故障点初步定位结果显示功能。

5.1.5应具备数据记录能力。

5.1.6宜具备数据管理和数据导入导出功能。

5.1.7宜具备自动生成检测报告功能。

5.2性能要求

5.2.1天线检测频带：一般在100MHz-750MHz。

5.2.2电压驻波比：在天馈线检测带宽内，驻波比小于1.5。

5.2.3有效高度：在电磁波场内检测，在天线检测带宽内，平均有效高度不应小于24.0mm。

5.2.4灵敏度：设备检测灵敏度小于或等于-65dBm。

5.2.5采集卡性能要求：采样率应能满足局放定位灵敏度要求，故障点距被测点10米以上时，定位准

确度小于6度；故障点距被测点10米以内定位准确度小于1m。

6检测周期

6.1宜在设备新投运后3个月内进行1次检测，作为原始记录。

3

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6.2对于运行中设备的带电检测周期，宜根据设备的重要性、运行年限、设备所处环境条件等综合条件

确定检测周期。

6.3必要时如巡视发现异常应进行检测。

7检测方法

7.1检测前准备

7.1.1掌握被测变电站结构特点、设备运行状况、易产生局放位置等信息。

7.1.2核对设备运行编号、铭牌信息、检查历史检测记录，重点设备应收集常规预防性试验数据辅助判

断。

7.1.3检查仪器电源线、信号线连接情况，开机检测系统是否正常运行。

7.1.4仪器校准。使用局部放电信号发生器，对仪器的准确度进行校准，确保仪器的检测准确度在要求

的范围内，准确度超出范围的仪器不能用于检测。若校准不符合要求，则需检查仪器及接线是否正确。

7.2检测步骤

7.2.1应确保检测装置与被测设备中间无遮挡。

7.2.2对重点关注设备，推荐检测车在其前进方向与设备区域大致呈45度角处进行测试。如有发现疑

似放电信号，宜前进至车后于设备区域大致呈45度角处进行测试。并根据两个检测位置处的定向结果

的交叉点为可疑放电点位置。

7.2.2记录检测位置及对应的信号数据。

7.2.3检测数据异常时应予以关注，在该设备区域多个位置进行检测及定位。

7.2.4行进至下一个检测点并按前述步骤进行检测直至所有检测点检测完毕。

7.3检测结果处理

7.3.1根据检测结果综合判断可疑放电点位置。

7.3.2对疑似放电位置，宜同时采用超声波局部放电检测、红外热像仪检测、紫外检测等其他方法辅助

判断。

7.4注意事项

变电站敞开式设备巡检应重点关注和分析的局放位置包括电压互感器、电流互感器、避雷器、套管、断

路器等的局放，非必要重点关注的设备的局放位置包括隔离开关、伸缩接头、母线接触位置等。

4

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8检测报告

检测报告至少应包括下列内容：

a）变电站名称；

b）环境温湿度及仪器信息；

c）检测日期及时间；

d）检测单位、检测人员及审核人员；

e）检测位置、放电信号数据及定位结果；

f）检测结论和处理建议。

敞开式高压设备局部放电检测报告格式参见附录C。

5

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附录A

（资料性附录）

电磁波谱法的局部放电检测及定位原理

检测原理

敞开式变电站内高压设备因绝缘缺陷放电将激发电磁波。该电磁波遵循麦克斯韦的电磁场基本方程

并在变电站空间辐射。采用多个天线传感器组成传感器阵列，可实时监测变电站空间内的电磁波信号。

定位原理

本指导性文件采用时差定位法。局部放电产生的电磁波在空气介质中的传播速度一定，放电源和检

测点的位置确定时，放电产生的电磁波信号从放电源到检测点的传播时间也是确定的，因此可以根据各

个天线接收到放电信号的相对时刻和空间几何关系计算出放电源的位置。该方法具有较高的准确度，主

要包括时差估计与非线性时差方程求解两步。

敞开式高压设备电磁波谱法局部放电定位法，通过比较不同传感器接收同一局放信号的时间差，

根据预先测量出的传感器位置反推出局放源坐标，系统示意图见A1，定位原理见图A2。

图A1变电站敞开式高压设备放电检测与定位系统示意图

图A2变电站敞开式高压设备放电定位原理示意图

附图A1中所示天线阵列至少包含4个独立的天线，各独立天线间距离应大于1.0m。假设局放源

6

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坐标为P(x,y,z)，传感器放置在同一水平面上z=0，传感器坐标为S1(d1,d2,0)、S2(-d1,d2,0)、S3(-d1,-d2,

