電纜局部放電檢測

張瀚++楊亨++徐暉++黃遠(yuǎn)峰

摘 要 隨著我國電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不斷的完善，對于高壓電纜逐漸的重視；高壓電纜不僅是系統(tǒng)的重要組成部分，自身也具有一定熱性能、機(jī)械性能等特征，所以被廣泛的應(yīng)用到輸電、配電網(wǎng)絡(luò)中；但是高壓電纜運(yùn)行故障，一直是電力系統(tǒng)研究的重點，尤其是電纜附件造成的故障，使其電纜運(yùn)行，受到嚴(yán)重的影響。也說明了電纜環(huán)節(jié)的薄弱性。同時隨著電力系統(tǒng)不斷的優(yōu)化，對其高壓電纜的運(yùn)行，提出了更多的要求，加上電纜附件制作工藝的繁瑣性，風(fēng)險控制是相對復(fù)雜且不容易的，對此加強(qiáng)高壓電纜的絕緣檢測，是非常有必要的，從而更好的促進(jìn)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】電纜 局部放電 檢測

我國以往對其高壓電纜檢修，是采取預(yù)防性試驗，即離線檢測的方法；這種檢修的方式，不僅影響其電力生產(chǎn)，同時也存在檢修周期長，人力、物力大量耗費(fèi)等問題；而當(dāng)前的在線檢測方式，提高了電纜附件維護(hù)、檢修、更換的效率，同時特征信號不僅準(zhǔn)確，且判斷迅速，是以往檢測技術(shù)質(zhì)的飛躍；成功的實現(xiàn)了事故檢測，到事故預(yù)防的轉(zhuǎn)變，有效的降低了事故發(fā)生率。同時在線檢測技術(shù)，還存在數(shù)據(jù)精確，反應(yīng)迅速等特征優(yōu)勢，是未來電纜局部放電檢測發(fā)展的主要趨勢。

1 局部放電的原理

電纜的絕緣體內(nèi)部，容易受到外界干擾因素影響，優(yōu)勢是在制造、加工中的，多少都會存在氣泡等各樣的雜質(zhì)，使其該區(qū)域的擊穿大幅度的降低，繼而容易出現(xiàn)放電現(xiàn)象。電纜在使用時，受到電場作用影響，絕緣體內(nèi)部，出現(xiàn)部分區(qū)域放電，但是并沒有貫穿施加電壓導(dǎo)體間的，稱為局部放電。在相關(guān)局部測量規(guī)范中，對其局部放電的定義，也做處理一系列的描述，即部分橋接的放電現(xiàn)象，在導(dǎo)體附近發(fā)生，也可以不發(fā)生；但是這種情況的出現(xiàn)，無疑是一種安全、質(zhì)量問題隱患，使其電纜出現(xiàn)老化、絕緣擊穿的情況，不利于電力系統(tǒng)的長壽命發(fā)展。

針對于電纜局部放電檢測工作的展開，是為了更好的通過檢測局部放電信息的收集、分析，對其存在的早期問題、風(fēng)險、隱患，進(jìn)行技術(shù)的發(fā)現(xiàn)、處理，從而更好的推動其電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，完成任務(wù)交接。局部放電現(xiàn)象，主要發(fā)生在絕緣內(nèi)部，受到電場作用影響，內(nèi)部氣泡中氣隙中的空氣分子，出現(xiàn)了游離情況；此時正負(fù)電子，會向著不同兩端的極性，進(jìn)行集結(jié)作用，電荷得以集聚，氣泡場強(qiáng)增大，使其出現(xiàn)擊穿情況；伴隨著脈沖電流的產(chǎn)生。

2 電纜局部放電在線檢測方法分析

局部放電檢測。可以根據(jù)其放電產(chǎn)生中，所表現(xiàn)出來的各種物理現(xiàn)象進(jìn)行分析，并通過一系列的物理量，對其局部放電狀態(tài)進(jìn)行描述。其中在其絕緣內(nèi)部，產(chǎn)生局部放電時，會出現(xiàn)電脈沖、電磁波、超聲波、光、熱等現(xiàn)象，或是出現(xiàn)新的生成物、氣體壓力、化學(xué)變化等狀況。

