高壓電纜局部放電檢測方法的研究

王杰

【摘要】高壓電纜局部放電檢測系統(tǒng)的開發(fā)涉及到高壓絕緣和高壓試驗等技術(shù)，局部放電檢測是通過狀態(tài)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)故障隱患，采取有效手段進行處理，降低供電系統(tǒng)運行風(fēng)險，提高供電設(shè)備的運行效率，保證電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】高壓電纜；局部放電；檢測方法

1.引言

本文定性的分析了局部放電產(chǎn)生的基本原理和檢測方法，通過高壓電纜工作的背景噪聲來源和性質(zhì)的分析（以35KV高壓電纜為例），研究并設(shè)計出高壓電纜局部放電檢測所需的試驗電源以及局部放電測量系統(tǒng)

2.高壓電纜局部放電檢測技術(shù)的現(xiàn)狀

國內(nèi)在高壓電纜局部放電檢測技術(shù)方面的研究起步相對較晚，發(fā)展也比較緩慢，特別是由于局部放電過程比較復(fù)雜，到目前研究理論仍很不完善，給這方面的研究帶來了很大的困難。上海電纜研究所從上世紀(jì)60年代起，已經(jīng)開始進行局部放電試驗的探索工作，但是由于沒有靈敏度較高的測試儀器，而且國家標(biāo)準(zhǔn)中也沒有明確局部放電考核指標(biāo)，所以研究工作曾一度中斷。

目前眾多國家已將高壓絕緣檢測技術(shù)應(yīng)用于高壓電纜故障檢測與診斷之中，通過狀態(tài)監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，能夠大大提高其供電設(shè)備運行效率，降低供電系統(tǒng)運行風(fēng)險，提高輸電線路運行的安全性和穩(wěn)定性。但是目前對高壓電纜故障檢測在一定程度上主要局限于交流耐壓試驗。由于干擾抑制等原因局部放電檢測效果不是很理想，致使局部放電試驗還相對較少。目前高壓電纜局部放電檢測仍處于不斷探索和研究階段。

3.高壓電纜局部放電產(chǎn)生的原因

交聯(lián)聚乙烯電力電纜在其電氣性能和耐熱性能上的突出特點，普遍應(yīng)用于工業(yè)輸電領(lǐng)域，一般輸電線路的高壓電纜的電壓等級有10KV、35KV、220KV等，由于安裝方式和制造工藝等原因，電纜絕緣材料內(nèi)部可能存在一些雜質(zhì)，使得出現(xiàn)電纜絕緣材料表面或內(nèi)部區(qū)域所承受的電場不均勻的現(xiàn)象。電纜運行過程中，在電場作用下絕緣體內(nèi)部或表面就會出現(xiàn)一些區(qū)域的電場強度比平均電場強度要高，一些區(qū)域的擊穿場強比平均擊穿場強要低，因此在這些區(qū)域便會首先出現(xiàn)放電現(xiàn)象，而其他區(qū)域仍然保持著正常的絕緣特性，這便形成了局部放電。

絕緣體內(nèi)部的氣隙在發(fā)生放電的時候，氣隙中的氣體便會產(chǎn)生游離的現(xiàn)象，導(dǎo)致中性分子分離成帶電的正、負(fù)離子等質(zhì)點，并且在外部施加的電場作用下，電子或負(fù)離子會沿電場相反方向移動，正離子會沿電場方向移動，因此這些空間電荷便建立了新的電場，方向與外界施加的電場相反，此時氣隙內(nèi)的實際電場強度為Ec=E外-E內(nèi)。

外界施加的電壓是正弦交流電壓，當(dāng)電壓瞬時值上升至使氣隙上的電壓達到氣隙的擊穿電壓時，氣隙便發(fā)生放電。

高壓電纜局部放電是比較復(fù)雜的物理過程，需要通過多種表征參數(shù)才能全面地描繪其狀態(tài)，主要參數(shù)包括視在放電電荷、放電重復(fù)率、放電能量、放電平均電流、放電功率等。長時間的局部放電對電纜的絕緣材料的絕緣性會產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，主要表現(xiàn)在由于放電所產(chǎn)生的局部發(fā)熱、化學(xué)活性生成物、帶電粒子的撞擊以及輻射等因素對絕緣材料的損傷。這種對絕緣材料的破壞作用是一個緩慢的發(fā)展過程，而且從局部開始，并受多種其他因素影響，對運行中的高壓電纜存在安全隱患，局部放電是造成高壓電纜最終發(fā)生絕緣擊穿的主要原因之一。