0)、S4(d1,-d2,0)。假设局放源P在t=0时刻放电，超高频信号被S1接收所用时间为t1，S2、S3、S4分别

滞后t21、t31、t41时间，电磁波在空气中传播速度为光速c，则可得如下三维空间定位关系式：

22222

(x−d1)+(y−d2)+z=ct1

(x+d)2+(y−d)2+z2=c2(t+t)2

12121(1)

22222

(x+d1)+(y+d2)+z=c(t1+t31)

22222

(x−d1)+(y+d2)+z=c(t1+t41)

将(1)中第2、3、4式与1式相减消去z，并进行加减运算可得：

222

1ttt214131+−

t1=−

2ttt214131+−

c2tttttt()()−−−

x=214131214131(2)

4d1214131ttt+−

c2tttttt()()−−−

y=412131412131

4d2214131ttt+−

极坐标形式为：

yd1tttttt412131412131()()−−−

tan()==

xttttttd()()2214131214131−−−

(3)

cttt222+−

rct==−214131

1

2ttt214131+−

其中为局放源的水平方向角，r为局放源到S1传感器的距离。

从式(1)-(3)可知，精确的测量t21、t31、t41是局部放电定位的基础。本标准推荐采用广义互相关法

技术来计算电磁波信号时差。

广义互相关法利用了两信号互相关系数可以直接反映这两个信号的相似程度的原理。统计学上两

离散随机变量X，Y，其相关系数RXY定义为：

cov(,)XY

R=(4)

XYDXD()()Y

其中cov(,)XY为随机变量X与Y的协方差，D(X)、D(Y)为两个随机变量的方差。

局部放电电磁波信号相邻采样点之间按一定步长进行三次样条插值。假设原始信号采样率2G(采

样间隔0.5ns)，按0.1ns的步长进行插值，得到插值信号Ptitr()，相当于采样率通过软件提高了5倍。假

设插值信号Ptitr1()和Ptitr2()其信号长度为L，系统采集和插值得到的离散信号点可视为0，1分布，有信

号时为1，无信号时为0；Ptitr1()和Ptitr2()的数学期望为各自的平均值，分别记为a，b。相关函数推导

如下：

由式(4)可得：R=

PPitr1itr2

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LL

P())P())iajb−−

i=1j=1itr1itr2

(5)

LL

P())P())kakb−−22

k=11itr1itr2k=

以Pt()为参考信号，Pt()平移m个点时，互相关系数表达式为：R=

itr1itr2PPitr1itr2

L

[P()][P()]nanmb−+−

n=1itr1itr2(6)

LL

[P()][P()]nanmb−+−22

nn==11itr1itr2

根据广义相关法原理，当R达到最大值时，对应的m与插值时间间隔相乘即为信号时间延迟。

PPitr1itr2

再根据式(3)即可计算局放源坐标。

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附录B

（资料性附录）

放电点定位误差校正方法

基于时差的局部放电定位法受采样精度和现场干扰的影响，会降低实际定位精度。本导则推荐从

系统定位误差入手，利用人工神经网络技术等人工智能算法，模拟并学习局部放电定位系统的误差分布，

对定位误差进行补偿。

修正时延误差的RBF神经网络模型由网络由输入层、隐层和输出层组成，如图B.1所示。

图B1时延误差修正的RBF神经网络模型

输入向量X即为4个时差值：X=[x1,x2,x3,x4]=[t21,t43,t41,t32]，对应的输出向量Y为神经网络修正

后的时间差Y=[y1,y2,y3,y4]=[Δt21,Δt43,Δt41,Δt32]，则输入与输出之间的映射关系为：

m

yRxijj=*()(1)

j=1

式中j为隐层到输出层的权值；Rj(x)为基函数，对输入信号在局部产生响应，本标准推荐选择高

斯函数：

2

xc−j

Rxjm()exp,=−=1,2,,(2)

j22

j

式中x为输入向量；cj为第j个高斯基函数的中心；j是第j个基函数中心点的宽度；m为隐层神

经元的个数。xc−j为输入向量到cj的欧氏距离，Rj(x)在cj处服从高斯分布。

由于造成时延误差的原因复杂、影响因素众多、随机性较大等，单个神经网络对定位结果的修正

效果难以满足要求。本标准推荐使用如图B.2所示的多个RBF神经网络对定位误差进行分段修正的方

法。利用=0°，r=2m、4m、6m和r=8m、12m和r=12m、15m、18m的数据分别训练RBF1、RBF2和

RBF3，再对0≤r≤6m、6m≤r≤12m和12m≤r≤18m范围内的时延数据分别进行修正。

从神经网络训练原理上来看，RBF神经网络输入与输出之间关系如式(1)所示，则单个RBF神经网

络均方误差为：

nn

1122

E=(yi−pi)=(ei)(3)

