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变电站是电力输送的枢纽，变电站电气设备的绝缘可靠性影响着电网的稳定安全运行。局部放电(partial discharge，PD)是电气设备绝缘内部缺陷处场强过大而产生的微小放电，既表征了电气设备绝缘的劣化，也是其进一步劣化的原因。对变电站电气设备进行PD检测和定位能够提早发现并排除其绝缘缺陷，提高供电可靠性、降低事故损失。特高频(ultra-high frequency，UHF)法因灵敏度高、抗干扰性能好、非接触式测量等优势被广泛用于PD检测和定位。为实现变电站智能化检修，提升变电站现场检测效率，国内外开发了多种基于UHF法的PD定位系统，系统通过特高频传感器阵列、信号采集及处理单元以及上位机软件实现PD信号实时采集、处理、计算等功能，但仅限于PD源二维定位，由于变电站是一个三维空间，利用二维坐标或方向定位发生PD的电气设备存在一定的困难，因此开展变电站PD三维定位系统的研究具有重要意义。
为实现PD三维定位系统的开发，本文提出系统采用基于两支定向型UHF天线在变电站内多个检测点旋转扫描的定位方法：天线阵列在单个检测点旋转至少三个角度获得PD信号的时延以计算较为准确的PD源三维方向，将多个检测点获取的多个方向向量进行三维误差概率计算得到PD源三维坐标。为避免多个PD源同时放电导致时延无法区分，提出采用峰值-密度算法提取时延中心并进行了时延区分度分析，根据分析结果对定位方法进行了完善。
其次，根据定位方法提出了PD三维定位系统的硬件设计方案，系统硬件包含旋转平台、自定位装置、阵列天线和信号采集及处理装置四个部分。由三维电子罗盘和程控步进电机组成的旋转平台实现了天线阵列的自动旋转及旋转角度测量；自定位装置利用两个UWB定位模块实现定位系统在变电站中的检测点坐标测量；开发的高增益、高指向性阵列天线用于接收PDUHF信号；PDUHF信号经同轴电缆传输至高采样率示波器，并通过以太网线将PD波形文件传输至上位机进行PD源定位计算。利用虚拟仪器开发工具LabVIEW，进行了PD三维定位系统上位机软件开发，上位机软件实现了对系统各硬件的控制和参数读取、PD波形文件读取、阵列信号时延估计、PD源定位计算和显示、定位结果保存等功能，形成了一套完整的变电站PD三维定位系统。
最后，在220kV试验变电站及500kV超高压变电站进行了现场试验。试验变电站模拟PD源三维定位误差均在0.5m以内，在500kV超高压变电站顺利定位出一处故障放电位置，验证了该定位系统在变电站现场使用的有效性。
为实现PD三维定位系统的开发，本文提出系统采用基于两支定向型UHF天线在变电站内多个检测点旋转扫描的定位方法：天线阵列在单个检测点旋转至少三个角度获得PD信号的时延以计算较为准确的PD源三维方向，将多个检测点获取的多个方向向量进行三维误差概率计算得到PD源三维坐标。为避免多个PD源同时放电导致时延无法区分，提出采用峰值-密度算法提取时延中心并进行了时延区分度分析，根据分析结果对定位方法进行了完善。
其次，根据定位方法提出了PD三维定位系统的硬件设计方案，系统硬件包含旋转平台、自定位装置、阵列天线和信号采集及处理装置四个部分。由三维电子罗盘和程控步进电机组成的旋转平台实现了天线阵列的自动旋转及旋转角度测量；自定位装置利用两个UWB定位模块实现定位系统在变电站中的检测点坐标测量；开发的高增益、高指向性阵列天线用于接收PDUHF信号；PDUHF信号经同轴电缆传输至高采样率示波器，并通过以太网线将PD波形文件传输至上位机进行PD源定位计算。利用虚拟仪器开发工具LabVIEW，进行了PD三维定位系统上位机软件开发，上位机软件实现了对系统各硬件的控制和参数读取、PD波形文件读取、阵列信号时延估计、PD源定位计算和显示、定位结果保存等功能，形成了一套完整的变电站PD三维定位系统。
最后，在220kV试验变电站及500kV超高压变电站进行了现场试验。试验变电站模拟PD源三维定位误差均在0.5m以内，在500kV超高压变电站顺利定位出一处故障放电位置，验证了该定位系统在变电站现场使用的有效性。