電力電纜局部放電在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)探究

陳建華

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電需求明顯增加，電力電纜在電力傳輸系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。在長(zhǎng)期運(yùn)行中，電纜存在不少的問(wèn)題。局部放電現(xiàn)象是一種常見(jiàn)的問(wèn)題，主要是由于電纜絕緣材問(wèn)題，體現(xiàn)出電力的缺陷和不足。目前，電力電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)有多種，結(jié)合放電脈沖波形特征，識(shí)別電纜局部放電信號(hào)，計(jì)算出其放電量，解決電力電纜中的局部放電問(wèn)題。文章分析電力電纜局部放電技術(shù)，以期給相關(guān)部門(mén)的工作提供幫助。

關(guān)鍵詞：電力電纜;局部放電;在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

電氣設(shè)備檢修技術(shù)主要有故障檢修、定期檢修和狀態(tài)檢修三個(gè)階段。狀態(tài)檢修主要檢測(cè)可靠性，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)開(kāi)展預(yù)防性檢測(cè)。通過(guò)狀態(tài)檢修，測(cè)量和識(shí)別設(shè)備相關(guān)參數(shù)，找出其中的劣化現(xiàn)象;對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，保證檢修的有效性和針對(duì)性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，有效降低設(shè)備運(yùn)行成本。因此，在電力電纜建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，要加強(qiáng)局放在線(xiàn)檢測(cè)工作，以保證電力電纜的運(yùn)行質(zhì)量。

1 電力電纜局部放電在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)分析

1.1 AE聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)分析

在電力電纜局部放電問(wèn)題中，故障位置在放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生10kHz～300kHz的聲音信號(hào)。結(jié)合其產(chǎn)生的信號(hào)，利用相應(yīng)的傳感器，對(duì)聲音進(jìn)行判斷，去除其中的背景噪聲;借助信號(hào)放大器，完成信號(hào)的處理，采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，確定聲音的源頭、位置以及問(wèn)題情況。借助這樣的方式，可以找出局部放電故障位置和故障點(diǎn)。同時(shí)，此種超聲局放檢測(cè)技術(shù)有著一定的局限性。電力電纜中，超聲波傳播從電纜局部放電點(diǎn)發(fā)射，會(huì)受到電纜護(hù)套的阻擋，其發(fā)射在空中的信號(hào)非常微弱。因此，在電纜和接頭位置使用傳感器是唯一有可能檢測(cè)到信號(hào)的方式。電纜材料通常采取彈性較小的有機(jī)材料，其材質(zhì)能夠吸引局放中產(chǎn)生的壓力波，使得超聲波在電纜中傳播的距離非常小，尤其是部分接頭灌注有硅膠，更難檢測(cè)到超聲信號(hào)[1]。

1.2 UHF超高頻檢測(cè)技術(shù)

此種局放檢測(cè)技術(shù)主要借助UHF天線(xiàn)完成檢測(cè)工作，對(duì)局部放電位置的電磁波進(jìn)行檢測(cè)和分析，具有靈敏度高的特點(diǎn)，可以借助時(shí)間差的方式完成局放位置的定位。此種檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)300MHz～3GHz之間的UHF信號(hào)。在具體檢測(cè)過(guò)程中，借助相應(yīng)的外置和內(nèi)置UHF傳感器，對(duì)其中的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析，確定故障點(diǎn)位置。同時(shí)，此種局放在線(xiàn)檢測(cè)方式也具有一定的局限性，電纜的低通特點(diǎn)影響局放檢測(cè)效果。電纜是半導(dǎo)層結(jié)構(gòu)，對(duì)脈沖的高頻部分有著非常重要的影響，導(dǎo)致其脈沖削弱，脈沖幅值降低。在電力電纜中通常有一定的金屬外套，對(duì)信號(hào)具有一定的屏蔽作用，給信號(hào)提取工作帶來(lái)一定的難度。在這樣的因素影響下，使得UHF高頻檢測(cè)技術(shù)通常在GIS終端使用。

1.3 化學(xué)檢測(cè)技術(shù)

此種方式主要結(jié)合變壓器局部放電情況，對(duì)其周?chē)^緣材料進(jìn)行破壞分析，結(jié)合新的生成物合成原理開(kāi)展檢測(cè)。化學(xué)檢測(cè)方式主要是對(duì)合成物組成和濃度進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)因?yàn)榫植糠烹姰a(chǎn)生合成物，則判斷出現(xiàn)局部放電問(wèn)題。此種方式是一種常見(jiàn)的局部放電檢測(cè)方式，在電力電纜在線(xiàn)故障分析中普遍使用。在判斷其類(lèi)型時(shí)，借助化學(xué)檢測(cè)方式，主要是對(duì)不同氣味和濃度進(jìn)行判斷，構(gòu)建相應(yīng)的識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)識(shí)別。目前，在此系統(tǒng)建設(shè)中缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)早起的潛伏故障比較靈敏，但是對(duì)突出故障反應(yīng)不夠靈敏，影響局部放電檢測(cè)[2]。

