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電纜“局部放電”是較為常見的一種電纜問題,所謂“局部放電”是指在電場作用下,絕緣中只有部分區(qū)域發(fā)生放電而并沒有形成貫穿性放電通道的一種放電。產(chǎn)生局部放電的主要原因是電介質(zhì)不均勻時,絕緣體各區(qū)域承受的電場強(qiáng)度不均勻,在某些區(qū)域電場強(qiáng)度達(dá)到擊穿場強(qiáng)而發(fā)生放電,而其它區(qū)域仍然保持絕緣的特性。
電纜在制造過程中若絕緣混入金屬雜質(zhì)、出現(xiàn)氣孔空洞,或由于內(nèi)、外半導(dǎo)體層不規(guī)則突起引起高壓場強(qiáng)的不均勻,或絕緣中存在的電樹等,在這些部位都有可能出現(xiàn)局部放電。因為空氣的介電常數(shù)比絕緣材料的介電常數(shù)小,即使絕緣材料在不太高的電場作用下,氣隙氣泡部位的場強(qiáng)也會很高,當(dāng)場強(qiáng)達(dá)到一定值后就會發(fā)生局部放電。
局部放電的類型
從局部放電發(fā)生的位置、放電過程和現(xiàn)象來看,局部放電可以分為三種類型:內(nèi)部放電、表面放電和電暈放電。
1) 內(nèi)部放電
造成內(nèi)部局部放電的常見原因是絕緣體內(nèi)部存在氣隙或液體絕緣內(nèi)部存在氣泡。絕緣內(nèi)部氣隙發(fā)生放電的機(jī)理隨氣壓和電極系統(tǒng)的變化而異,從放電過程而論,可分為電子碰撞電離放電和流注放電兩類;在放電形式上可分為脈沖型(火花型)放電和非脈沖型(輝光型)放電兩種基本形式。
2) 表面放電
在電氣設(shè)備的高電壓端,由于電場集中,沿面放電場強(qiáng)又比較低,往往會產(chǎn)生表面局部放電;絕緣體表面放電的過程及機(jī)理與絕緣內(nèi)部氣隙或氣泡放電的過程及機(jī)理相似,不同的是放電空間一端是絕緣介質(zhì),另一端是電極。
3) 電暈放電
電暈放電通常發(fā)生在高壓導(dǎo)體周圍*是氣體的情況下。由于氣體中的分子自由移動,放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點不會固定在空間某一位置上。
以上是三種基本的局部放電形式。此外,絕緣體中存在水珠、導(dǎo)電雜質(zhì)、電氣設(shè)備內(nèi)部存在懸浮電位體也會引起局部放電;液體絕緣內(nèi)部也可能出現(xiàn)固體表面局部放電和電暈放電。
局部放電的危害
局部放電對絕緣結(jié)構(gòu)起著一種侵蝕作用,它對絕緣的破壞機(jī)理有以下幾個方面:
?、賻щ娏W?電子、離子等)沖擊絕緣,破壞其分子結(jié)構(gòu),如纖維碎裂,因而絕緣受到損傷;
?、谟捎趲щ婋x子的撞擊作用,使該絕緣出現(xiàn)局部溫度升高,從而易引起絕緣的過熱,嚴(yán)重時就會出現(xiàn)碳化;
?、劬植糠烹姰a(chǎn)生的臭氧及氮的氧化物會侵蝕絕緣,當(dāng)遇有水分則產(chǎn)生硝酸,對絕緣的侵蝕更為劇烈;
④在局部放電時,油因電解及電極的肖特基輻射效應(yīng)使油分解,加上油中原來存在些雜質(zhì),故易使紙層處凝集著因聚合作用生成的油泥(多在匝絕緣或其他絕緣的油楔處),油泥生成將使絕緣的介質(zhì)損傷角增大,散熱能力降低,甚至導(dǎo)致熱擊穿的可能性。局部放電的持續(xù)發(fā)展會使絕緣的劣化損傷逐步擴(kuò)大,終使絕緣正常壽命縮短、短時絕緣強(qiáng)度降低,甚至可能使整個絕緣擊穿。
局部放電的能量很小,通常不影響電纜短期的絕緣強(qiáng)度,但是長期存在著局部放電,即可以緩慢損壞絕緣,日積月累,時間長了則會導(dǎo)致絕緣擊穿,因而將會使其發(fā)生故障,若有水滲入電纜更會導(dǎo)致電纜無法挽救直接報廢,雖然多數(shù)問題可以通過做中間接頭處理,但依然是治標(biāo)不治本的做法。
電纜局部放電的根本原因是電纜質(zhì)量不合格造成,這樣的電纜長期使用極其容易造成事故,要避免這樣的事發(fā)生,基本的做法莫過于選用有國家認(rèn)證、有質(zhì)量保證的國標(biāo)電纜:為避免電纜出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象,應(yīng)該使用專業(yè)的局放在線監(jiān)測對電纜進(jìn)行監(jiān)測。
