高壓電纜附件局部放電超高頻檢測與分析

林相華

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

上個(gè)世紀(jì)60年代，交聯(lián)聚乙烯開始了極其漫長的發(fā)展，隨著城市電網(wǎng)建設(shè)的不斷擴(kuò)大，交聯(lián)電纜的應(yīng)用越來越廣泛。同時(shí)高壓交聯(lián)聚乙烯電力電纜附件的內(nèi)部存在大量復(fù)合界面和電場應(yīng)力集中現(xiàn)象，電纜附件的質(zhì)量和壽命往往受到制作工藝以及人工經(jīng)驗(yàn)的影響。因此，本文對(duì)高壓電纜附件局部放電超高頻檢測進(jìn)行研究分析有著一定的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

一、高壓電纜局部放電檢測的目的及意義

現(xiàn)如今，電纜在其投入與運(yùn)行的過程中，由于長時(shí)間與土壤、水分、潮氣接觸進(jìn)而使得電纜的絕緣受到一定的腐蝕滲透。同時(shí)電纜制造以及其附件安裝過程也存在一定的缺陷，導(dǎo)致了高壓電纜絕緣的老化，從根本上使得電力電纜的電阻和電容發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的改變。但是電力電纜的絕緣擊穿在一定程度上由于物理和化學(xué)效應(yīng)的產(chǎn)生逐漸表現(xiàn)為局部放電，這一過程的實(shí)現(xiàn)為高壓電纜局部放電的檢測提供了一定的必要依據(jù)。

然而，為了更好的實(shí)現(xiàn)高壓電纜局部放電檢測，就要從根本上對(duì)電力電纜發(fā)生的故障點(diǎn)進(jìn)行查找，但是就其實(shí)質(zhì)性而言，故障點(diǎn)的查找過程是相當(dāng)困難的，如果不能及時(shí)的對(duì)故障點(diǎn)的位置進(jìn)行一定的查找，可能會(huì)造成極大的浪費(fèi)與損失。同時(shí)為了對(duì)事故的發(fā)生有效加以抑制，往往通過對(duì)高壓電纜附件局部放電超高頻進(jìn)行檢測進(jìn)而保證電力電纜的正常運(yùn)作?？傊?，發(fā)現(xiàn)電纜故障隱患最有效的方法則是對(duì)局部放電進(jìn)行一定的檢測，從根本上保障電力電纜安全可靠的運(yùn)行。

二、高壓電纜附件局部放電的基本原理、產(chǎn)生的原因以及檢測方法

（一）高壓電纜附件局部放電的基本原理

圖1 仿真高斯電流脈沖波形和頻譜

由于交聯(lián)電纜的絕緣體內(nèi)部在其制造施工的過程中難免存在一些氣泡殘留和其它雜質(zhì)的滲入，進(jìn)而造成了局部擊穿場強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平均擊穿場強(qiáng)，甚至還會(huì)存在放電的現(xiàn)象。同時(shí)在電場的作用下，由于存在局部的放電現(xiàn)象進(jìn)而產(chǎn)生了一種局部的放電。往往這種局部放電在一定程度上使得導(dǎo)體間的絕緣局部短接進(jìn)而造成導(dǎo)電通道的堵塞,然而，每一次的局部放電難免影響著絕緣介質(zhì)，高強(qiáng)度的局部放電在一定程度上降低了絕緣強(qiáng)度。

（一）高壓電纜附件局部放電產(chǎn)生的原因

第一、絕緣體中局部區(qū)域的電場強(qiáng)度在一定程度上超過擊穿場強(qiáng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定的局部放電。

第二、由于導(dǎo)體的直徑相對(duì)太小，往往導(dǎo)體附近的電場相對(duì)集中時(shí)也會(huì)形成一定的放電。

第三、往往浮動(dòng)電位的金屬體在某種程度上出現(xiàn)感應(yīng)放電。

（三）高壓電纜附件局部放電超高頻檢測的方法

高壓電纜附件局部放電超高頻檢測的方法主要有脈沖電流法、高頻電流法、超聲波法以及化學(xué)檢測法、射頻檢測法以及光測法等方法。

三、高壓電纜附件局部放電超高頻檢測的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）中間接頭物理模型的構(gòu)建

一般情況下，對(duì)于電纜物理模型的構(gòu)建主要是針對(duì)于電纜纜心的構(gòu)建，進(jìn)一步的分析內(nèi)部電磁信號(hào)的傳播特性。往往在其構(gòu)建的過程中通過借助于一種中間接頭實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜的連接，同時(shí)為了更好地保護(hù)內(nèi)部電場分布的情況，往往將導(dǎo)電線芯和連接管有機(jī)的相連接。則在對(duì)等效電氣參數(shù)進(jìn)行選擇的時(shí)候，一方面要從根本上對(duì)仿真條件進(jìn)行滿足；另一方面則要對(duì)半導(dǎo)電層對(duì)中間接頭內(nèi)部局部放電脈沖的影響進(jìn)行考慮。