1.4 HF高頻檢測(cè)技術(shù)

在此種技術(shù)應(yīng)用中，利用高頻傳感器，對(duì)局部放電產(chǎn)生的電磁信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行后期處理，提出局部放電信號(hào)等相關(guān)參數(shù)，之后進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。此種檢測(cè)技術(shù)的作業(yè)原理，如圖1所示。在檢測(cè)過(guò)程中，HF頻率的范圍在1MHz～30MHz之間，完成相應(yīng)的PD檢測(cè)。由于此種檢測(cè)技術(shù)的局限性，通常在電纜附件檢測(cè)中使用，在電纜附件位置可以適應(yīng)傳感器捕捉電磁脈沖。在電力電纜中，對(duì)于接地線(xiàn)電線(xiàn)中的局部放電電流信號(hào)，根據(jù)電磁耦合線(xiàn)圈和測(cè)量回路連接，通過(guò)HFCT高頻檢測(cè)方式檢測(cè)，獲取相應(yīng)的局部放電信號(hào)，通常在電纜敷設(shè)后交接驗(yàn)收和運(yùn)行中進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)。HFCT高頻檢測(cè)方式應(yīng)用中，可以更加方便地獲取放電信號(hào)，具有非常強(qiáng)的靈敏度，覆蓋范圍較大，可以滿(mǎn)足電纜局部放電在線(xiàn)檢測(cè)要求，是一種有效的檢測(cè)方式和手段。

2 電力局部放電定位技術(shù)分析

2.1 單端定位方式

在檢測(cè)到電力電纜局部放電問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)放電位置進(jìn)行定位，以提高局部放電測(cè)量的實(shí)效性。在發(fā)生局部放電時(shí)，局放脈沖從放電位置向電纜兩端傳播電磁信號(hào)。首先到達(dá)測(cè)量端的脈沖被稱(chēng)為該方向的直達(dá)脈沖，完成相應(yīng)的局部定位，同時(shí)需要對(duì)其反方向脈沖進(jìn)行測(cè)量。如果能夠識(shí)別出直達(dá)脈沖和反射脈沖，可以很準(zhǔn)確地確定局部放電位置。在實(shí)際檢測(cè)中，借助單端測(cè)量方式，很難對(duì)局部放電位置進(jìn)行確定，主要是反射脈沖的信號(hào)比較弱，或者受到噪音、波形等因素的干擾[3]。

2.2 雙端定位方式

電力電纜局部放電定位過(guò)程中，借助同步收發(fā)設(shè)備，對(duì)電纜局部放電開(kāi)展檢測(cè)，完成放電位置的定位，是一種準(zhǔn)確可靠的方式。通過(guò)這樣的方式，可以彌補(bǔ)單端定位中的不足，如長(zhǎng)電纜中信號(hào)減弱，反射脈沖大小降低，反射脈沖被背景噪音淹沒(méi)問(wèn)題;饋線(xiàn)電動(dòng)機(jī)噪音干擾問(wèn)題，局部放電波形讀取困難問(wèn)題;T形線(xiàn)路中電纜或者接頭電纜的衰減和反射問(wèn)題等。在實(shí)際檢測(cè)中，為了增強(qiáng)其反射脈沖，使其從背景噪聲中突顯出來(lái)，可以借助同步收發(fā)設(shè)備，利用設(shè)備中的放電觸發(fā)單元和脈沖發(fā)生裝置，根據(jù)其工作原理開(kāi)展測(cè)量定位，以保證反射脈沖測(cè)量順利開(kāi)展。利用同步收發(fā)設(shè)備，主要是借助高頻電流傳感器進(jìn)行探測(cè)和發(fā)射，可以在五千米的電纜中使用。當(dāng)觸發(fā)器在上升邊沿觸發(fā)時(shí)，精密設(shè)備可以保證放電脈沖的測(cè)量精度。

