電力電纜局部放電試驗及在線監(jiān)測技術(shù)的研究

方皓英 謝偉 操張鵬 丁君武

【摘要】絕緣水平是衡量電力電纜可靠性的重要指標(biāo)，相應(yīng)為了獲取絕緣水平，現(xiàn)代電力單位常采用局部放電試驗，監(jiān)測局部電力電纜的感應(yīng)耐壓性能，如果表現(xiàn)良好，則說明絕緣性良好。而傳統(tǒng)局部放電試驗的操作流程十分復(fù)雜，需要人工采用多種儀器，在實際環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取操作，且具有一定的危險性，因此有必要進(jìn)行改善，那么在現(xiàn)代技術(shù)背景下，可以采用在線監(jiān)測技術(shù)來實現(xiàn)改善目的。

【關(guān)鍵詞】電力電纜;局部放電;在線監(jiān)測技術(shù)

在線監(jiān)測技術(shù)是現(xiàn)代常見的通用技術(shù)，在其他領(lǐng)域當(dāng)中，其主要通過遠(yuǎn)程無線連接方法，實時對目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，并獲取目標(biāo)相關(guān)信息，實現(xiàn)了監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析的一體化作業(yè)模式，使工作流程便捷性提高。那么在電力電纜局部放電試驗當(dāng)中，因為其監(jiān)測步驟復(fù)雜，且具有一定危險性，說明傳統(tǒng)模式存在缺陷，而采用在線監(jiān)測技術(shù)，可以進(jìn)行優(yōu)化，可見在線監(jiān)測技術(shù)在試驗中的應(yīng)用價值較高。但現(xiàn)代在線監(jiān)測技術(shù)并不普及，因為電力單位對此還不夠了解，所以為了推廣技術(shù)應(yīng)用，對此進(jìn)行分析具有實踐意義。

1、局部放電試驗方法分析

1.1超聲波監(jiān)測法

超聲波監(jiān)測法是局部放電試驗中常見的輔助方法，常用于接頭部位的監(jiān)測當(dāng)中，其優(yōu)勢在于不受電磁環(huán)境干擾，表現(xiàn)十分穩(wěn)定，可支持帶電作業(yè)。原理上，當(dāng)電力電纜發(fā)生局部放電現(xiàn)象之后，其會產(chǎn)生相應(yīng)頻率的超聲波，相應(yīng)帶動周邊電纜結(jié)構(gòu)發(fā)生振動，并形成壓力波，此時獲取振動頻率以及壓力波數(shù)據(jù)，即可依照局部放電水平與兩者之間的正比關(guān)系，計算得出局部放電數(shù)據(jù)，由此即完成了監(jiān)測工作。在應(yīng)用當(dāng)中，首先需要在監(jiān)測部位安裝超聲波傳感器，利用傳感器采集相關(guān)數(shù)據(jù)，同時把采集得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號，其次將電信號發(fā)送到人工監(jiān)測端，即可完成監(jiān)測。此外，關(guān)于超聲波監(jiān)測法的性能，在現(xiàn)代技術(shù)背景下，其普遍可以監(jiān)測頻率在10～300kHz的超聲波，基本滿足局部放電試驗要求，但超聲波數(shù)據(jù)與局部放電絕緣水平之間并沒有直接關(guān)系，所以其數(shù)據(jù)只能用于輔助決策[1]。圖1超聲波監(jiān)測法原理。

1.2脈沖電流監(jiān)測法

脈沖電流監(jiān)測法常用于電纜內(nèi)部存在缺陷的局部放電試驗當(dāng)中，在此條件下電纜如果通電，其內(nèi)部應(yīng)為缺陷會產(chǎn)生一個具有相應(yīng)頻率的脈沖電流，該電流會沿著線芯進(jìn)入中間接頭的接地線，最終導(dǎo)入地下，因此在監(jiān)測當(dāng)中，需要采用電流互感器對中間接頭處進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。值得注意的是，脈沖電流監(jiān)測法在局部放電試驗中的應(yīng)用時間已久，相應(yīng)早期采用的方法存在很多缺陷，即早期方法存在測量頻率低、頻帶窄、采集的信息量低以及易受環(huán)境影響等性能缺陷，所以最終結(jié)果的準(zhǔn)確度不夠，不滿足試驗要求，因此在當(dāng)時試驗當(dāng)中，該方法的應(yīng)用率很低，而在現(xiàn)代應(yīng)用當(dāng)中，提出了一種改進(jìn)后的監(jiān)測法，即寬帶脈沖電流法，該方法相較于早期方法，在各方面性能上都具有巨大優(yōu)勢，尤其在頻帶信號范圍上，其可以監(jiān)測1kHz～50MHz的頻帶信號，優(yōu)于早期40～400kHz的范圍[2]

