电力电缆局部放电试验及在线监测技术分析梁洋

电力电缆局部放电试验及在线监测技术分析梁洋

梁洋

（中国电能成套设备有限公司北京市100080）

摘要：随着城市电网的发展,用电负荷的不断增涨,电力电缆的故障概率也大大增加,考虑到原有维修体系的局限性,为降低停电和维修费用,提出了预知性维修,即在线监测这一概念。其具体内容是对运行中电气设备的绝缘状况进行局部放电,进行连续的在线监测,随时获得能反应绝缘状态变化的新信息。对这些信息进行分析处理后,对设备的绝缘状况做出诊断,并根据诊断的结论安排必要的维修,也就做到了有的放矢的维修,即在线监测一分析诊断一预知性维修,采用在线监测的预知性维修,带来的经济效益十分显著。

关键词：电力电缆；局部放电试验；在线监测技术

一、电力电缆局部放电的基本原理

XLPE电缆的绝缘层在制造过程中不可避免渗入很少部分的其他杂质或残留一些气泡，而这些存有杂质或气泡的区域，在场强作用下绝缘介质的树枝状老化，因此在这些区域就会首先发生放电现象。树枝引发初期，其局部放电量约0.1PC；当树枝发展到介质击穿临界状态时，其局部放电量可达到1000PC。引起局部放电的杂质或气泡形成实阻抗，其产生的脉冲基本上是单极性脉冲，上升时间很短，并且脉冲宽度也很窄。这是电缆的浪涌阻抗，在开始时是纯阻性的。

二、局部放电检测试验

（一）超声波检测法

局部放电产生的超声可引起机械振动和压力波。超声波检测法利用超声波传感器,对电缆局部放电产生的超声波进行探测,并将其转化为电信号,测量频率范围为10~300kHz。超声波检测法几乎不受外界的电磁干扰,可以进行带电检测,但超声波信号随着局放能量的增加,高频部分衰减速率也明显增加,所以超声波检测法一般用于接头附件及邻近位置的检测,结果作为辅助判断。

（二）脉冲电流法

从长远的角度来分析，电气设备局部放电检测的过程中，脉冲电流法是比较常用的方法，而且自身具备的可靠性、可行性是比较高的。脉冲电流法是目前唯一有国际标准的局部放电检测方法，它是通过获取测量阻抗在耦合电容侧或通过Rogowski线圈从电力设备的中性点或接地点测取由于局部放电所引起的脉冲电流，可以获得诸如视在放电量、放电相位、放电频次等信息。从目前的执行效果来看，脉冲电流法的应用，能够在放电检测方面，做出科学的解释，而且自身拥有的技术依据和理论依据是非常突出的。值得注意的是，该项技术手段的应用过程中，要坚持从新的技术模式来出发，老旧的脉冲电流法应用，无法满足新的工作要求，同时难以在未来工作的开展上，创造出较高的价值。

（三）差分法

差分法是将2块金属箔通过耦合剂分别贴在275kV电缆中间接头两侧的金属屏蔽筒外的绝缘上,金属箔与金属屏蔽筒之间构成约为1500~2000pF的等效电容,两金属箔间连接5Ω的检测阻抗。金属箔与电缆屏蔽筒的等效电容、2段电缆绝缘的等效电容与检测阻抗构成检测回路。当电缆接头一侧存在局部放电时,由于另一侧电缆绝缘等效电容的耦合作用,检测阻抗便耦合到局部放电脉冲信号,该信号将输入到频谱分析仪中进行窄带放大并显示。研究发现,频谱分析仪中心频率设在10~20MHz时,信噪比最高。差分法的检测回路类似于差动平衡电路,来自导线芯的噪声信号在检测阻抗的两端不能产生压降,因而可以很好地抑制噪声。

（四）特高频检测法

当代的科技发展速度不断加快，为了在电气设备局部放电检测方面取得更好的成就，不能总是按照单一的模式来开展，我们在检测工作的实施过程中，还可以通过特高频检测方法来完成。例如，特高频窄带测量的中心频率通常为几百MHz、带宽为几十MHz，以选择中心频率为600MHz，带宽为100MHz为例，则送入检测系统的频带为550--650MHz，窄带检测方法可以任意选择频带，因而可避开现场的许多干扰，能较有效地抑制外部干扰和提高信噪比。从这一点来看，特高频检测法的应用过程中，能够为检测体系的健全提供较多的帮助，很大程度上告别了既有的不足，针对未来工作的部署而言，能够做出较为卓越的贡献。

