高压电力电缆局部放电检测技术研究

高压电力电缆局部放电检测技术研究【摘要】随着社会的不断发展，科学技术的不断进步，目前常规的电力电缆检测技术已经不能满足电力电缆日常正常运行的要求。本文主要介绍了电力电缆局部放电的检测技术。【关键词】电力电缆；局部放电；检测方法交联聚乙烯（XLPE）电力电缆自从上世纪60年代初问世以来，经历了50多年的迅速发展。特别是随着城市电网建设的不断扩大，交联电缆的使用也变得日益广泛。但交联电缆在长期的运行过程中也会有各种缺陷的产生，导致绝缘性能下降，从而可能引起局部放电，导致事故的发生。然而目前的检测手段是否能为电网的正常运行提供有效的保障呢？因此，为了更好更有效的检测电力电缆的状况，对电力电缆局部放电检测技术的研究和运用正在不断探索中。电气设备检修技术的发展大致可以分为三个阶段：故障检修、定期检修、状态检修。故障检修，顾名思义是在设备发生故障时对故障部位进行检修。定期检修则是按规定的时间定期进行检查维修。状态检修是以可靠性为重点的检修，它是根据设备的状态而执行的预防性作业。状态检修可以在设备不停运的情况下进行状态评估，这种方法提高了检修的针对性和有效性，有效的延长了设备的使用寿命，合理降低设备运行的维护费用。1局部放电的基本原理及产生的原因交联电缆的绝缘体内部在制造或施工过程中可能会残留一些气泡或渗入其他杂质，在这些有气泡或杂质的区域，它的击穿场强低于平均击穿场强，因此在这些区域首先有可能发生放电现象。在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电现象，而没有贯穿在施加电压的导体之间，即尚未击穿的这种现象我们称之为局部放电。这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短（路桥）接而不形成导电通道为限。每一次局部放电对绝缘介质都会有一些影响，轻微的局部放电对电力设备绝缘的影响较小，绝缘强度的下降较慢；而强烈的局部放电，则会使绝缘强度很快下降。这是使高压电力设备绝缘损坏的一个重要因素。局部放电产生的原因主要有以下三个方面：（1）绝缘体中局部区域的电场强度达到击穿场强时，该区域就发生放电；（2）导体表面的毛刺、导体尖端或导体直径太小，在导体附近的电场集中也会造成放电；（3）浮动电位的金属体而出现感应放电，或有连接点接触不好而发生放电；2局部放电的检测方法局部放电的检测是通过局部放电所产生的各种现象为依据。通常在绝缘内部发生局部放电时会伴随出现许多现象，如电脉冲、电磁波、超声波、光和热等。根据上述的特征，目前常用的检测方法主要有：脉冲电流法、高频电流法、超声波法、化学检测法、射频检测法、光测法等多种方法。2.1脉冲电流法脉冲电流法是通过检测阻抗、检测变压器套管接地线、外壳接地线、铁心接地线以及绕组中由于局部放电引起的脉冲电流来获得实在放电量。是研究最早、应用最广泛的一种检测方法。该电流传感器通常按频带可分为窄带和宽带两种。窄带传感器一般在10KHZ左右，具有高灵敏度、抗干扰能力强等优点，但输出波形严重畸形。宽带传感器带宽为IOOKHZ左右，具有脉分辨率高的优点，但信噪比低。该方法的主要缺点一是由于检测阻抗和放大器对测量的灵敏度、准确度、分辨率以及动态范围等都有影响。因此，当试样的电容量比较大时，受耦合阻抗的限制，灵敏度也受到了一定的限制；二是测试频率低，一般小于1MHZ，因而包含的信息量少；三是在离线状态其灵敏度较高，而现场中易受外界干扰噪声的影响，抗干扰能力差；2.2高频电流法高频电流法是较为常见的检测方法，但检测的话只能检测两个地方：电缆本体和电缆接地线。