空間傳感天線在戶外電纜終端局放檢測定位中的應(yīng)用

馮曉棕

摘? 要：該文主要研究了空間傳感天線在高壓電纜戶外EB-A終端局放檢測及定位的方式方法，驗證其有效性。基于多個高頻脈沖檢測頻帶的空間傳感天線對電纜終端附件的局部放電信號進行不同方向、不同維度的檢測及精確定位，并最終實現(xiàn)了局放源電力設(shè)備的更換驗證、及時消除了電力設(shè)備運行中的安全隱患，從而證明了空間傳感天線在局放檢測定位中的應(yīng)用是有效的。該文所驗證結(jié)論對于今后在電纜線路局放測試過程中特別是戶外式電纜終端局放測試中發(fā)現(xiàn)的疑似放電信號的確切性及定位方法提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：局放;空間傳感天線;檢測定位;高頻脈沖

中圖分類號：TM247? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

近年來，高壓電力電纜帶電局放（PD）檢測技術(shù)越來越成熟，并得到了大力發(fā)展及應(yīng)用。雖然對于高壓電纜發(fā)生的局放信號如時域波形特征、頻域特征及模式譜圖特征等局放判定因素正確性均得到了一定程度的驗證，利用這些特征對于現(xiàn)場干擾信號比較弱的情況下檢測電纜局放信號完全可行。但是對于很多高壓電纜戶外式EB-A電纜終端的局放檢測及其定位，因在運行環(huán)境中鏈接了其他如架空線、裸露式開關(guān)、斷路器等高壓設(shè)備，從而會引起其他很多干擾噪聲放電信號，對電纜終端發(fā)生的局放信號檢測及定位存在一定的影響。因此，需要研究一種空間傳感天線，針對該類型的局放信號進行檢測及定位。該文主要是利用基于高頻脈沖電流法的局放設(shè)備[1]，結(jié)合自制的空間傳感天線，對一個110 kV戶外式電纜終端附近發(fā)生的局放信號進行精確定位。

1 高頻脈沖電流檢測裝置

1.1 高頻脈沖電流法

1.1.1 高頻脈沖電流法檢測原理

脈沖電流法主要是通過高頻電流互感器/HFCT來檢測局部放電信號中的脈沖電流信號，其主要檢測的信號頻帶在

0.1 MHz～80 MHz。由于該方法主要針對對象為高壓電纜本體及相應(yīng)附件，其主要干擾信號是電力系統(tǒng)本身運行所產(chǎn)生的白噪聲等，干擾頻率一般分布在1 MHz以下[2]。HFCT傳感器采用高磁通型材料制作而成，可以檢測局部放電信號大部分特征參數(shù)，因此，脈沖電流法在高壓電纜局放檢測實際應(yīng)用中也發(fā)揮了重要的作用。

1.1.2 檢測裝置連接圖

電纜局放檢測裝置主要由前端高頻電流傳感器、空間傳感器天線、信號處理分析主機及后端手持終端（筆記本電腦、iPad或手機）構(gòu)成，前端與后端裝置通過Wi-Fi進行數(shù)據(jù)通信。

2 空間傳感天線

2.1 檢測原理

空間傳感天線是一種基于非接觸式檢測高頻及甚高頻頻段范圍內(nèi)的信號傳感器，為雙極性多向性信號接收天線。其通過放置在電力檢測對象附件進行檢測來自于電力設(shè)備或者其他空間傳播過來的高頻脈沖信號，信號分析處理及譜圖展示模式與局放脈沖電流傳感器機理相類似，而通過移動及3個或以上傳感天線組成多維多角度檢測定位矩陣，可以實現(xiàn)對放電源位置的精確定位。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

空間傳感天線結(jié)構(gòu)設(shè)計主要由2根接收空間脈沖信號的合適長度的鋁材料天線、小型磁芯繞制而成的高頻CT、高頻脈沖變壓器（TDK模塊）及相應(yīng)外殼構(gòu)成。考慮現(xiàn)場局放檢測定位過程中應(yīng)用方便，在該空間傳感天線結(jié)構(gòu)上進行，例如三角支架式的設(shè)計支撐，實現(xiàn)現(xiàn)場無阻礙的頻繁移動，其現(xiàn)場應(yīng)用模式如圖1所示。

3 局放檢測定位

3.1 局放檢測

2019年10月首次在廣州電網(wǎng)110 kV高壓電纜戶外終端A相附近檢測發(fā)現(xiàn)了疑似放電信號，通過信號的譜圖特征、時域脈沖波形特征等因素判定該信號為電力設(shè)備內(nèi)部局放信號。檢測原理及方式是采用3個高頻脈沖電流傳感器安裝在電纜終端3相鎧裝接地線上，空間傳感天線利用三腳架支撐安裝在終端接頭附件，并根據(jù)信號檢測變化情況而進行移動式粗略定位放電源。

3.2 局放檢測定位

該次檢測及粗略定位了放電源是來自于A相電纜終端附近，由于附近除了電纜本身終端接頭外，還有其他架空線路、電容式電壓互感器、隔離開關(guān)和斷路開關(guān)等設(shè)備，因此需要利用空間傳感天線進一步的精確定位，以確定放電源是來自于具體哪個電力設(shè)備。

