一、背景介紹
由于交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜具有絕緣性能好、易于制造、安裝方便、供電安全可靠、有利于美化城市等優(yōu)點(diǎn)，在60年代初問世以來的50余年中得到了迅速發(fā)展。在中低壓領(lǐng)域幾乎替代了油浸紙絕緣電纜，并已在高電壓等級(jí)中使用。近十年來，我國城市電網(wǎng)中大量采用XLPE電力電纜輸配電。但是這種電纜的絕緣結(jié)構(gòu)中往往會(huì)由于加工技術(shù)上的難度或原材料不純而存在氣隙和有害性雜質(zhì)，或者由于工藝原因，在絕緣與半導(dǎo)電屏蔽層之間存在間隙或半導(dǎo)電體向絕緣層突出，在這些氣隙和雜質(zhì)處極易產(chǎn)生局部放電（PD），同時(shí)在電力電纜的安裝和運(yùn)行過程當(dāng)中也可能會(huì)產(chǎn)生各種絕緣缺陷導(dǎo)致局部放電。由于XLPE等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料不斷老化最終導(dǎo)致絕緣擊穿，造成嚴(yán)重事故。
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)中的電力電纜的事故主要發(fā)生在其接頭處，事故原因很大程度上取決于接頭的施工條件和施工技術(shù)。為了保證電力電纜的安全運(yùn)行，要求在接頭做好后進(jìn)行耐壓和局部放電的試驗(yàn)。同時(shí)，對(duì)已經(jīng)進(jìn)入運(yùn)行的電纜也能經(jīng)常測量其局部放電以評(píng)估其絕緣狀態(tài)。因此，對(duì)電纜接頭進(jìn)行現(xiàn)場局部放電監(jiān)測，對(duì)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，進(jìn)而對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定都有重要的意義。
公司生產(chǎn)的電纜接頭局放測量系統(tǒng)已應(yīng)用到國內(nèi)多個(gè)供電局，經(jīng)過多年的技術(shù)積累，我公司已完成對(duì)國內(nèi)近百個(gè)不同電壓等級(jí)電纜接頭的帶電檢測。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)電纜接頭處的局部放電水平與監(jiān)測的脈沖幅值有密切的聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，擬對(duì)原有的局放測量系統(tǒng)進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)，只以接頭處接地線上的脈沖幅值大小以及接地電流值作為主要監(jiān)測參量，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而以較低成本，并有效方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜接頭局放水平的在線監(jiān)測。
二、檢測原理
當(dāng)電纜線芯中有電流流過時(shí)，將會(huì)使金屬護(hù)套上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。在護(hù)套開路時(shí)，這個(gè)感應(yīng)電勢可能會(huì)很大，有時(shí)不但會(huì)危及人身安全，還會(huì)擊穿金屬護(hù)套的外護(hù)層，尤其是電纜線路發(fā)生過電壓及短路故障時(shí)，在金屬護(hù)套上會(huì)形成很高的感應(yīng)電壓，使電纜外護(hù)套絕緣發(fā)生擊穿，故應(yīng)在金屬護(hù)套的一定位置采用特殊的連接方式和接地方式。
當(dāng)護(hù)層兩端都接地時(shí)，就和大地形成一個(gè)通路，從而產(chǎn)生了接地環(huán)流。護(hù)層接地方式不當(dāng)時(shí)，這個(gè)環(huán)流大小甚至可以達(dá)到線芯電流的50%或者更高，使得金屬護(hù)層上產(chǎn)生大量的損耗，影響了電纜的載流量并且使得電纜絕緣加速老化，同時(shí)電纜線路的許多故障會(huì)表現(xiàn)為金屬護(hù)層接地環(huán)流的變化，比如護(hù)層絕緣損壞引起的多點(diǎn)接地、護(hù)層接地系統(tǒng)遭到破壞（接地線或者交叉互聯(lián)線被偷盜）等，所以有必要對(duì)電纜金屬護(hù)層的環(huán)流進(jìn)行相關(guān)的分析計(jì)算。而當(dāng)護(hù)層單端接地時(shí)，接地線中將有電容電流流過，因?yàn)榭梢詫涡倦娎|線芯和線芯外面的金屬護(hù)套，看作是一個(gè)圓柱形的電容器，使得接地電流成分中含有電容電流，這個(gè)電容電流在電纜主絕緣狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)也隨之發(fā)生變化。當(dāng)電纜主絕緣存在水樹時(shí)，由于水樹的整流作用，將會(huì)有直流電流成分通過接地線，而電纜主絕緣或者接頭處存在缺陷的而產(chǎn)生的局部放電信號(hào)電流也會(huì)流經(jīng)電纜護(hù)層的接地線，這些不同類型的接地電流成分不僅可以反映電力電纜金屬護(hù)層自身的狀態(tài)，也可以反映主絕緣的品質(zhì)狀態(tài)（如老化以及缺陷等）引起的局部放電在內(nèi)的多類故障。
電纜內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的電流脈沖還可以激發(fā)出電磁波，包括中低頻和UHF段(0.3-1.5GHZ)電磁波，然后根據(jù)接收的信號(hào)來分析局部放電的嚴(yán)重程度及其位置。該方法特別適合在電纜頭位置處檢測，電纜頭是局放發(fā)生概率最高的位置，且UHF信號(hào)更容易傳出來被檢測到，可定制合適的頻帶來實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的，也能對(duì)故障實(shí)現(xiàn)定位。
超聲信號(hào)也是伴隨著電纜局放產(chǎn)生的衍生物，通過電纜表面超聲信號(hào)的檢測也能實(shí)現(xiàn)對(duì)局放信號(hào)的檢測。
HFCT是常規(guī)的電纜脈沖電流局放檢測方法，我們還可以提供脈沖電流法、UHF和超聲等多方法同時(shí)檢測方案。多種方法同時(shí)對(duì)局放信號(hào)進(jìn)行檢測可以實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果互相印證，減少單一方法因?yàn)楦蓴_信號(hào)引起的誤報(bào)警。
三、系統(tǒng)構(gòu)成
典型系統(tǒng)包括：
- 主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（軟件平臺(tái)）
- 前端采集部分
- 傳感器部分（局部放電傳感器）
- 電纜本體感應(yīng)取電部分
- 綜合檢測柜
3.1 局部放電信號(hào)傳感器
HFCT局放傳感器由磁芯、羅高夫斯基線圈、濾波和取樣單元以及電磁屏蔽盒組成。線圈繞在高頻下具有較高導(dǎo)磁率的磁芯上。濾波及取樣單元的設(shè)計(jì)，兼顧測量靈敏度和信號(hào)響應(yīng)頻帶的要求。為了抑制干擾，提高信噪比，并考慮到防雨、防塵等要求，羅高夫斯基線圈及濾波采樣單元都安裝在金屬屏蔽盒中。屏蔽殼設(shè)計(jì)有自鎖扣，可通過按壓開啟，提高了傳感器安裝的便利性和運(yùn)行過程中的安全性。
圖 HFCT局放傳感器
局放傳感器同時(shí)內(nèi)置了信號(hào)調(diào)理模塊，該模塊主要是對(duì)傳感器耦合到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、檢波處理，使高頻脈沖信號(hào)能有效被數(shù)據(jù)采集模塊采集到。