4.高壓電纜局部放電檢測原理及方法

局部放電的測試是根據(jù)局部放電發(fā)生時所產(chǎn)生的各種物理現(xiàn)象，通過可以表達該現(xiàn)象的物理量的測量來表征局部放電發(fā)生的狀態(tài)，由于局部放電發(fā)生時會伴隨多種物理現(xiàn)象，因此測試方法也相對比較多，一般分為電測法和非電測法兩大類，電測法主要包括脈沖電流法、電橋法和無線電干擾法等，它們都是依據(jù)測試放電時產(chǎn)生的電荷變化以及放電能量損耗等來進行測試的。非電測法主要包括光測法、超聲波檢測法等，非電測法主要通過對局部放電產(chǎn)生的光波、聲波等物理量的測量來檢測局部放電的狀態(tài)。

目前在眾多的局部放電檢測方法中普遍采用的是脈沖電流法，這種測試方法可以測得放電量、放電重復(fù)率、平均放電電流、放電能量等局部放電的基本參數(shù)，而且靈敏度較高，因此這種方法得到了廣泛的應(yīng)用。

脈沖電流法的基本原理可用圖2所示電路進行闡述：當(dāng)被測電纜Cx產(chǎn)生局部放電時，電纜兩端便會產(chǎn)生一個瞬時電壓變化DU，這時回路中就會產(chǎn)生一個脈沖電流I，脈沖電流經(jīng)過耦合電容Ck耦合到檢測阻抗Zd上，在檢測阻抗上產(chǎn)生脈沖電壓，將此脈沖電壓予以采集、放大以及相應(yīng)顯示處理，便可以測得局部放電的一些基本物理量。

脈沖電流法是對局部放電頻譜中的較低頻段成分進行測量（一般為數(shù)十千赫茲至數(shù)百千赫茲，局部放電信號能量主要集中在此段頻帶內(nèi)），從而盡可能避免無線電的干擾（無線電信號頻率一般為300kHz以上）。

根據(jù)測試回路的特點，脈沖電流法包括“直測法”和“平衡法”兩種。

直接測試局部放電所產(chǎn)生的脈沖電流在檢測阻抗兩端響應(yīng)的脈沖電壓的方法稱為直測法，包括串聯(lián)測試回路和并聯(lián)測試回路兩種，每種測試回路都包括以下基本部分：

（1）試驗電壓u，根據(jù)電纜等級，通過試驗電源產(chǎn)生的高壓；

（2）耦合電容Ck，與被測電纜Cx構(gòu)成脈沖電流的流通回路；

（3）檢測阻抗Zd，將放電產(chǎn)生的脈沖電流轉(zhuǎn)化為脈沖電壓，以便采集處理；

（4）測量系統(tǒng)M，測量檢測阻抗的輸出電壓信號，并將其轉(zhuǎn)化成局部放電相關(guān)參數(shù)進行顯示。

5.局部放電檢測圖譜分析

局部放電檢測系統(tǒng)圖形顯示部分是將表征局部放電的各種參數(shù)，最典型的圖譜包括放電量與相位圖譜（）、基圓圖譜。這些圖譜主要是將試驗電壓一個工頻周期的相位分成多個等區(qū)間，然后選取不同周期內(nèi)同一個相位區(qū)間的視在放電電荷的平均值，做出放電量與相位之間的直方圖。

電纜局部放電是一個能量積累和釋放的過程，在正弦交流電壓下，電纜的局部放電主要發(fā)生在一個正弦周期電壓絕對值由零升至峰值的相位上，即工頻周期內(nèi)0～90°和180～270°的相位上，并且在電纜試品發(fā)生的放電量、放電次數(shù)、放電能量上形成正態(tài)分布。

6.總結(jié)

本章主要講述了高壓電纜局部放電產(chǎn)生的原因以及產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象，并闡述了對高壓電纜局部放電檢測的意義所在，同時介紹了高壓電纜局部放電檢測的發(fā)展現(xiàn)狀，最后分析了局部放電產(chǎn)生的基本原理和檢測方法以及對放電圖譜進行了分析，通過采取有效手段對局部放電進行檢測并進行合理的處理，降低供電系統(tǒng)運行風(fēng)險，提高供電設(shè)備的運行效率，保證電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

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