超高頻技術(shù)檢測(cè)高壓電力電纜及接頭中局部放電的研究

◎趙巖

超高頻技術(shù)檢測(cè)高壓電力電纜及接頭中局部放電的研究

◎趙巖

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)不斷取得重大突破，我國(guó)的電力事業(yè)也有了顯著的進(jìn)步。所以目前會(huì)有一些電力電纜技術(shù)跟不上電力事業(yè)發(fā)展的要求，其技術(shù)還比較落后。本文主要對(duì)超高頻技術(shù)檢測(cè)高壓電力電纜及接頭中局部放電進(jìn)行了一個(gè)深入的研究。

超高頻RFID技術(shù)在目前來(lái)說(shuō)被很廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，比如根據(jù)TID的唯一性，配合其他方式可以進(jìn)行防偽方面的應(yīng)用；根據(jù)它的多標(biāo)簽讀取特性，可以進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)收集；根據(jù)它遠(yuǎn)距離讀取的特性，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的巡檢，比如電力上的一些特殊的巡檢讀?。桓鶕?jù)它的范圍讀取的特性，可以進(jìn)行產(chǎn)線或分揀方面的管理。尤其是無(wú)源的射頻識(shí)別技術(shù)，許多人認(rèn)為這是物聯(lián)網(wǎng)概念發(fā)展的一個(gè)重要分支，但是有些技術(shù)細(xì)節(jié)問(wèn)題還有待研究。在我國(guó)的電力事業(yè)上，對(duì)超高頻技術(shù)檢測(cè)高壓電力電纜及接頭中局部放電的研究將非常有助于我國(guó)電力事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

局部放電的基本原理及特性量的提取

局部放電的基本原理。當(dāng)外加的電壓在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)足夠使絕緣部分的區(qū)域發(fā)生放電的現(xiàn)象的時(shí)候，但是，在放電的區(qū)域卻沒(méi)有形成固定的放電通道的這種放電現(xiàn)象，就被我們稱為局部放電，這也是局部放電的基本原理。

局部放電特性量的提取。偏斜度是統(tǒng)計(jì)量的三階中心矩。Phi-N譜圖偏斜度的統(tǒng)計(jì)量應(yīng)該就是局部放電點(diǎn)Phi值。Mu指的是隨機(jī)變量放電點(diǎn)Phi值的均值，是一個(gè)角度。我們可以通過(guò)放電點(diǎn)的Phi值直接統(tǒng)計(jì)偏斜度，如果要引入一個(gè)相窗的概念，感覺(jué)相窗是0～360度均分的一樣，這樣的話統(tǒng)計(jì)量就成了每個(gè)相窗包含的放電點(diǎn)個(gè)數(shù)了。Mu就成了出現(xiàn)次數(shù)，那Xi和它相減就沒(méi)有意義了。u是直方圖的均值。至于為什么要對(duì)相位和幅值進(jìn)行分窗，主要是便于離散化計(jì)算。直接使用脈沖發(fā)生相位其實(shí)也進(jìn)行了分窗，只是窗大小不同。簡(jiǎn)單來(lái)講，這個(gè)偏斜度和峭度相當(dāng)于將譜圖包絡(luò)線當(dāng)成概率密度分布曲線進(jìn)行計(jì)算。

局部放電的檢測(cè)方法

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于局部放電的檢測(cè)，我們已經(jīng)研究出了很多種方法。比如：脈沖電流法、高頻電流法、超聲波法、化學(xué)檢測(cè)法、射頻檢測(cè)法、光測(cè)法、超高頻檢測(cè)方法等等。下面將對(duì)這些方法一一進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

脈沖電流法。用脈沖電流法檢測(cè)局部放電的基本原理有三點(diǎn)：第一點(diǎn)是高壓設(shè)備絕緣內(nèi)部的放電在試驗(yàn)回路中引起電荷的轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生了電流脈沖；第二點(diǎn)就是電流脈沖流過(guò)檢測(cè)阻抗產(chǎn)生電壓脈沖；第三點(diǎn)就是將電壓脈沖經(jīng)過(guò)適當(dāng)帶寬的放大器放大以后，由儀器測(cè)量或者是顯示出來(lái)。脈沖直流電就是方波，而方波是一系列的正弦波的疊加，實(shí)際應(yīng)用一般考慮的無(wú)非就是效率問(wèn)題，而效率的關(guān)鍵就在于方波的頻率，如果頻率過(guò)低，只有上升和下降沿附近呈現(xiàn)明顯的交流特性，自然它的效率就會(huì)非常低，需要特別大的變壓器，這樣就會(huì)使成本高而效率低；頻率過(guò)高的話，則需要高頻器件，這對(duì)電路設(shè)計(jì)的要求也非常高，這樣的成本也會(huì)很高。