3.3 局放定位

3.3.1 定位方法

采用3個或4個空間傳感天線在該電纜線路終端A相接頭及關(guān)聯(lián)設(shè)備周邊進行多維多方向信號源定位。

利用4個空間傳感天線沿著A相終端接頭東南西北4個方向相同的距離進行擺放檢測定位。

4個空間傳感天線通過等長20 m的同軸信號線連接到采樣率達到5G/z的示波器進行檢測信號采集顯示并觀察放電脈沖信號到達4個傳感天線的時間差，從而實現(xiàn)定位的目的。

3.3.2 定位1結(jié)論

由于4個傳感天線距離A相終端相同，分布在4個不同的方向，如果A相終端存在放電信號，則4個傳感天線檢測到的放電信號波形應(yīng)該是同時到達，檢測信號是天線1與天線2先到后，而天線3和天線4檢測波形相比后到達，故可見放電源不應(yīng)該在A相終端接頭。

利用4個空間傳感天線沿著電容式電壓互感器東南西北4個方向相同的距離進行擺放檢測定位。

根據(jù)前面4個空間傳感天線圍繞A相電纜終端接頭進行定位后，發(fā)現(xiàn)放電源不是來自于電纜終端接頭或者上側(cè)架空線，而是偏向于天線1和天線2，因此，放電源信號應(yīng)該是來自于較近的電壓互感器或者該方向上的其他如隔離開關(guān)、斷路器及架空線等設(shè)備，因此，傳感天線圍繞互感器進行等距檢測定位。

3.3.3 定位2結(jié)論

4個傳感天線檢測到的放電信號波形到達時間一致，而由于分布4個方向的傳感天線距離相同，說明放電源方向應(yīng)該是來自于該電容式電壓互感器，側(cè)面排除放電源來自于A相終端方向。

利用4個空間傳感天線沿著電容式電壓互感器東南西北4個方向擺放，天線1、2與天線3、4距離電壓互感器的距離不同。該步驟主要利用空間傳感天線驗證放電源信號是否有可能來自于站內(nèi)其他的電力設(shè)備。

3.3.4 定位3結(jié)論

天線3和天線4檢測波形比天線1和天線2檢測波形先到達，即因天線3和天線4距離電容式電壓互感器更近，該定位檢測說明放電源不是來自于天線1和天線2方向變電站內(nèi)其他設(shè)備。

利用3個空間傳感天線在電容式電壓互感器與變電站內(nèi)其他電力設(shè)備之間的方向進行并排式檢測定位，進一步確認局放信號源的位。

通過3個空間傳感天線沿著電壓互感器垂直方向并排放置，天線1距離互感器最近，而天線3距離互感器最遠但距離站內(nèi)其他電力設(shè)備比較近，主要目的在于排除局部放電信號是來自站內(nèi)其他裸露式電氣設(shè)備的可能性。

3.3.5 定位4結(jié)論

檢測信號波形到達順序分別為天線1-天線2-天線3，說明放電源來自電容式電壓互感器方向。

3.4 檢測定位結(jié)論

該次采用4個空間傳感天線通過在高壓電纜終端接頭附近進行不同方向及維度的放電信號定位檢測，最終確定了放電源位置應(yīng)該是來自于電容式電壓互感器內(nèi)部，如圖2所示。

3.5 設(shè)備解剖情況

運維人員對該次檢測并定位的電壓互感器進行了解體更換，并在電力試驗研究所試驗大廳進行加持電壓重現(xiàn)局部放電信號，證明了該次采用多個空間傳感天線進行的局放精確定位檢測結(jié)果的正確性。

4 結(jié)語

1）采用局放高頻脈沖電流檢測裝置及空間傳感天線對110 kV電纜終端接頭進行局放檢測，發(fā)現(xiàn)并粗略定位了局放信號大概來自的方向。2）通過多個空間傳感天線圍繞在電纜終端及其附近其他電力設(shè)備進行不同方向、不同維度的局放精確定位檢測，最終確定了局放信號源的位置來自于A相電纜終端接頭所連接的電容式電壓互感器上。3）根據(jù)檢測定位結(jié)果對存在局放信號的電壓互感器進行了更換，并在實驗室通過人工加電壓方式重現(xiàn)了其內(nèi)部放電信號。4）該次局放檢測及其精確定位的成功，為空間傳感天線在高壓電纜特別是戶外式電纜終端接頭的局放檢測定位提供了理論及應(yīng)用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，解決了戶外電纜終端接頭附近存在局放但對其進行精確定位比較難的問題。5）空間傳感天線檢測頻段基于高頻及甚高頻，其增添了高頻脈沖電流檢測裝置對空間中傳播的放電信號檢測的可能性。

參考文獻

[1]趙宇，劉青，高援利，等.高壓XLPE電纜線路局部放電測試系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 電力設(shè)備，2008，9（9）：45-49.

[2]孫波，黃成軍.電力電纜局部放電檢測技術(shù)的探討[J].電線電纜， 2009（3）：38-41.