電力電纜局部放電在線檢測(cè)技術(shù)

電力電纜局部放電在線檢測(cè)技術(shù)

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了電力電纜局部放電在線檢測(cè)技術(shù)，根據(jù)放電脈沖的波形特征有效識(shí)別電纜局放信號(hào)，利用放電電流計(jì)算放電量。闡述了電纜局部放電點(diǎn)的雙端定位方法，使用同步收發(fā)儀檢測(cè)微小的局放脈沖信號(hào)，進(jìn)行放大處理，再注入到被測(cè)電纜中，解決電纜局放點(diǎn)難于定位的問(wèn)題。引入英國(guó)電纜局放在線檢測(cè)及定位的實(shí)例及經(jīng)驗(yàn)，供使用單位參考。

關(guān)鍵詞：局部放電　在線檢測(cè)　定位　同步收發(fā)儀

0　引言

1電力電纜局部放電量的在線測(cè)量

局部放電檢測(cè)越來(lái)越被看作是一種最有效的絕緣診斷方法，在線檢測(cè)應(yīng)用中更是如此，目的是觀察和研究局部放電引起的絕緣老化問(wèn)題。電纜發(fā)生局部放電時(shí)，引起局部放電的空穴形成實(shí)阻抗，這是電纜的浪涌阻抗，在開(kāi)始時(shí)是純阻性的。其產(chǎn)生的脈沖基本上是單極性脈沖，上升時(shí)間很短，并且脈沖寬度也很窄。脈沖從產(chǎn)生的位置向外傳播，由于在電纜中傳播時(shí)的衰減和散射，當(dāng)?shù)竭_(dá)測(cè)量點(diǎn)時(shí)，脈寬增加，幅值減小。一般情況下，在測(cè)量時(shí)能檢測(cè)到比較好的脈沖波形，其保留了很多與源波形相同的特性。圖１顯示了一段典型的電纜局放脈沖波形，其上升時(shí)間以及脈沖特性可以通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的光標(biāo)測(cè)量。

圖1 電纜中的局部放電脈沖波形（顯示了計(jì)算機(jī)生成的光標(biāo)）

如果上升時(shí)間和脈沖寬度在電纜局部放電脈沖的通常范圍內(nèi)，那么就可以把該脈沖看成是電纜局部放電。一般來(lái)說(shuō)，電纜局部放電的上升時(shí)間在50ns到1s之間，而脈寬小于2s。實(shí)際上，對(duì)于交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜來(lái)說(shuō)，其對(duì)應(yīng)值會(huì)比這小些。這是由于XLPE電纜的損耗和散射比較小的緣故。脈沖的上升時(shí)間和脈寬取決于電纜端部的脈沖波形，也取決于檢測(cè)電路。然而，這種使用上升時(shí)間和脈沖寬度來(lái)檢測(cè)脈沖位置的簡(jiǎn)單方法并不非常適用。由于檢測(cè)電路的不確定性，同樣使得上升時(shí)間和脈沖寬度隨之變化，例如當(dāng)其包含一個(gè)大電感時(shí)，脈沖的上升時(shí)間就會(huì)遲緩，并且脈沖寬度也會(huì)變大。然而，在脈沖的起始位置，上升時(shí)間卻是一個(gè)很有價(jià)值的特征量。對(duì)于利用高頻電流傳感器（HFCT）的在線局部放電檢測(cè)，其檢測(cè)電路通常有較大的帶寬（>20MHz），這種簡(jiǎn)單的定位方法還是能得到較為滿意的測(cè)量結(jié)果的。

圖2高頻電流傳感器檢測(cè)33kV電纜局部放電（箭頭所指為高頻電流傳感器）

圖2所示為用于33kV XLPE電纜檢測(cè)的電流傳感器，傳感器可以?shī)A繞在接地線之上的每個(gè)線芯上，也可以將電流傳感器夾繞在接地線上。局部放電脈沖沿電纜傳至終端，在導(dǎo)體上它們的極性相同，在屏蔽上相反，關(guān)鍵的問(wèn)題是能在接地線或?qū)w電流兩者之間截取其中一個(gè)。實(shí)際上，這兩個(gè)信號(hào)很相似，但它們?cè)趦蓚€(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的噪音成分卻有所不同。

圖3 電纜脈沖上升時(shí)間分布
圖3所示為33kV紙絕緣電纜的在線檢測(cè)結(jié)果，從圖中我們可以看到，電纜的主要上升時(shí)間集中在200ns附近。被測(cè)電纜長(zhǎng)度為2km左右，所有脈沖全部取自于1600m處的一個(gè)中間接頭。從圖中顯示的電纜上升時(shí)間的分布情況看，各上升時(shí)間之間還存在著寬度不等的空白區(qū)。理論上，可根據(jù)圖3畫出上升時(shí)間的曲線圖，縱坐標(biāo)以米為單位，假定局部放電脈沖上升時(shí)間和脈沖在電纜中的傳播距離之間存在函數(shù)關(guān)系。實(shí)際上，這種關(guān)系也是比較容易建立的，它取決于電纜的類型，而問(wèn)題的關(guān)鍵就在于電纜終端的測(cè)量電路的阻抗是不確定的。如前面所述，當(dāng)檢測(cè)電路的阻抗中含有大的感抗時(shí)，脈沖的上升時(shí)間主要取決于檢測(cè)電路的阻抗而不是局部放電脈沖的傳播距離。在這種情況下，脈沖上升時(shí)間和傳播距離之間的關(guān)系就無(wú)法建立。
利用局部放電脈沖波形檢測(cè)局放的最大優(yōu)勢(shì)就在于：可以幾乎不用考慮因脈沖在電纜中傳播的衰減而造成的測(cè)量誤差，尤其是對(duì)于衰減很大的紙絕緣電纜。局部放電脈沖在電纜上傳播一段距離以后幅值很快就會(huì)衰減10到20倍。如果脈沖峰值衰減到原來(lái)的1/20，那么離測(cè)量點(diǎn)比較遠(yuǎn)的局部放電事件就會(huì)顯得很微弱，難以發(fā)現(xiàn)。利用放電脈沖波形，測(cè)量局部放電電流下的面積，就可以對(duì)幅值進(jìn)行測(cè)量，并且它受信號(hào)衰減的影響小得多，放電量則可通過(guò)放電電流的積分求得，如下式：

式中的“const”是電流轉(zhuǎn)換為電壓的系數(shù)。此式已考慮了電流互感器的傳輸阻抗，電纜阻抗以及放大器增益等因素。通過(guò)這種方法測(cè)量放電量以后，乘以一個(gè)修正因數(shù)并假設(shè)檢測(cè)阻抗為電纜的浪