電纜局放信號(hào)檢測(cè)方法的研究

楊昊

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司泰州市姜堰區(qū)供電公司，江蘇 泰州 225500）

1 電力電纜常見的絕緣缺陷

引起電力電纜局部放電現(xiàn)象的原因包括：電纜安裝過程中，機(jī)械外力所引起的電纜絕緣層局部破損；電纜安裝在土層中，電纜絕緣層會(huì)被水汽侵蝕，受潮嚴(yán)重；電纜端點(diǎn)處的材質(zhì)未達(dá)到工藝要求，存在氣泡；電纜運(yùn)行過程中，強(qiáng)電場(chǎng)和水分相互作用，形成絕緣水樹枝；電纜線芯表面毛刺等。

依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)的界定，局部放電表示導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電現(xiàn)象。電纜的強(qiáng)電壓所形成的電場(chǎng)會(huì)在絕緣體內(nèi)部及表面局部集中分布，高場(chǎng)強(qiáng)會(huì)引發(fā)局部放電[1]。電纜絕緣材料中的電介質(zhì)不足，且分布不均，使得高場(chǎng)強(qiáng)也分布不均，存在集中現(xiàn)象。如果場(chǎng)強(qiáng)過高，絕緣材料內(nèi)部小氣泡將會(huì)發(fā)生擊穿，局部放電信號(hào)得以形成。一般來講，局部放電現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間較短（＜1μs），還會(huì)發(fā)生一系列聲、光、電現(xiàn)象。

2 局部放電的檢測(cè)方法

XLPE電纜絕緣缺陷在產(chǎn)生局部放電的過程中會(huì)釋放出能量，同時(shí)伴隨著多種物理現(xiàn)象，比如電流脈沖、電磁輻射、發(fā)光、發(fā)熱、超聲波傳輸以及化學(xué)反應(yīng)等。局部放電的檢測(cè)手段就是利用局部放電過程中的聲、光、電及化學(xué)變化等現(xiàn)象來檢測(cè)[2]。目前，依據(jù)局部放電過程中所伴隨的現(xiàn)象而產(chǎn)生的相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)主要有高頻電流傳感器檢測(cè)（HFCT，High-frequency Current Transducer）、薄膜電極差分檢測(cè)等。

2.1 HFCT高頻電流傳感器檢測(cè)

XLPE電纜絕緣體的某一區(qū)域發(fā)生局部放電時(shí)，放電處產(chǎn)生電荷交換，于是就會(huì)在一個(gè)與之相連的回路中產(chǎn)生脈沖電流。圖1為高頻電流傳感器等效測(cè)量回路，結(jié)合圖1可知，在電磁耦合線圈的作用下，XLPE電纜接地線上的局部放電電流信號(hào)并入測(cè)量回路，為了獲得較為滿意的測(cè)量結(jié)果，使用高頻電流傳感器（HFCT）時(shí)，要求帶寬大于20 MHz。脈沖電流法是國(guó)際電工委員會(huì)推薦的方法，在局部放電測(cè)量中應(yīng)用最為廣泛[3]。

圖1 高頻電流傳感器等效測(cè)量回路圖

圖2 高頻電流傳感器（HFCT）

圖3 薄膜電極差分檢測(cè)等效測(cè)量回路原理圖

圖4 薄膜電極差分檢測(cè)

本文選用方波響應(yīng)法來校驗(yàn)高頻電流傳感器對(duì)高頻脈沖信號(hào)的耦合效果，首先把方波信號(hào)輸入XLPE電纜中，然后進(jìn)行信號(hào)采集，最終耦合得到波形圖。用示波器顯示傳感器采集到的信號(hào)波形如圖2所示。

由測(cè)試結(jié)果可以觀察到，高頻電流傳感器傳感器響應(yīng)波形的上升沿的時(shí)間間隔大約為70 ns，與方波源信號(hào)上升沿的時(shí)間基本相同，高頻電流傳感器能真實(shí)反映方波信號(hào)的上升沿，能采集到的信號(hào)的帶寬范圍為1～40 MHz，有較理想的方波響應(yīng)特性，但是有明顯的振蕩。

2.2 薄膜電極差分檢測(cè)原理

XLPE電纜絕緣體的某一區(qū)域發(fā)生局部放電時(shí)會(huì)出現(xiàn)脈沖電流，檢測(cè)局放信號(hào)時(shí)可以利用耦合電容，使局放發(fā)生過程中產(chǎn)生的脈沖電流流過檢測(cè)阻抗形成電壓，測(cè)量時(shí)，通過儀器測(cè)量這個(gè)電壓來檢測(cè)局部放電。根據(jù)這一思路，有人制作出簡(jiǎn)易模型，如圖3所示。其中，外金屬護(hù)套與金屬箔形成等效電容，檢測(cè)阻抗與電容形成檢測(cè)回路。在這一模型中，絕緣介質(zhì)中的局放信號(hào)被耦合至檢測(cè)阻抗上。薄膜電極差分檢測(cè)對(duì)方波信號(hào)的耦合測(cè)試波形圖如圖4所示。

3 總結(jié)

高壓XLPE電纜一旦發(fā)生絕緣擊穿，損失巨大，因此實(shí)現(xiàn)XLPE電纜狀態(tài)維修具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對(duì)局部放電機(jī)理進(jìn)行研究，介紹了電力電纜常見的絕緣缺陷以及局部放電的檢測(cè)方法。在以后的發(fā)展中，局部放電在線檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)不斷取得應(yīng)用，為電纜絕緣的狀態(tài)評(píng)價(jià)策略的制定提供理論基礎(chǔ)。

［1］周遠(yuǎn)翔，趙健康，劉睿，等.高壓/超高壓電力電纜關(guān)鍵技術(shù)分析及展望［J］.高電壓技術(shù)，2014，40（9）：2593-2612.

［2］王杰.高壓電纜局部放電檢測(cè)方法的研究［J］.電子世界，2014（12）：51.

［3］張強(qiáng).電力電纜局部放電檢測(cè)與模式識(shí)別的研究［D］.天津：天津大學(xué)，2007.