高頻電流法。高頻電流就是相對(duì)于工頻50HZ交流電而言的電流。要想獲得高頻電流，要先把交流電變成直流電，經(jīng)過(guò)然后震蕩升壓，再經(jīng)過(guò)震蕩變壓器生成高頻電壓，然后再經(jīng)過(guò)負(fù)載，從而形成高頻電流。高頻電路的趨膚效應(yīng)非常明顯，而且是頻率越高就越明顯，還會(huì)因?yàn)樘炀€效應(yīng)而產(chǎn)生輻射，所以在實(shí)際應(yīng)用中我們常常用同軸電纜傳輸，而工頻會(huì)有比較大的電流，所以電流的熱效應(yīng)會(huì)比較明顯，當(dāng)然它的趨膚效應(yīng)和天線效應(yīng)也會(huì)有，只是沒(méi)有那么明顯罷了。

超聲波法。超聲波局部放電探測(cè)儀主要由兩部分構(gòu)成，主要是接受換能器和分析顯示電路。需要注意的是，在使用超聲波法檢測(cè)局部放電的時(shí)候，它的監(jiān)測(cè)頻帶一般要在20～230kHz之間。使用超聲波法進(jìn)行局部放電的檢測(cè)有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，非常有利于檢測(cè)工作的開(kāi)展，同時(shí)，它非常便于進(jìn)行空間定位，為工作的進(jìn)行帶來(lái)了許多便利，而且，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)非常有希望實(shí)現(xiàn)利用超聲波法來(lái)進(jìn)行模式識(shí)別以及定量分析。但是，由于一些不可抗力因素，使用超聲波法進(jìn)行局部放電的檢測(cè)還存在一些問(wèn)題，最主要的問(wèn)題就是超聲波的傳播路徑問(wèn)題、對(duì)聲信號(hào)的處理方法的問(wèn)題以及局部放電產(chǎn)生超聲波機(jī)理的問(wèn)題，這些問(wèn)題都有待進(jìn)一步研究。

化學(xué)檢測(cè)法。目前，絕大多數(shù)的變壓器的在線故障診斷中會(huì)廣泛應(yīng)用化學(xué)檢測(cè)法。當(dāng)絕緣體分解出化學(xué)物質(zhì)時(shí)，可以通過(guò)化學(xué)檢測(cè)法檢驗(yàn)其成分以及濃度來(lái)檢測(cè)是否有局部放電現(xiàn)象的發(fā)生。但是，由于其檢測(cè)的準(zhǔn)確度相對(duì)于其他的檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)比較低，對(duì)局部放電的突發(fā)故障不能及時(shí)檢測(cè)到，所以實(shí)際上應(yīng)用這種方法來(lái)檢測(cè)局部放電的現(xiàn)象比較少見(jiàn)。

射頻檢測(cè)法。說(shuō)到射頻檢測(cè)法，就不得不提到數(shù)字化濾波技術(shù)。射頻檢測(cè)法是從變壓器的中性點(diǎn)處來(lái)測(cè)取信號(hào)。這種方法測(cè)量到的信號(hào)頻率非常高，甚至可以達(dá)到30MHZ，極大程度的提高了局部放電的測(cè)量頻率。而且，隨著我國(guó)的數(shù)字化濾波技術(shù)的發(fā)展，射頻檢測(cè)法在局部放電的監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，為其工作帶來(lái)了許多便利。

光測(cè)法。在變壓器的各種放電中，其所發(fā)出的光波的波長(zhǎng)是不相同的。在對(duì)其進(jìn)行完光電檢測(cè)后，我們可以通過(guò)檢測(cè)光電流的特性來(lái)檢測(cè)是否有局部放電的現(xiàn)象發(fā)生。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)光纖技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。而隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，研究人員將光纖技術(shù)和聲測(cè)法結(jié)合了起來(lái)，提出了聲-光測(cè)法的概念。這一概念還沒(méi)有大規(guī)模的應(yīng)用，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷突破，這種方法會(huì)為局部放電的檢測(cè)做出更大的貢獻(xiàn)。

超高頻檢測(cè)法。由于我國(guó)電力方面的技術(shù)不斷發(fā)展，許多傳統(tǒng)的檢測(cè)方法顯露出了很多的弊端，這時(shí)候，就研究出了一種新的檢測(cè)方法——超高頻檢測(cè)方法。變壓器的局部放電會(huì)產(chǎn)生超高頻電信號(hào)，超高頻電信號(hào)一般是300～3000MHZ，它放出的超高頻電信號(hào)可以使我們對(duì)變壓器局部絕緣放電進(jìn)行定位，從而對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。使用超高頻檢測(cè)法有很多優(yōu)點(diǎn)。比如使用超高頻檢測(cè)法比其他方法的靈敏度要高，因?yàn)樽儔浩骶植糠烹姷拿}沖能量差不多是與頻帶寬成正比的。

對(duì)高壓電力電纜的研究在我國(guó)的電力事業(yè)中有著非常重要的意義，為了保證它的順利發(fā)展能夠?yàn)槲覈?guó)的電力事業(yè)帶來(lái)更大的貢獻(xiàn)，我國(guó)的研究人員還需對(duì)高壓電力電纜及接頭中局部放電進(jìn)行進(jìn)一步的研究，尤其是對(duì)超高頻技術(shù)的研究。

（作者單位：哈爾濱電力工程安裝公司電纜工程處）