電纜局部放電在線檢測的主要方法，包括差分法、方向藕合法、電磁藕合法、超高頻電容藕合法、超高頻電感藕合法、超聲波檢測法。

2.1 其中差分法

工作原理如圖1所示。

主要檢測結(jié)構(gòu)，是由XLPE電纜、金屬屏蔽、中間接頭、絕緣墊圈、金屬箔、檢測阻抗促成，具有檢測簡單安全、可進(jìn)行在線檢測的優(yōu)勢，同時存在高頻信號傳播不穩(wěn)定，靈敏度不高的缺點。

2.2 方向藕合法

應(yīng)用到的方向藕合器結(jié)構(gòu)，是由于電纜絕緣連接的電極板、羅戈夫斯基線圈、終端阻抗構(gòu)成。當(dāng)局部放電信號，經(jīng)過電纜傳遞時，此時電容、線圈上，會對其脈沖信號進(jìn)行感應(yīng)；同時系統(tǒng)中，兩個方向耦合器的安裝，會根據(jù)耦合到的放電信號，判斷放電脈沖信號的來源。

2.3 電磁藕合法

應(yīng)用由羅氏線圈、前置放大器、頻譜分析儀等組成的電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)；檢測的原理，局部放電信號存在時，金屬屏蔽層，會對其脈沖電流進(jìn)行感應(yīng)，當(dāng)脈沖電流，傳遞到傳感器時，會在其二次繞組部位，感應(yīng)出存在的異樣信號，從而得到局部放電信息。

2.4 超高頻電容藕合法

其超高頻電容藕合器，主要由金屬屏蔽層、電容藕合器、導(dǎo)線芯、外半導(dǎo)電層、XLPE絕緣組成，當(dāng)其處于超高頻條件時，外半導(dǎo)電層阻抗，與絕緣層阻抗可比，地球淺層地表的電位，為金屬屏蔽層，從而測量出其高頻信號。該方法的優(yōu)點，表現(xiàn)為設(shè)計電容耦合器，極限頻率為500 MHz，常用作電纜、附件局部放電的超高頻傳感器，照比以往的局部放電測量，自身的靈敏度要更高。但同時也存在超高頻信號衰減問題，需要在其電纜接頭、端部，借助傳感器的安裝，實現(xiàn)局部放電測量工作，容易對其電纜表層，造成不同程度的破壞。

2.5 超高頻電感藕合法

是采取線圈，當(dāng)做其傳感器，對其螺旋狀金屬屏蔽電纜，實施局部放電檢測，也是一種在線監(jiān)測方式。

2.6 超聲波檢測法

該檢測系統(tǒng)，以壓電晶體，當(dāng)做傳感器；壓電晶體具有信號、電荷量轉(zhuǎn)換的性質(zhì)，通過前置放大器，實現(xiàn)光電的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過光電元件轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)光、電信號的信號；最后在示波器上，顯示出其放大后電信號。具有簡單安全的優(yōu)點，以及靈敏度較低的缺點。

3 存在的問題

XLPE即交聯(lián)聚乙烯，電纜局部放電在線監(jiān)測技術(shù)，目前還存在一定的弊端，受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的影響，在實際意義上并不是理想，并且也只能在實驗室中完成，制約因素包括外界磁場干擾源、信號量幅值低、信號原始波變形、信號識別不專業(yè)、XLPE電力電纜絕緣評價標(biāo)準(zhǔn)不完善等方面的原因；使其點看局部放電在線檢測技術(shù)，難以得到良性發(fā)展。其中影響局部放電，在線監(jiān)測中的干擾因素，包括連續(xù)性正弦干擾、白噪聲干擾、脈沖干擾，而連續(xù)性正弦干擾、白噪聲干擾，干擾強(qiáng)度、分布，都是非常嚴(yán)重的，甚至根本檢測不到局部放電脈沖信號。同時脈沖干擾、放電脈沖信號，兩者之間存在一定的相像性，對此對于放電脈沖的影響，也是非常大的，使其信號收集人員不易信號收集；對此干擾信號的抑制，也成為了目前加強(qiáng)局部放電在線監(jiān)測的質(zhì)量、靈敏度問題的關(guān)鍵。