針對上述問題,我公司自主研發(fā)了JC-OM400L電纜局放在線監(jiān)測系統(tǒng)。
JC-OM400L電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方案,通過安裝在電纜接頭接地線上的高頻脈沖電流傳感器,來耦合電纜本體及接頭處的局部放電脈沖電流信號;耦合到的脈沖電流信號通過同軸電纜傳送至前端監(jiān)測采集器,對模擬信號經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號再通過光纖傳送至后臺服務(wù)器。后臺服務(wù)器對所有傳感器的信號分別進(jìn)行分類識別分析、計算,并將這些通過計算獲得的放電信息數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)庫中,同時在監(jiān)測系統(tǒng)的軟件上顯示監(jiān)測結(jié)果。
該系統(tǒng)包括高頻脈沖電流傳感器、在線監(jiān)測儀(監(jiān)測采集器)、現(xiàn)場監(jiān)控柜、高性能工業(yè)計算機(jī)(服務(wù)器)以及專家分析系統(tǒng)軟件和控制單元等組成。
J 10KV 及以上電壓等級的電纜局部放電在線監(jiān)測。能實時監(jiān)測放電量,放電相位,放電次數(shù)等基本局部放電參數(shù);計算出各個接頭及各段電纜局部放電幅值、頻次;經(jīng)多次采集(一般測量 50 個工頻周期)后,從數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)進(jìn)行譜圖分析和數(shù)據(jù)報表以確定放電點相對位置,必要時給出報警。并可按照客戶要求,提供有關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計量。能存儲測試譜圖、放電趨勢,從而及時發(fā)現(xiàn)電纜及接頭的絕緣缺陷,并為評估其絕緣水平及老化程度提供判據(jù),為電纜的檢修工作提供依據(jù)。 C-OM400L電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)適用于
主要功能參數(shù):
項目 | 參數(shù) |
工作電源 | 交流 220V;直流 24V;太陽能取電 |
通訊模式 | 與傳感器之間采用高頻電纜;與服務(wù)器之 間可以采用光纖、高頻電纜、4G 無線 |
最小測量放電幅值 | 1mV(現(xiàn)場 10PC) |
脈沖電流傳感器的頻率范圍 | 100kHz-30MHz |
放電脈沖的時間分辨率 | 10μs |
相位分辨率 | 0.18° |
定位誤差 | 3 米 |
(1)監(jiān)測系統(tǒng)采用開合式傳感器,結(jié)構(gòu)緊湊,拆卸安裝方便,不需要停電,可以很方便的對重點站、重點設(shè)備、異常設(shè)備進(jìn)行長期監(jiān)測。
(2)監(jiān)測系統(tǒng)采用雙端定位測量法,可實現(xiàn)對電纜本體產(chǎn)生的局部放電進(jìn)行實時定位, 理想條件下定位精度可達(dá)+/-3 米。
(3)采用高性能 FPGA 處理器,實現(xiàn) 100Msps、12Bit 分辨率的高速采樣、存儲,每次分析可連續(xù)采樣 50 個工頻周期以上的數(shù)據(jù)。
(4)帶通濾波技術(shù)與噪聲識別及剔除算法聯(lián)合運用,可有效識別局放信號。
(5)基于脈沖電流法(IEC60270 標(biāo)準(zhǔn))的局部放電監(jiān)測技術(shù),可檢測 10pC 以上局放信號。
(6)在無法鋪設(shè)光纖的情況下,可以采用 4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,可降低光纖布線困難,降低成本。
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