当电缆内部发生局部放电现象时，会有部分电流通过外屏蔽层接地线流入大地。因此可以在接地线上安置高频电流传感器，以此来感应接地线上的局部放电电流，判断局部放电的发生。由于电缆本体相当于一根感应天线，因此这种检测方法会受到大量的广播干扰，需要做一定的数据处理才能够分辨电缆中的局部放电脉冲。2.3超声波法电力电缆内部发生局部放电的时候，同时会伴随有声波发射现象。所以我们用超声波传感器来探测电缆中的局部放电现象。这种方法避免了与高压电缆等的直接电气连接，适用于电缆无需断电的在线检测。但变压器内部绝缘结构复杂，各种声介质对声波的衰减及对声速的影响都不一样。目前使用的检测超声波传感器抗电磁干扰能力较差，灵敏度也不高，这就增加了检测难度。近年来，由于声电换能元件效率的提高和电子放大技术的发展，超声检测的灵敏度有了较大的提高，因而该方法的发展应用是非常有希望的。2.4化学检测法当变压器中发生局部放电时，各种绝缘材料会发生分解破坏，产生新的生成物，通过检测生成物的组成和浓度，可以判断局部放电的状态。目前，该方法已广泛应用于变压器的在线故障诊断中。故障类型不同，故障程度也不同，气体的组成和浓度也不相同，由此建立起来的模式识别系统可实现故障的自动识别。但直到目前，仍然没有形成统一的判断标准。因为它对发现早期潜伏性故障较灵敏，但不能反映突发性故障。2.5射频检测法它从变压器的中性点处测取信号。测量的信号频率可以达30MHZ，大大提高了局部放电的测量频率。同时测试系统安装方便，检测设备不改变电力系统的运行方式，对于三相局部放电信号的总合无法进行分辨，而且信号易受外界干扰。但随着数字化滤波技术的发展，射频检测法在局部放电在线检测中得到了广泛的应用。2.6光测法它是用局部放电产生的光辐射进行的。在变压器油中，各种放电发出的光波长不同。研究表明，通常在500～700mm之间。光电转换后通过检测光电流特性，可以实现局部放电的识别。虽然，在实验室中利用光测法来分析局部放电特征及绝缘劣化机理等方面取得了很大进展，但由于光测法设备复杂昂贵，灵敏度低，且需要被检测物质对光来说是透明的，因而不可能在实际中得以广泛应用。3检测中的信号干扰问题现在使用的交联电缆地方通常有数公里长，因此对于电缆的检测要进行定位。而电缆有其自身的阻抗，释放的高频信号到电缆两端碰到阻抗不匹配时会出现反射现象，有可能照成几个信号的叠加，这就需要我们正确的处理好信号。在现场的检测中，有时候大量的电磁干扰会把局部放电信号淹没，只有抑制这些背景干扰，提高信号的信噪比才能准确的识别出我们所需要的信号，为检测提供可靠的保障。局部放电在线检测中的干扰主要可以分为三大类：连续性正弦干扰、白噪声干扰和脉冲干扰。这其中则主要以连续正弦干扰和白噪声干扰的强度最大、分布最广。而脉冲干扰与放电脉冲信号极为相似。因此，如何抑制这三种干扰就成为局部放电信号中的又一大难点问题了。4小结目前，用于交联电缆的检测方法主要还是以脉冲电流法和高频电流法为主，现在的交联电缆局部放电检测和定位的效果还是不大理想，主要原因有：实际电缆连接复杂，局部放电脉冲电流在电缆内部结构中的传播路径不确定；局部放电脉冲信号在电缆中的传播与频率相关，受到衰减、反射等因素影响，检测灵敏度差；电缆的局部放电检测受窄带干扰等影响较大，一般的检测方法不能保证灵敏度。高压电力电缆局部放电的检测还有许多的问题没有得到解决，还需要更多的现场检测经验和理论研究。参考文献：[1]王吕长.电力设备的在线监测与故障分析.清华大学出版社，2006.[2]王风雷.电力设备状态监测新技术.中国电力出版社，2009.[3]史传卿.电力电缆安装运行技术问答.中国电力出版社，2002.