電力電纜局部放電的在線檢測(cè)方法及檢測(cè)系統(tǒng)研究

張凌志

（安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，安徽 合肥 230051）

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

（1）交聯(lián)電纜的常規(guī)試驗(yàn)方法和局部放電檢測(cè)的比較。《DL/T596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)于電力電纜的檢測(cè)做了規(guī)定，其主要包括電纜的主絕緣電阻檢測(cè)，外護(hù)套絕緣電阻的檢測(cè)，內(nèi)襯層絕緣電阻的檢測(cè)以及主絕緣直流耐壓試驗(yàn)和銅屏蔽層的電阻和導(dǎo)體的電阻比。其中，對(duì)于外護(hù)套絕緣電阻、內(nèi)襯層絕緣電阻、銅屏蔽層的電阻和導(dǎo)體的電阻比需運(yùn)用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。而當(dāng)前很多實(shí)驗(yàn)均表明直流試驗(yàn)的檢測(cè)方式對(duì)于交聯(lián)聚乙烯電纜（XLPE）產(chǎn)生了一定程度的損害。而局部放電檢測(cè)方式則屬于綠色無(wú)害檢測(cè)方法，其能夠在設(shè)備運(yùn)行的情況下進(jìn)行檢測(cè)，并且檢測(cè)設(shè)備攜帶方便、輕巧，在現(xiàn)場(chǎng)即可展開(kāi)檢測(cè)，檢測(cè)準(zhǔn)確，定位精準(zhǔn)，是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)高效的檢測(cè)手段。

（2）國(guó)內(nèi)對(duì)交聯(lián)電纜局部放電檢測(cè)的研究。國(guó)內(nèi)各研究單位所運(yùn)用的檢測(cè)方法不同，因此對(duì)于電纜局部放電檢測(cè)的成果也不盡相同。如，西安交通大學(xué)，其在寬頻帶內(nèi)范圍內(nèi)，進(jìn)行了電纜局部放電檢測(cè)研究；重慶大學(xué)，則與之相反，是在窄頻帶內(nèi)進(jìn)行局部放電檢測(cè)研究；華北電力大學(xué)，是以數(shù)學(xué)分形為基礎(chǔ)，對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)；華中科技大學(xué)，其運(yùn)用的是羅果夫斯基線圈高頻鉗形傳感器進(jìn)行研究；上海工地公司則是以實(shí)踐為基礎(chǔ)，對(duì)局部放電進(jìn)行研究；

（3）國(guó)外對(duì)交聯(lián)電纜局部放電檢測(cè)的研究。國(guó)外對(duì)此研究較好的則當(dāng)屬法國(guó)，其制訂了IEC60885-3《整根擠包電纜局部放電試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)和GB/T3048.12《電線電纜電性能試驗(yàn)方法局部放電試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為電纜局部放電檢測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。以往的檢測(cè)方法有一定的優(yōu)勢(shì)，也同樣具有相應(yīng)的弊端，其方法包括差分法、方向耦合法、電磁耦合法、電容耦合法、超高頻檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法等，其中差分法、方向耦合法和電磁耦合法已成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并獲得了良好的發(fā)展。

2 基于羅氏線圈的寬頻帶電流傳感器的設(shè)計(jì)

電纜及接頭中產(chǎn)生的局部放電信號(hào)一方面沿電纜導(dǎo)體向兩端傳播，另一方面通過(guò)分布電容向屏蔽層傳輸電流。其簡(jiǎn)化等效圖如圖1所示。

圖1 PD信號(hào)沿電纜傳播簡(jiǎn)化等效模型

XLPE電力電纜系統(tǒng)絕緣內(nèi)部的局部放電可以看作是一個(gè)脈沖信號(hào)源，當(dāng)局部進(jìn)行放電的時(shí)候，其所產(chǎn)生高頻電磁脈沖沿著電纜導(dǎo)體和電纜金屬屏蔽層同時(shí)向不同的方向傳播。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間距離之后，電流就會(huì)均勻地分布在金屬上，VHF頻段的時(shí)候，此距離較長(zhǎng)，大約有幾百米，而超高頻的時(shí)候，此距離較短，僅有幾米長(zhǎng)度。此原理應(yīng)用到電流傳感器中，在測(cè)量位置發(fā)生磁場(chǎng)變化的時(shí)候就會(huì)影響到羅戈夫斯基線圈，其感受到脈沖信號(hào)，進(jìn)行測(cè)試。

3 寬頻帶電流傳感器的設(shè)計(jì)

（1）磁芯材料的選取。適當(dāng)增大線圈的自感，減小線圈的尺寸，減少線圈匝數(shù)，通過(guò)此種方式改變線圈的作用和性能。因此，在進(jìn)行磁芯材料作則的時(shí)候，要選擇容易發(fā)生磁化和退磁的材料作為磁芯，也就是最好選擇軟磁芯作為寬頻帶電傳感器的磁芯。軟磁芯一般包括金屬軟磁材料和鐵氧體軟磁材料兩類，兩種不同種類的磁芯所適用的環(huán)境不同。金屬磁芯一般適用于低頻段的需要，鐵氧體軟磁芯則適合高頻段情況使用，并且因?yàn)殍F氧體軟磁材料價(jià)格較為便宜，使用效果較好，因此得到廣泛的應(yīng)用。

（2）線圈繞線匝數(shù)及自積分電阻的選擇。線圈的頻率由匝數(shù)和自積分電阻決定，這兩個(gè)因素也決定了線圈的靈敏度。一般情況，線圈由偶數(shù)層組成匝數(shù)層，并且為一層覆蓋。在進(jìn)行漆包線選擇的時(shí)候，要優(yōu)先選用較粗的漆包線，防止纏繞過(guò)程中發(fā)生斷裂。在自積分電阻選擇上，要注意線圈靈敏度的考慮，電阻盡量稍大，避免其他信號(hào)的干擾而無(wú)法獲得需要獲取的信號(hào)。

（3）電流傳感器屏蔽外殼的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)線圈外需要能夠有效屏蔽外界雜散電磁場(chǎng)的屏蔽體，因此，在進(jìn)行屏蔽外殼設(shè)計(jì)的時(shí)候，選用鐵材料，外層鍍銀，此設(shè)計(jì)有效屏蔽電場(chǎng)，同時(shí)屏蔽低頻磁場(chǎng)，達(dá)到有效的絕緣的目的。這樣就可以使線圈在導(dǎo)磁率高的情況下不會(huì)在橫截面位置發(fā)生裂縫。

4 局部放電在線檢測(cè)系統(tǒng)

如圖2所示，本設(shè)計(jì)所采用的寬頻帶電流傳感器對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行在線檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和電纜局部放電情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)包括傳感器、放大濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡以及軟件系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)根據(jù)自身情況進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)，主要實(shí)現(xiàn)的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制、消除噪聲、譜圖顯示等功能，并獲得較好的測(cè)試效果。

圖2 檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

基于羅氏線圈原理的寬頻帶電流傳感器能夠?qū)﹄娎|局部進(jìn)行在線檢測(cè)，并達(dá)到較好的效果。本文對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，希望可以給同行提供一點(diǎn)思路，更好的為電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)提供研究方向。