便攜式電纜局部放電檢測系統(tǒng)的研制

王龍龍 夏善德 許旦旦 何成文

摘 要：便攜式電纜出現(xiàn)的局部放電現(xiàn)象會降低電纜的絕緣效果，很容易產(chǎn)生電力絕緣擊穿事故，需要相關(guān)人員做好便攜式電纜的局部放電管理工作?；诖?，本文從便攜式電纜局部放電檢測方法入手，研制了一種便攜式電纜局部放電檢測系統(tǒng)，以期為相關(guān)人員開展局部放電管理工作提供幫助。

關(guān)鍵詞：便攜式電纜;局部放電;檢測系統(tǒng)

便攜式電纜在電力系統(tǒng)中具有鋪設(shè)施工流程簡答、運(yùn)維管理便捷等優(yōu)勢，非常適用于電力輸配網(wǎng)建設(shè)施工。但是在實(shí)際的便攜式電纜應(yīng)用中，時(shí)常會出現(xiàn)便攜式電纜絕緣擊穿事故，影響電力輸配網(wǎng)的正常運(yùn)行。便攜式電纜絕緣擊穿事故出現(xiàn)的主要原因在于便攜式電纜的局部方向現(xiàn)象。

1 便攜式電纜局部放電檢測方法

針對便攜式電纜存在的絕緣擊穿事故，電力企業(yè)的技術(shù)人員需要采用合理的便攜式電纜局部放電檢測方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)便攜式電纜存在的局部放電問題，保障便攜式電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。一般來說，便攜式電纜局部放電檢測方法有超聲波法、高頻電流法以及特高頻法這三種，其檢測原理如下：

其一，超聲波法，在電纜出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象時(shí)，會出現(xiàn)20kHz以上的超聲波，技術(shù)人員可以通過超聲波傳感器的應(yīng)用，采集局部放電產(chǎn)生的超聲波，從而實(shí)現(xiàn)局部放電現(xiàn)象的精準(zhǔn)檢測，但是在便攜式電纜的絕緣環(huán)境下，超聲波的衰減效果較為顯著，所以檢測范圍相對狹窄;其二，高頻電流法，在電纜出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象時(shí)，會產(chǎn)生脈沖電流信號，技術(shù)人員可以通過高頻電流傳感器的應(yīng)用，采集局部放電產(chǎn)生的高頻電流，但是在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器的信號采集會受到電磁干擾的影響;其三，特高頻法，在電纜出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象時(shí)，局部脈沖電流驟然提升，會產(chǎn)生GHz的特高頻電磁波，技術(shù)人員可以通過特高頻電磁波傳感器的應(yīng)用，檢測局部放電現(xiàn)象，這種方法的檢測靈敏度相對較高，而且抗干擾性較強(qiáng)，是應(yīng)用較為廣泛的局部放電檢測方法。[1]

2 便攜式電纜局部放電檢測系統(tǒng)的研制

2.1 檢測系統(tǒng)的運(yùn)行原理

便攜式電纜局部放電檢測系統(tǒng)主要包括傳感器、信號采集模塊、信號處理模塊以及便攜主機(jī)三部分。為了保障信號的有效傳輸，筆者在檢測系統(tǒng)中設(shè)置了四個(gè)信號采集通道，傳感器通過四個(gè)采集通道完成相關(guān)參數(shù)的采集，參數(shù)信號首先被傳輸?shù)角爸锰幚砟K，進(jìn)行濾波和放大處理;再傳輸?shù)街靼暹M(jìn)行再處理，選擇兩個(gè)采集通道的信號傳輸?shù)讲杉?，開展模數(shù)轉(zhuǎn)換處理;最后，將處理的信號傳輸?shù)奖銛y主機(jī)中，完成局部放電的檢測。在上述檢測系統(tǒng)中，技術(shù)人員可以利用設(shè)備外置的開關(guān)，調(diào)節(jié)采集通道信號的檢測方法，選擇兩個(gè)檢測方法同時(shí)開展局部放電檢測，提升檢測系統(tǒng)的精度。為了保障現(xiàn)場檢測的有序進(jìn)行，筆者在主機(jī)箱中設(shè)置信號采集模塊及處理模塊，并將傳感器及便攜主機(jī)安置于配件箱中，在保障信號精準(zhǔn)檢測的同時(shí)，提升檢測系統(tǒng)的應(yīng)用便捷性。