4 改善項目研究

4.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介

本項目的電纜接頭局部放電檢測裝置，有效的結(jié)合了軟硬件優(yōu)勢，包括多通道分配器、高頻信號處理模塊、AD采集單元、處理運(yùn)算單元、輸入輸出接口電路、電源系統(tǒng)。通過多通道分配器、AD采集單元，實現(xiàn)同步個電源的各相電壓電壓幅度、角度信息的采集各，然后通過硬件濾波、軟件路波、FFT算法運(yùn)算后，得出各路電壓的電壓幅度、相互角度關(guān)系，達(dá)到電纜局部放電測量的目的。電纜接頭局部放電檢測裝置，有效的改善了以往離線檢測的缺點，只要把裝置安裝在電纜接頭位置，就能實現(xiàn)電纜狀況的實時檢測，如局部放電量，超過設(shè)定的數(shù)值，會及時的發(fā)出警告。同時也是一個強(qiáng)抗干擾能力的檢測技術(shù)；其中電纜接頭局部放電檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖、現(xiàn)場檢測圖、處理運(yùn)算單元的電路圖、電源系統(tǒng)的第一電源電路的電路圖、電源系統(tǒng)的第二電源電路的電路圖、輸入輸出接口電路的電路圖，分別如2—7圖所示。

4.2 電纜接頭局部放電檢測裝置技術(shù)分析

4.2.1 本裝置的技術(shù)關(guān)鍵點

（1）電纜接頭局部放電檢測裝置研制；電纜接頭局部放電檢測裝置，關(guān)乎高頻信號的采集，通過電纜接頭周圍超聲局放信號的采集，并經(jīng)過信號處理、數(shù)字濾波技術(shù)，實現(xiàn)電纜故障的定位，局放量的量化，其中GUI界面設(shè)計如圖8所示。

（2）現(xiàn)場連接；電纜接頭局部放電檢測裝置，有內(nèi)部超聲局放、外部特高頻采樣兩種方式，可以通過兩種方式，實現(xiàn)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)的互補(bǔ)。

4.2.2 創(chuàng)新點

（1）操作方便，不用停電；可實時對其處于運(yùn)行狀態(tài)的電氣設(shè)備局部放電，進(jìn)行帶電檢測。

（2）操作智能化；不用考慮局放放電次數(shù)、放電相位、放電圖譜的變化等方面的內(nèi)容，儀器復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、智能判斷，能夠保證電氣設(shè)備局部放電的測量高效、準(zhǔn)確性。

（3）傳感器多樣化；傳感器的不同配置，能夠靈活、高效的對變壓器、開關(guān)柜、GIS、電纜、高壓線路等設(shè)備進(jìn)行檢測，體現(xiàn)出了儀器的靈活性。

（4）進(jìn)口傳感器的高靈敏度。進(jìn)口高靈敏度傳感器，比以往傳感器增益高，有助于交叉互聯(lián)電纜接頭故障定位技術(shù)的實現(xiàn)。

5 總結(jié)

綜上所述，通過對于其電纜局部放電在線檢測的分析，發(fā)現(xiàn)我國常用的電纜局部放電在線檢測方法，受到技術(shù)支持、資金等方面的影響，雖然具備了在線檢測技術(shù)的理論，但是在實際操作上，受到現(xiàn)場噪音、因素復(fù)雜等方面的影響，抗干擾能力不夠，對此還存在一定的弊端。自從在線檢測技術(shù)的研究發(fā)展，人們也充分的意識到了離線檢測技術(shù)的避免，以及優(yōu)化的必要性；通過對于以往差分法等技術(shù)的經(jīng)驗總結(jié)，研究出了新的電纜接頭局部放電檢測裝置，不僅對其以往在線方法設(shè)計、實踐上的弊端，進(jìn)行了優(yōu)化；同時也進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新，注重抗干擾方法的開發(fā)，結(jié)合多種檢測技術(shù)的經(jīng)驗，有效的提高了其局部放電檢測的質(zhì)量、效率；是當(dāng)前電纜局部放電檢測技術(shù)的創(chuàng)新，是電纜局部放電在線檢測技術(shù)發(fā)展的重要里程。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭文棟，楊寧，錢勇，黃成軍，江秀臣.多傳感器聯(lián)合檢測技術(shù)在XLPE電纜附件局部放電定位中的試驗研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011：84-88.

[2]陳慶國，蒲金雨，丁繼媛，李昊，孫建濤，張書琦.電力電纜局部放電的高頻與特高頻聯(lián)合檢測[J].電機(jī)與控制學(xué)報，2013：39-44.

[3]羅翔，蔡金錠，張孔林.基于向量分析法的三相交聯(lián)電纜局部放電檢測與分析識別技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013：91-96.

[4]孫志明.10kV電纜振蕩波局部放電檢測技術(shù)研究及應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2012.

作者單位

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局 廣東省潮州市 521000