三、实施过程

（一）监测传感器

传感器是将反应设备状态信息的各种物理量如化学、机械力和电等各种能量形式的信息监测出来,是进行状态监测以及故障诊断的第一步,也是非常重要的一步。检测时,将传感器打开套在监测设备的接地线上,磁芯材料可以根据使用频率进行选择。当测量高频脉冲电流时可选用铁氧体,锰锌铁氧体的最高使用频率为3MHZ,相对磁导率为2000。测量50HZ低频电流时,可选用坡莫合金,其磁导率为105。

（二）数据采集

将电流传感器安装在电缆终端的屏蔽接地线上,当电缆接头内以及电缆终端发生局部放电时,局放脉冲会经屏蔽接地线流入大地,这样套在屏蔽接地线上电流传感器就会检测到这一放电信号。传感器将采集到的放电脉冲信号传输至数据采集卡,数据采集卡取得放电脉冲的数字信号并将数字信号传送至机进行后续的分析处理。

（三）监测信号的特征分析

从信号的特性分析中，会发现许多干扰信号，主要是随机脉冲型干扰信号，随机脉冲型干扰信号主要是：⑴试验回路中一些设备的启停等引起的干扰；⑵电力网络中的一些可控硅整流设备以及开关设备开关而引起的脉冲波动干扰；⑶电气设备本身产生的电磁波干扰等。

这些干扰信号具有固定的时频域特征，且与放电信号的时频域特征不同，因此在聚类过程中一般会聚集在一起。但是目前，大多数是提取局放信号的峰值时间序列。而这种方法对于多个干扰源时，其获取的局放信号将参杂多种放电信号，模式识别的各种放电谱图也是参杂各种信号，并且是随机混叠的。因此，在存在多个异常干扰源的情况下，基于脉冲峰值时间序列的局放识别系统对放电模式做出的判断可能是不准确的。如果采用脉冲波形时间序列替代传统的脉冲峰值时间序列进行监测，再采用某种办法将获取的放电脉冲群进行分类，并将同一类中高度相似的放电脉冲群转换成脉冲峰值时间序列，再按传统的方法对放电模式进行识别，就可以与基于单个人工缺陷模型构造的放电模式数据库进行对比，与数据库无关的放电脉冲群可判断为无效信号或噪声。而其他相关的放电脉冲数据则识别出其相应的放电类型。这样，不但解决了放电脉冲峰值时间序列的混叠问题，而且可以对多干扰源的放电模式进行识别。

（四）检测结果诊断

检测结果诊断也是GIS局部放电带电检测中较为常见的一种数据处理方式，当检测人员按照对应的检测方法将检测数据获取之后，为了保障其数据检测获取的科学性，应该在现有的带电检测中，将整个带电检测中的故障点标记，这样才能为电力企业的放带电检测提供保障，实现其整个带电检测的科学性提升。由于刀闸A的位置离电源的位置较近，因此，当传动机中出现故障时，其整个放带电损坏现象也就会相对较为严重。所以为了提升电力企业放带电检测技术应用性能，应该在现有的放带电检测中，将整个放带电检测中的信号转变为高频检测信号，保障在高頻信号的检测处理过程中，能够更加明确整个GIS局部放电出现的原因，及时采用维护措施，提升电力传输的供应质量。

四、结论

带电测试技术己经渐渐成熟,在状态检修中发挥了“为设备听诊”的作用,也为电力电缆线路提供了最为有效的检测方法,同时新设备的应用为龙岗供电局提供了在线监测试验与应用的平台,为制订停电检修计划提供了技术基础。龙岗供电局将不断累积现场测试的数据,充实新的“指纹”识别系统,不断完善检测手段及相关测试技术,建立相关的测试规程及导则,使在线监测技术发挥新贡献。

参考文献

[1]何潇.电气设备局部放电带电检测技术应用研究[D].天津大学，2016.

[2]李军浩，韩旭涛，刘泽辉，李彦明.电气设备局部放电检测技术述评[J].高电压技术，2015，41（08）：2583-2601.