3 電路電纜局部放電在線(xiàn)檢測(cè)的應(yīng)用

3.1 放電量小、現(xiàn)場(chǎng)干擾大、檢出率較低問(wèn)題

電力電纜局部放電檢測(cè)中，由于檢測(cè)時(shí)間有限，對(duì)放電信號(hào)難以做出準(zhǔn)確的判斷。局部放電普測(cè)檢驗(yàn)報(bào)告中，通常給出多種疑似放電的結(jié)論。針對(duì)這些問(wèn)題，采取相應(yīng)的解決方式。針對(duì)疑似信號(hào)位置，可以在左右接頭位置安裝短期或者長(zhǎng)期的檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其局部放電進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)重點(diǎn)監(jiān)護(hù)位置放電譜圖進(jìn)行定時(shí)保存，借助遠(yuǎn)程測(cè)量和控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)的隨時(shí)檢測(cè)。對(duì)疑似信號(hào)給出更加準(zhǔn)確的結(jié)論，保證局部放電檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

3.2 放電信號(hào)的傳播問(wèn)題

在局部放電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中，對(duì)于放電信號(hào)的傳播問(wèn)題，可以對(duì)其接頭位置的放電信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)信號(hào)大小和衰減規(guī)律分析，準(zhǔn)確判斷出局部放電的具體位置。通過(guò)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信號(hào)頻帶帶寬進(jìn)行分析，判斷信號(hào)的遠(yuǎn)近位置，也可以對(duì)信號(hào)脈沖波形進(jìn)行對(duì)比分析，利用行波傳播方式完成放電定位。通過(guò)對(duì)其信號(hào)的圖譜分析，可以判斷信號(hào)是否屬于同一個(gè)信號(hào)源。

3.3 信號(hào)干擾問(wèn)題

目前，電力電纜的線(xiàn)路比較長(zhǎng)，電纜檢測(cè)定位非常重要。電纜自身具有一定的阻抗，高頻信號(hào)釋放的電纜滿(mǎn)足阻抗失配的反射現(xiàn)象，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)個(gè)信號(hào)疊加，需要對(duì)信號(hào)做出準(zhǔn)確的處理。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中，電磁信號(hào)可以抑制背景信號(hào)，更好地檢測(cè)局部檢測(cè)信號(hào)，能夠識(shí)別出需要的信號(hào)，保證局部放電檢測(cè)質(zhì)量。

4 電力電纜局部放電干擾抑制策略

在電力電纜局部放電現(xiàn)象中，對(duì)其在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，深入探究相關(guān)問(wèn)題，保證電力電纜輸送正常。首先，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集和轉(zhuǎn)換，根據(jù)信號(hào)頻域分布特點(diǎn)，開(kāi)頻域窗，消除固定頻率的干擾和影響，為局部放電檢測(cè)做好準(zhǔn)備。在開(kāi)頻域窗后，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)地轉(zhuǎn)換。將信號(hào)轉(zhuǎn)變成時(shí)域，借助高頻和特高頻結(jié)合的檢測(cè)方式，利用高頻和特高頻信號(hào)的相互鑒別，開(kāi)時(shí)間窗，消除彼此時(shí)間的隨機(jī)干擾脈沖影響。局部放電信號(hào)的頻譜比較寬，在之前的步驟中，局部放電頻帶重疊干擾信號(hào)沒(méi)有消除，需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多周期的疊加處理。消除傳感器接收的隨機(jī)脈沖干擾信號(hào)，將局部放電信號(hào)突顯出來(lái)，為之后的檢測(cè)工作做好準(zhǔn)備。通過(guò)多周期疊加處理之后，部分干擾依然不能清除，如電網(wǎng)高次諧波、高壓引線(xiàn)接觸不良等。此種干擾出現(xiàn)的時(shí)間和工頻相位有著很大的關(guān)系，工頻特點(diǎn)非常的明顯，可以結(jié)合局部放電工頻相位特點(diǎn)，考慮干擾本身相位分布，消除此種類(lèi)型的干擾。通過(guò)這樣的干擾抑制策略，可以消除實(shí)測(cè)波形中的干擾信號(hào)，如白噪和周期性窄帶干擾、隨機(jī)性脈沖干擾以及周期性脈沖干擾等。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷增加，電力電纜局部放電檢測(cè)更加重要，其檢測(cè)技術(shù)也在不斷地發(fā)展。在實(shí)際的電纜局部放電在線(xiàn)檢測(cè)中，需要采取最為有效的檢測(cè)方式，保證其靈敏度和時(shí)效性。目前，電力電纜中的局部放電信號(hào)比較弱，很容易受到干擾，局部放電檢測(cè)有著不小的難度。因此，電力企業(yè)需要加大局部放電檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)力度，結(jié)合局部放電檢測(cè)干擾因素，開(kāi)展相應(yīng)的檢測(cè)試驗(yàn)，消除干擾信息的影響，保證局部放電檢測(cè)的準(zhǔn)確性，保證電力電纜運(yùn)行質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁園園.電力電纜局部放電在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2019.

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[3] 宋作光，袁芳凌.電力電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)的探討[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2016（11）：166-167.