（二）激勵(lì)源與便捷條件的設(shè)置

在對(duì)高壓電纜附件局部放電的激勵(lì)電流源進(jìn)行模擬的時(shí)候，通常采用脈沖高斯函數(shù)，其脈沖峰值為10mA，脈沖的寬度則為1ns，1GHz為半峰值頻率，激勵(lì)源時(shí)域波形和頻譜如圖1所示。

然而，計(jì)算機(jī)的容量有一定的限制，往往需要在計(jì)算機(jī)區(qū)域的截?cái)噙吔缣幗o出吸收邊界條件進(jìn)而對(duì)計(jì)算的空間加以限定。而匹配層作為一種特殊的介質(zhì)層，其波阻抗與相鄰介質(zhì)波阻抗是完全的匹配，進(jìn)而入射波將直接的穿過分解進(jìn)而進(jìn)入匹配層。

（三）網(wǎng)格劃分和邊界條件

一般情況下。影響局部放電信號(hào)傳播最主要的因素則是半導(dǎo)電層，由于完全匹配層是一種特殊的介質(zhì)層，在匹配層的波阻抗無任何反射直接傳入完全匹配層時(shí)，在一定使得介質(zhì)有所損耗，同時(shí)在介質(zhì)進(jìn)入匹配層之后，透射波將會(huì)迅速的衰減，而有限的基層匹配層介質(zhì)對(duì)于入射波有著良好的吸收效果。

四、仿真結(jié)果分析

（一）檢測位置對(duì)局部放電超高頻信號(hào)的影響

使得監(jiān)測點(diǎn)位于接頭、本體橫截面上，并且在一定程度設(shè)置其角速度=90°，并間隔排列在金屬護(hù)套內(nèi)側(cè)圓周上，通過對(duì)各個(gè)電場分量的比較，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)電場強(qiáng)度在徑向方向較大，同時(shí)其縱向分量相對(duì)較小，在一定程度上可以直接的忽略。最主要的原因則是電磁波在主絕緣投射進(jìn)入半導(dǎo)電層時(shí)容易發(fā)生折射現(xiàn)象，但是由于半導(dǎo)電層的厚度相對(duì)較小，往往其折射可以忽略。總之局部放電電磁波在電纜內(nèi)部主要是通過準(zhǔn)TEM波傳播的。

（二）接收距離對(duì)局部放電超高頻信號(hào)的影響

（三）金屬護(hù)套尺寸對(duì)局部放電超高頻信號(hào)的影響

一般來說，不同尺寸的波導(dǎo)在一定程度上對(duì)超高頻電磁波的傳播有著不同的截止頻率，而局部放電超高頻信號(hào)能量的多少直接影響著截止頻率。就其實(shí)質(zhì)性而言，電力電纜的電壓等級(jí)相對(duì)較低，從根本上說，金屬護(hù)套更適應(yīng)于局部放電超高頻信號(hào)的檢測，但是同樣也加大了傳感器尺寸設(shè)計(jì)的難度。

（四）半導(dǎo)電層尺寸對(duì)局部放電超高頻信號(hào)的影響

一般情況下，半導(dǎo)電層主要是局部放電陡脈沖傳播的影響因素。本體中的局部放電超高頻信號(hào)畸變相對(duì)嚴(yán)重，同時(shí)其波頭較為平緩，復(fù)制和振蕩頻率也有所降低，其原因主要是半導(dǎo)電層相對(duì)主絕緣，其電導(dǎo)率和介電常數(shù)相對(duì)較大，同時(shí)又是一種非線性頻變的有耗介質(zhì)，往往不同頻率的局部放電的電磁波能夠在該界面產(chǎn)生不同的折射和反射，進(jìn)而導(dǎo)致能量衰減和波形畸變。

結(jié)語

總而言之，通過本文對(duì)高壓電纜局部放電檢測的目的和意義以及其基本原理作了主要的分析探討，進(jìn)而對(duì)高壓電纜附件局部放電超高頻檢測方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)作了主要的說明，同時(shí)通過對(duì)半導(dǎo)電層和多層復(fù)合介質(zhì)對(duì)局部放電超高頻信號(hào)影響模型的構(gòu)建，并對(duì)其仿真研究分析，進(jìn)一步的對(duì)超高頻信號(hào)內(nèi)部絕緣缺陷產(chǎn)生的局部放電信號(hào)進(jìn)行了有效的檢測。

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