電纜接頭局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

柴立華 鄭佐琦 劉文華 李 濤 倪卓越 劉志宏

（1. 山東東營供電公司 2. 河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

0 引言

隨著供配電網(wǎng)的發(fā)展，10kV配電網(wǎng)電力電纜的使用量也在逐年增長，這對電力電纜的安全可靠運(yùn)行提出了更高的要求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，由電纜終端接頭故障造成的電纜運(yùn)行故障比例達(dá)39%。作為電纜絕緣薄弱環(huán)節(jié)的電纜接頭成為故障的主要發(fā)生部位，局部放電現(xiàn)象構(gòu)成了電纜接頭故障的主要因素。因此，對電纜接頭進(jìn)行在線監(jiān)測十分必要。

1 電纜接頭局部放電產(chǎn)生機(jī)理

電纜及其附件在生產(chǎn)及安裝過程中，由于設(shè)備本身及安裝技術(shù)的原因，內(nèi)部往往會出現(xiàn)氣泡或其他雜質(zhì)。對于存在有氣泡或雜質(zhì)的部位，其擊穿場強(qiáng)低于平均擊穿場強(qiáng)，因此這些部位極易發(fā)生放電現(xiàn)象。即使局部放電的數(shù)量級不大，也會加劇絕緣材料的老化并最終導(dǎo)致絕緣擊穿。因此，實(shí)時監(jiān)測電纜接頭的局放信息，盡早發(fā)現(xiàn)絕緣材料潛在的故障或缺陷，可有效減少電纜供電故障的發(fā)生。

電纜局部放電檢測方法有很多，相關(guān)資料都有介紹。本系統(tǒng)采用超聲波檢測與對地放電電流檢測相結(jié)合構(gòu)成的監(jiān)測系統(tǒng)，利用兩種測量相互補(bǔ)償，達(dá)到監(jiān)測更加準(zhǔn)確的效果。本文著重介紹其中的對地放電電流檢測法。

2 電纜接頭局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)圖

電纜接頭局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)采用超聲波檢測與對地放電電流檢測相結(jié)合構(gòu)成的監(jiān)測系統(tǒng)，由超聲波傳感器、寬頻帶電流互感器、現(xiàn)場監(jiān)測單元、現(xiàn)場供電單元、GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元、遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及局部放電監(jiān)測軟件組成?，F(xiàn)場供電單元通過取電互感器和特殊設(shè)計(jì)的電源變換器，在寬范圍電流變化的條件下，能對監(jiān)測單元提供穩(wěn)定可靠的直流電源。監(jiān)測單元接受前端傳感器發(fā)出的局部放電超聲波、放電產(chǎn)生的對地電流等多種局部放電模擬信號，并對其進(jìn)行信號調(diào)理，噪聲去除，放電峰值檢出、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、放電量顯示、越限報(bào)警等，同時將實(shí)時數(shù)據(jù)通過GPRS模塊上傳至數(shù)據(jù)庫。

3 電纜局部放電對地放電電流檢測設(shè)計(jì)

電纜局部放電對地放電電流檢測，采用在線監(jiān)測寬頻帶電流互感器實(shí)現(xiàn)，其外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 寬頻帶電流互感器外殼結(jié)構(gòu)

在外殼內(nèi)嵌入鐵氧體磁心，其磁心外徑102mm內(nèi)徑65mm橫截面處為18.5×20mm功耗25kHz 200MT。組裝完成后，用直徑1mm 漆包線的纏繞，具體圈數(shù)通過實(shí)驗(yàn)測定，使信號強(qiáng)度及靈敏度最高。寬頻帶電流互感器的安裝如圖2所示。

圖2 寬頻帶電流互感器的安裝

4 電纜局部放電在線監(jiān)測數(shù)據(jù)處理單元設(shè)計(jì)

寬頻帶電流互感器安裝在高壓電纜接頭的三相接地線上，通過50Ω同軸電纜將信號傳遞到監(jiān)測單元。寬頻帶電流互感器采集局部放電信號并將這些模擬信號輸入信號處理單元。

本設(shè)計(jì)所采用的高速數(shù)據(jù)采集電路包括以下幾個部分：模擬信號的輸入、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速時鐘電路、外部觸發(fā)電路、數(shù)據(jù)處理器件、外部存儲器、接口電路以及電源管理系統(tǒng)等，智能傳感器采集局部放電信號示意圖如圖3所示。

圖3 智能傳感器采集局部放電信號示意圖

信號處理單元將智能傳感器接收到的模擬信號進(jìn)行處理，完成對信號放大及阻抗匹配。信號處理單元框圖如圖4所示，輸入信號經(jīng)過高壓保護(hù)的濾波器進(jìn)行噪聲干擾處理并實(shí)現(xiàn)初級信號放大；處理后的信號通過帶通濾波器對電纜局部放電帶寬特征頻率進(jìn) 行選擇；通過增益選擇網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該特征頻率信號放大倍率的選擇；通過次級放大電路對處理后的微弱放電信號進(jìn)行放大，供給后級高速A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。

圖4 信號調(diào)理單元框圖

5 電纜局部放電在線監(jiān)測軟件設(shè)計(jì)

電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器采用分布式安放，分組方式進(jìn)行監(jiān)測，每組通過一個串口與監(jiān)控主機(jī)相連，通過Microsoft Visual Studio軟件開發(fā)，利用Visual C++編程語言編寫的上位機(jī)軟件對每組傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，通過軟件設(shè)置各個傳感器的地址，監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測，當(dāng)采集到的放電信號超過報(bào)警閾值后，軟件提示報(bào)警功能，根據(jù)傳感器的地址及安裝的位置，確定故障出現(xiàn)的具體位置，從而實(shí)現(xiàn)精確的電纜接頭局部放電在線監(jiān)測。

軟件運(yùn)行于具有固定IP的服務(wù)器上，具有對局部放電信號的在線數(shù)據(jù)接收、處理及存貯、局部放電的歷史趨勢圖顯示及報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢、動態(tài)趨勢圖等功能如圖5所示。

圖5 局部放電的歷史趨勢圖（上）動態(tài)趨勢圖（下）

6 結(jié)束語

本文論述了電纜接頭局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)，介紹了局部放電信號測量的寬頻帶 電流互感器的設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)了監(jiān)測系統(tǒng)的硬件及上位機(jī)軟件。在線監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場安裝后運(yùn)行良好，可以作為電纜絕緣監(jiān)測的一種重要方法。

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