高壓電纜局部放電帶電檢測系統(tǒng)研究

余仁鑫

摘要：高壓電纜局部放電是一種較為常見的電力故障，準(zhǔn)確定位高壓電纜放電部位，對保障電力線路的安全穩(wěn)定運行具有非常重要的意義。為了能夠保證高壓線路的可靠性，建立可靠的高壓電纜局部放電帶電檢測系統(tǒng)是非常有必要。文章就高壓電纜局部放電帶電檢測系統(tǒng)的設(shè)計以及研制進(jìn)行研究，旨在給讀者一些思考。

關(guān)鍵詞：高壓電纜;局部放電;帶電檢測;系統(tǒng)設(shè)計;研制

前言

保障高壓電纜正常工作的一個關(guān)鍵因素就是要提升對高壓電纜的絕緣檢測效果與維護(hù)。以往的高壓電纜絕緣檢測大多是采用離線檢測，這種檢測方式的弊端在于需要斷電檢測，影響到供電的持續(xù)性。因而，帶電檢測逐漸成為了高壓電纜絕緣檢測的發(fā)展趨勢。

1、局部放電帶電檢測系統(tǒng)的設(shè)計

高壓電纜局部放電帶電檢測要求快速、準(zhǔn)確、短時，所以檢測時必須采用較為精準(zhǔn)的傳感器，通常情況下我們采用Rogowski線圈電流傳感器來檢測高壓電纜中的PE線，Rogowski線圈電流傳感器既可以滿足局部放電檢測要有即時性、快速，又能夠滿足準(zhǔn)確性的要求。圖1為高壓電纜局部放電帶電檢測設(shè)計原理。

在電網(wǎng)的實際運行過程中，在沒有調(diào)度令的情況下是不允許隨意更改其運行狀態(tài)的，所以要想判斷每一臺設(shè)備的運行狀態(tài)，就必須選取靈敏度較高的傳感器。在高壓電纜發(fā)生局部放電時，由于放電部位的電流很微弱，放電頻率和范圍較為廣泛，對傳感器靈敏度要求較高，文章采用的Rogowski線圈電流傳感器，能夠滿足帶電檢測時對傳感器靈敏度的要求。綜上所述，要想提升高壓電纜局部放電帶電檢測效果傳感器的設(shè)計是關(guān)鍵也是難點。

2、寬頻帶電流傳感器的設(shè)計

2.1 Rogowski線圈原理

電力電纜中的局部放電的電流非常微弱，防電脈沖時間非常短，放電頻率和范圍非常廣泛，所以對傳感器靈敏度要求很高。Rogowski線圈相當(dāng)于I/V轉(zhuǎn)換器，通常情況下Rogowski線圈是長方形或者是圓形空心骨架，線圈均勻纏繞在骨架上。當(dāng)有電流通過線圈時，線圈的每一匝都會產(chǎn)生電磁，線圈中的電流和磁場互相影響，不斷的發(fā)生變化，產(chǎn)生不同的電勢，電勢隨著電流的增大而增大。

2.2 電流傳感器的設(shè)計

電流傳感器的主體是Rogowski線圈，要想提升帶電檢測的效果就必須設(shè)計出合理的適用的Rogowski線圈，線圈設(shè)計時需要從以下幾個方面入手。（1）線圈匝數(shù)的設(shè)計。線圈的匝數(shù)的自積分條件、線圈輸出信號的強弱、信號在線圈中傳輸時間長短都會影響到線圈產(chǎn)生的電磁。如果被測導(dǎo)線在線圈的正中間，那么信號傳輸時間與線圈匝數(shù)成正比。如果被測導(dǎo)線在線圈外面，那么需要在輸出電壓的信號上疊加一個震蕩。根據(jù)實驗得出，信號的傳輸時間小于被測電流上升時間的4-5倍時，疊加震蕩對線圈的影響才會消失。（2）線圈骨架的設(shè)計。股價選擇的是圓形骨架，骨架材料選用磁性材料為最佳，例如可以選用鎳鋅鐵氧體或者是錳鋅鐵氧體，磁骨架表面與漆包線之間涂上絕緣漆以避免線圈之間產(chǎn)生串?dāng)_，使用導(dǎo)線固定膠水將導(dǎo)線固定在磁骨架上。（3）傳感器屏蔽層的設(shè)計。為了防止其他電磁場的干擾，Rogowski線圈需要加設(shè)一套屏蔽外殼，在外殼的內(nèi)側(cè)預(yù)留出2mm的空隙，保證被測電流核心磁場能夠進(jìn)入線圈中。

