電力電纜局部放電在線檢測技術

電力電纜局部放電在線檢測技術

摘要：本文簡要介紹了電力電纜局部放電在線檢測技術，根據放電脈沖的波形特征有效識別電纜局放信號，利用放電電流計算放電量。闡述了電纜局部放電點的雙端定位方法，使用同步收發儀檢測微小的局放脈沖信號，進行放大處理，再注入到被測電纜中，解決電纜局放點難于定位的問題。引入英國電纜局放在線檢測及定位的實例及經驗，供使用單位參考。

關鍵詞：局部放電　在線檢測　定位　同步收發儀

0　引言

1電力電纜局部放電量的在線測量

局部放電檢測越來越被看作是一種最有效的絕緣診斷方法，在線檢測應用中更是如此，目的是觀察和研究局部放電引起的絕緣老化問題。電纜發生局部放電時，引起局部放電的空穴形成實阻抗，這是電纜的浪涌阻抗，在開始時是純阻性的。其產生的脈沖基本上是單極性脈沖，上升時間很短，并且脈沖寬度也很窄。脈沖從產生的位置向外傳播，由于在電纜中傳播時的衰減和散射，當到達測量點時，脈寬增加，幅值減小。一般情況下，在測量時能檢測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，其上升時間以及脈沖特性可以通過計算機生成的光標測量。

圖1 電纜中的局部放電脈沖波形（顯示了計算機生成的光標）

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

圖2高頻電流傳感器檢測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電纜檢測的電流傳感器，傳感器可以夾繞在接地線之上的每個線芯上，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，在導體上它們的極性相同，在屏蔽上相反，關鍵的問題是能在接地線或導體電流兩者之間截取其中一個。實際上，這兩個信號很相似，但它們在兩個測量點之間的噪音成分卻有所不同。

圖3 電纜脈沖上升時間分布
圖3所示為33kV紙絕緣電纜的在線檢測結果，從圖中我們可以看到，電纜的主要上升時間集中在200ns附近。被測電纜長度為2km左右，所有脈沖全部取自于1600m處的一個中間接頭。從圖中顯示的電纜上升時間的分布情況看，各上升時間之間還存在著寬度不等的空白區。理論上，可根據圖3畫出上升時間的曲線圖，縱坐標以米為單位，假定局部放電脈沖上升時間和脈沖在電纜中的傳播距離之間存在函數關系。實際上，這種關系也是比較容易建立的，它取決于電纜的類型，而問題的關鍵就在于電纜終端的測量電路的阻抗是不確定的。如前面所述，當檢測電路的阻抗中含有大的感抗時，脈沖的上升時間主要取決于檢測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，脈沖上升時間和傳播距離之間的關系就無法建立。
利用局部放電脈沖波形檢測局放的最大優勢就在于：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量誤差，尤其是對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衰減10到20倍。如果脈沖峰值衰減到原來的1/20，那么離測量點比較遠的局部放電事件就會顯得很微弱，難以發現。利用放電脈沖波形，測量局部放電電流下的面積，就可以對幅值進行測量，并且它受信號衰減的影響小得多，放電量則可通過放電電流的積分求得，如下式：

式中的“const”是電流轉換為電壓的系數。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。通過這種方法測量放電量以后，乘以一個修正因數并假設檢測阻抗為電纜的浪