22ii==11

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其中，pi为网络的期望输出值。

图B2多神经网络分段局放定位误差修正模型

由RBF神经网络构造原理可知，基函数中心cj是由输入的时延数据中心确定，时延误差对于网络

训练误差由cj体现。

设cj存在误差Δcj，网络训练的误差为ΔE，则根据误差传递可知：

EEyi

=Ecc=jj(4)

cycjij

对于三个神经网络RBF1、RBF2和RBF3，设其网络误差为ΔE1、ΔE2和ΔE3。对(4)作进一步变换

可以推导出式(5)：

EEEE++123(4)

由上述分析可知利用3个RBF神经网络分别进行训练，网络的均方误差小于单个神经网络训练后

的误差。定性分析，单个神经网络通过比较网络当前输出与期望输出，通过误差的反馈不断调整网络神

经元权值，循环直至网络性能达到最优，训练时间长、模型精度相对较低；多神经网络系统通过建立多

个网络，分别模拟各个分段中的误差分布，从而使得整个网络在训练时间、鲁棒性和精度上有较大提升。

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附录C

（资料性附录）

敞开式高压设备局部放电检测报告

试验单位：报告日期：

检测负责人检测人员检测日期

变电站名称地点电压等级

检测仪器编号检测仪器标定

天气环境温度环境湿度

检测数据

1）检测位置（照片）2）放电时域波形及定位结果（图片）

2）检测位置（照片）2）放电时域波形及定位结果（图片）

3）检测位置（照片）3）放电时域波形及定位结果（图片）

诊断分析

处理意见

备注

无

审批意见

检测人员：审核：

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附录D

（资料性附录）

敞开式高压设备电磁波谱法局部放电检测典型案例

D.1110kV变压器套管末屏接地不良放电（见图D.1）

2013年，利用车载式局放巡检系统检测到某站内110kV变压器附近存在明显放电信号，如图D.1所

示。放电定位在C相套管方向。在对C相套管末屏进行拆解后发现套管末屏有接地不良情况，且存在因

放电产生的大量黑色粉末。

a)车载式巡检系统天线接收信号b)变压器套管末屏放电痕迹

D.1变压器套管末屏局部放电图示

D.2500kV开关受潮放电（见图D.2）

2014年，利用车载式局放巡检系统检测到某站内500kV开关附近存在明显放电信号。在对该开关

进行解体过程中，发现极柱的中间法兰处及密封圈严重进水，绝缘拉杆上可见污迹、水珠。随后对该绝

缘杆施加381kV电压下，局放水平为162pC（测试背景值为3pC，测试系统空载局放值为65pC），已超

出标准＜3pC要求。

a)车载式巡检系统天线接收信号b)开关极柱法兰面积水、积污

D.2开关受潮局部放电图示

D.3110kV油浸式电压互感器顶部压力调节装置腐蚀放电（见图D.3）

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2012年，利用车载式局放巡检系统检测到某站内110kV油浸式电压互感器附近存在明显放电信号。