2.3 傳感器探頭設(shè)計

傳感器中最為重要的一部分就是探頭，探頭的接觸面由CIS檢測點而確定，傳感器的作用就是用來接收局部放電信號，所以為了防止干擾，除了防止傳感器的地方之外，其他地方必須都用屏蔽遮擋住，這樣便可以保證所采集信號的純凈度。經(jīng)過實驗，綜合各個參數(shù)，最終選擇導(dǎo)磁率為200的鎳鋅鐵氧體作為傳感器探頭磁芯的材料，選擇積分電阻為1kΩ，線圈的匝數(shù)為10，這樣可以最大程度上保證最高的靈敏度，同時又可以保證傳感器具有寬工作頻帶。將纏繞好的傳感器線圈用鋁制的屏蔽盒包裝起來，為了能夠使的電流信號與線圈耦合，要在鋁制的屏蔽盒內(nèi)部預(yù)留1mm的縫隙。

2.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)前文的分析我們可知，電纜局部放電的電流非常微弱，頻率高，范圍廣，如果要想得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，就必須給帶電檢測系統(tǒng)配備一套高速精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集裝置，這樣放電信號可以直接進(jìn)行采集最終進(jìn)入到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，及時地進(jìn)行運算分析。為了能夠滿足上述的要求，我們可以在檢測點上安裝一套寬帶頻率為15kHz-20MHz的信號放大器，利用信號放大器對監(jiān)測點的局部信號進(jìn)行放大，這樣可更加保證所采集信號的準(zhǔn)確性。根據(jù)上述要求，結(jié)合LabVIEW平臺研發(fā)出局部放電帶電檢測系統(tǒng)軟件，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、分析、保存等功能。

3、局部放電帶電檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

高壓電力電纜在長時間的運行之后，由于受到外力等作用，電纜的絕緣層失效，容易發(fā)生局部放電，導(dǎo)致電纜被擊穿。某工業(yè)園區(qū)的高壓輸電線路，在正式運行之后，經(jīng)常發(fā)生電纜擊穿事故，給當(dāng)?shù)氐碾娏ζ髽I(yè)帶來了巨大的損失。因此，他們需要借助局部放電帶電檢測系統(tǒng)來提升日常運維的效果。該分管電力公司，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，設(shè)計出了符合本站情況的局部放電帶電檢測系統(tǒng)，利用局部放電帶電檢測系統(tǒng)分別對110kV變電站以及220kV變電站內(nèi)的電纜出線進(jìn)行了實際檢測。經(jīng)過系統(tǒng)分析之后，快速的得出了110kV變電站的線路存在明顯的局部放電信號，說明該線路的電纜存在一定的缺陷，需要進(jìn)一步進(jìn)行分析確定準(zhǔn)確位置。通過使用局部放電帶電檢測系統(tǒng)，該供電公司的運維檢修效率大大的提升，極大的提高了輸電的安全性。

總結(jié)：

綜上所述，電纜局部放電的電流非常微弱且頻率較高范圍較廣，高壓電纜局部放電帶電檢測系統(tǒng)是提升電纜運維效果的一個重要手段。局部放電帶電檢測系統(tǒng)的重點內(nèi)容在傳感器的設(shè)計，這是整個帶電檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵。電纜局部放電帶電檢測系統(tǒng)，可以在不斷電的情況下快速的檢測出可能存在的缺陷，極大的提升了輸電線路的穩(wěn)定性。

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