1.3差分法

差分法的應(yīng)用在電力電纜局部放電試驗當(dāng)中十分常見，且應(yīng)用表現(xiàn)良好，可以有效抑制噪聲干擾。應(yīng)用當(dāng)中首先需要采用偶合計將2塊金屬箔安裝在275kv電纜中間接頭的兩側(cè)，確保與金屬屏蔽筒外絕緣的連接，此時通電之后兩者之間會形成1500～2000p F的等效電容，相應(yīng)可以在金屬箔之間連接5Ω阻抗進(jìn)行監(jiān)測。原理上，在等效電容與監(jiān)測阻抗相互作用下，會形成監(jiān)測回路，相應(yīng)當(dāng)接頭單側(cè)出現(xiàn)局部放電之后，會因為另一側(cè)等效電容的耦合作用使得阻抗被耦合到局部放電脈沖信號中，此時獲取脈沖信號并進(jìn)行窄帶放大即可并顯示。

2、在線監(jiān)測法

在線監(jiān)測法在現(xiàn)代局部放電當(dāng)中的應(yīng)用十分普及，可以避免傳統(tǒng)人工監(jiān)測的種種缺陷。關(guān)于在線監(jiān)測法的應(yīng)用，首先需要確認(rèn)監(jiān)測目標(biāo)，這一點可以根據(jù)上述試驗方法以及一些輔助指標(biāo)來進(jìn)行確認(rèn)，其中輔助指標(biāo)泛指溫度、接地電流。其次針對大部分監(jiān)測目標(biāo)，都可以采用相應(yīng)的傳感器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信號轉(zhuǎn)換，并通過中間部分的信號接收、發(fā)送裝置，與傳感器連接，獲取其中轉(zhuǎn)換信號后發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，借助終端處的可視化模塊實現(xiàn)在線監(jiān)測。下文將分析兩種輔助指標(biāo)的在線監(jiān)測方法。

（1）溫度在線監(jiān)測

在理論基礎(chǔ)上得知，電纜溫度與電纜絕緣水平之間有正比關(guān)系，因此可以獲取溫度可以對電纜載流量進(jìn)行計算，最終可確認(rèn)電纜運行信息，在實際試驗當(dāng)中十分常見。但該方法之所以作為輔助指標(biāo)，是因為溫度會受到環(huán)境溫度、濕度的影響，所以準(zhǔn)確度難以保障。

（2）接地電流在線監(jiān)測

接地電流在線監(jiān)測主要針對電纜接地電流，根據(jù)數(shù)據(jù)表現(xiàn)可以判斷外護(hù)套絕緣的完整性。應(yīng)用當(dāng)中，主要采用工頻電流互感器，將其安裝在接地電線上，即可完成監(jiān)測，不會對接地電線原本的布線結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔鵬，王琳，李榛，等.ZigBee技術(shù)在電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電氣自動化，2015，37（4）：112-114.

[2]鄭祥，盧利虹，付萬安.高壓防爆電機局部放電在線監(jiān)測技術(shù)[J].高電壓技術(shù)，2016（5）：1651-1658

作者簡介：

方皓英（1982-）女，本科，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化;

謝偉（1982-）男，本科，助理工程師，研究方向：高壓電纜運檢新技術(shù);

操張鵬（1991-）男，碩士研究生，研究方向：電力電纜新技術(shù);

丁君武（1990-）男，碩士研究生，研究方向：高電壓絕緣技術(shù)和智能電網(wǎng)。