2.2 檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)施

第一，傳感器。在本文研制的檢測系統(tǒng)中，傳感器主要負(fù)責(zé)采集三種檢測方法所需的信號，即超聲信號、高頻電流信號以及特高頻信號，根據(jù)不同的信號特征，設(shè)計(jì)相應(yīng)的采集方案。其中，超聲信號傳感器選擇壓電式超聲波接收器，將設(shè)備探頭放置于靠近便攜式電纜的位置即可完成信號的采集;高頻電流信號傳感器選擇鉗型結(jié)構(gòu)的采集器，將設(shè)備與便攜式電纜接地線連接即可完成信號的采集;特高頻信號傳感器選擇矩形微帶天線，將設(shè)備和便攜式電纜的接頭連接即可完成信號的采集。

第二，信號處理模塊。本文研制檢測系統(tǒng)的信號處理模塊主要包括前置處理單元和主板兩部分，前置處理單元主要負(fù)責(zé)采集信號的濾波、檢波及放大處理，為信號轉(zhuǎn)換提供條件。本節(jié)主要以特高頻信號的前置處理單元為例，分析其硬件設(shè)施，主要通過無源帶通濾波器實(shí)現(xiàn)信號濾波;通過芯片AD8318電路實(shí)現(xiàn)信號檢波;通過放大器實(shí)現(xiàn)信號放大。在信號處理模塊，主板主要負(fù)責(zé)子單元的工作電壓調(diào)節(jié)，保障信號處理的有效進(jìn)行。主板的主要硬件設(shè)施為ADG1434芯片。需要注意的是，在進(jìn)行信號處理模塊的設(shè)計(jì)時(shí)，需要注重信號干擾的影響，筆者將信號處理模塊的線路設(shè)置為差分線路，可以有效提升信號傳輸?shù)目煽啃约翱垢蓴_性。

第三，信號采集模塊。信號采集模塊的主要硬件設(shè)施為NI USB-5133采集卡，可以將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值信號。這一型號的采集卡具有采樣率高的優(yōu)勢，能夠保障信號采集的全面性及準(zhǔn)確性，為局部放電檢測提供保障。在本文研制的檢測系統(tǒng)中，采集卡主要與主板輸出口和系統(tǒng)機(jī)箱的USB進(jìn)行連接，完成模擬信號到數(shù)字信號的傳輸，并利用USB線完成數(shù)字信號在采集卡和便攜主機(jī)間的傳輸。

2.3 檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)施

檢測系統(tǒng)需要為電力企業(yè)的技術(shù)人員提供局部放電檢測結(jié)果，而結(jié)果需要通過軟件設(shè)施的設(shè)計(jì)進(jìn)行顯示。在本文研制的檢測系統(tǒng)中，顯示界面主要包括圖形顯示、信息顯示及工具欄這三項(xiàng)功能，具有兩種工作模式。其一，連續(xù)采樣工作模式，在該模式下，檢測系統(tǒng)會根據(jù)原始信號進(jìn)行時(shí)域波形的顯示，技術(shù)人員可以直接觀測到信號內(nèi)容;其二，實(shí)時(shí)診斷模式，在該模式下，檢測系統(tǒng)會定期開展放電信號數(shù)據(jù)的分析，并自動(dòng)生成信號特征圖譜及診斷報(bào)告。其中，信號特征圖譜可以體現(xiàn)出放電信號的次數(shù)相位、幅值及能量分布，為技術(shù)人員提供參考。[2]

3 結(jié)論

綜上所述，局部放電的檢測方法相對較多，電力企業(yè)可以根據(jù)在檢測系統(tǒng)中引進(jìn)多種檢測方法，提升檢測的準(zhǔn)確性。通過本文的分析可知，電力企業(yè)在開展檢測系統(tǒng)的研制時(shí)，需要明確檢測系統(tǒng)的檢測需求，結(jié)合系統(tǒng)工作原理，合理設(shè)置檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)施及軟件設(shè)施，提升檢測系統(tǒng)的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]高元生，吳健，楊利彬.10kV透明電纜終端典型缺陷局部放電特征研究[J/OL].絕緣材料，2019（03）：51-57.

[2]于東明.電動(dòng)車組高壓電纜局部放電檢測技術(shù)[J].鐵道車輛，2019，57（03）：4-7+51.