经解体检查发现该电压互感器顶部压力调节装置多处腐蚀。

a)车载式巡检系统天线接收信号

b)电压互感器顶部压力调节装置多处腐蚀

D.3油浸式电压互感器顶部压力调节装置腐蚀放电图示

D.4110kV油浸式电流互感器局放诊断（见图D.4）

2016年10月，对某站110kVB相油浸式电流互感器进行油色谱试验发现，氢气含量12964μL/L，

总烃597μL/L，较上一次试验结果增加约9倍。三比值法代码为“010”，初步判断该设备存在局部放

电。为进一步确认故障位置，对该设备开展了局部放电故障定位，现场测试如图示。天线阵列正对缺陷

设备，以测试点位置为原点O建立三维坐标系。四个天线的坐标分别为①（0,0,1），②（-1.4,0,0），③

（1.4,0,0），④（0,1,0）。经测试，定位结果集中在坐标为（0.1,2.2,3.6）的附近，现场测量发现该放电源

位置位于该电流互感器法兰以上第四个伞群位置。

13

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D.4油浸式电流互感器局部放电精确定位图示

D.5500kV变压器喷淋阀防雨罩松动悬浮放电（见图D.5）

2016年9月，在对500kV某变电站进行车载全站设备局部放电检测时，检测车在Q4位置即#3主

变C相附近检测到较大信号，车辆位置、测试数据如图D.5所示。

a)车载全站局放测试图示

14

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b)天线车接收信号及定位结果图示

图D.5500kV变压器附近巡检示意图示

通过车载系统的快速巡检，筛查并定位出该变压器附近存在较大放电信号的区域。进一步地，采用

带电检测系统对该区域进行精确定位，如图D.6的测试照片。

图中列出了变压器四周7个消防喷淋防雨罩的位置。2支定向天线放置于Q1和Q2位置时，所检

测到UHF信号（如图D.7所示）到达时间一致，波形特征一致，说明局放源位于与Q1和Q2位置连接

线垂直的平面，即信号来源于变压器外部。2支定向天线放置于Q3和Q4位置时，所检测到UHF信号

（如图D.7所示）到达时间一致，波形特征一致，说明局放源位于与Q3和Q4位置连接线垂直的平面。

现场排查可见图D.8中变压器消防喷淋防雨罩明显松动，存在悬浮放电。

图D.6局部放电精确定位测试图示

15

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a）天线Q1和Q2接收信号b）天线Q3和Q4接收信号

图D.7500kV#3主变C相附近局放测试图示

图D.8干扰源位置照片

16

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目录

1范围..........................................................................................................................................................1

2规范性引用文件......................................................................................................................................1

3术语和定义..............................................................................................................................................1

4检测条件..................................................................................................................................................2

5仪器要求..................................................................................................................................................3

6检测周期..................................................................................................................................................3

7检测方法..................................................................................................................................................4

8检测报告..................................................................................................................................................5

附录A（资料性附录）电磁波谱法的局部放电检测及定位原理........................6

附录B（规范性附录）放电点定位误差校正方法....................................9

附录C（规范性附录）敞开式高压设备局部放电检测报告...........................10

附录D（规范性附录）敞开式高压设备电磁波谱法局部放电检测典型案例.............11

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基于电磁波谱法的高压设备局部放电检测与定位技术的应用导则

1范围

本导则规定了基于电磁波谱法的高压设备局部放电检测与定位技术的应用导则的检测条件、仪器要

求、检测周期及检测方法。

本导则适用于敞开交流变电站式高压设备，包括电压互感器、电流互感器、避雷器、套管及断路器

等。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T7354局部放电测量

GB/T9410-2008移动通信天线通用技术规范

GB26860电力安全工作规程发电厂和变电站电气部分

GB/T17626.6-2008电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度

DL/T417-2006电力设备局部放电现场测量导则

DL/T1630-2016气体绝缘金属封闭开关设备局部放电特高频检测技术规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本导则。

3.1

敞开式高压设备air-insulatedhigh-voltageequipment

相对低绝缘及相间绝缘主要靠大气压下的空气间隙，而且某些带电部分未加封闭的变电站内高压设

备。

[参考GB/T2900.59-2008，术语和定义605-02-13]

3.2

电磁波谱法electromagneticspectrummethod

对局部放电产生的电磁波信号进行检测，通过分析电磁波谱图中的首波、频段、能量等特征参数来

实现对局部放电源的检测与定位的方法。

3.3

天线antenna

能有效地辐射或接收电磁波，将传输线与空间或其他媒质耦合起来的一种装置。它包括直到传输线

端口为止的所有匹配、平衡、移相或其他耦合装置。

1

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3.4

频带宽度bandwidth

天线的频带宽度简称带宽，在此频率范围内，天线的性能能符合产品规范所规定的要求。

3.5

带电检测energizedtest

在运行状态下对设备状态量进行的现场检测。

[DL/T393-2010的3.17]

3.6

局部放电partialdischarge

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在导体附近发生。

[GB/T7354，术语和定义3.1]

3.7

等效高度equivalentheight

表征特高频局部放电天线将局部放电辐射的电磁波能量转换为电压信号的能力，量纲为mm，其定

义为：

푈0(푓)

퐻푒(f)=（1）

퐸푖(푓)

式中：

f——为信号频率；

Efi()——为频率为f时传感器入射电磁波的电场强度值，单位mv/mm；

Uf0()——为频率为f时传感器的输出电压幅值，单位mV。

3.8

时差定位法locationbythetimedifferenceofarrival

利用电磁波到达各天线的时间差来确定放电源位置的方法。

3.9

定位误差locationerror

表征放电源检测与定位系统定位准确度的指标，指测量计算与放电源实际位置的距离误差。

4检测条件

2

T/CECXXXX—XXXX

4.1安全要求

4.1.1应严格执行GB26860和变电站巡视的要求。

4.1.2现场检测过程中应有专人监护，监护人在检测期间应始终行使监护职责。

4.1.3应确保操作人员及测试仪器与电气设备的高压部分保持足够的安全距离。

4.1.4测试现场出现明显异常时（如异常声响、电压波动、系统接地