基于紅外和高頻局放檢測的電纜故障分析

程忠坤

摘要：當(dāng)前，人們已經(jīng)在電纜故障分析中應(yīng)用了紅外溫度檢測和高頻局放檢測的技術(shù)。為了了解這兩種技術(shù)的應(yīng)用效果，現(xiàn)對一則電纜故障的紅外溫度檢測及高頻局放檢測的技術(shù)進(jìn)行分析，從分析的結(jié)果可知，紅外溫度檢測應(yīng)用具有受外在環(huán)境因素小、檢測精度高、應(yīng)用技術(shù)簡單的優(yōu)點(diǎn)，卻也有應(yīng)用成本較大的不足。局放檢測技術(shù)具有應(yīng)用成本不大，適合在控制成本的前提下對使用高頻局放檢測技術(shù)電纜故障進(jìn)行精確定位的特點(diǎn)。將兩種技術(shù)聯(lián)合起來應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)勢，可以取得良好的檢測效果。

關(guān)鍵詞：紅外溫度檢測;高頻局放檢測;電纜故障

電力電纜在應(yīng)用的過程中，由于多種原因會(huì)使電纜絕緣劣化，主要原因包括外力損傷、絕緣受潮、化學(xué)腐蝕、長期過負(fù)荷運(yùn)行以及電纜接頭故障等。無論何種原因?qū)е碌慕^緣劣化，都有可能造成電纜的應(yīng)用故障。傳統(tǒng)的電纜故障分析技術(shù)存在檢測的危險(xiǎn)系數(shù)高，定位較為困難的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外和高頻局放檢測技術(shù)已經(jīng)非常成熟，這些技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電纜故障的分析中。

1基于紅外和高頻局放檢測概述

在電纜線施工安裝及運(yùn)行過程中，有多種因素會(huì)造成電纜的故障問題。無論由于哪種因素造成的電纜故障，都會(huì)出現(xiàn)電纜故障局部發(fā)生高溫及帶有絕緣受損的現(xiàn)象。過去，人們應(yīng)用傳統(tǒng)的電纜檢測技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用存在技術(shù)不直觀、危險(xiǎn)系數(shù)高的特點(diǎn)。比如常用的測量電阻電橋法、低壓脈沖反射法、脈沖電壓取樣法等，這些方法都需要工作人員直接接觸電纜，獲取一些數(shù)據(jù)信息。傳統(tǒng)的電纜檢測技術(shù)難以持續(xù)的獲取數(shù)據(jù)信息，并且工作人員在獲取數(shù)據(jù)信息時(shí)，有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。紅外和高頻局放檢測技術(shù)，可以克服傳統(tǒng)電纜故障檢測分析的不足發(fā)。

紅外熱像測溫技術(shù)是應(yīng)用光譜原理，通過采集電氣設(shè)備的紅外輻射，獲得測溫結(jié)果的一種技術(shù)。紅外輻射是對電磁頻譜進(jìn)行檢測，紅外線波一般在0.75～100m間，它是肉眼不可見的光。紅外輻射可以獲取物體表面的溫度。在電纜絕緣發(fā)生局部劣化時(shí)，該劣化區(qū)域溫度會(huì)有明顯的升高。在電纜發(fā)生故障以后，應(yīng)用紅外檢測，其發(fā)生故障的位置會(huì)出現(xiàn)異常的高溫。紅外檢測的方法，其實(shí)是應(yīng)用紅外探測儀測量溫度的變化來反映電纜電流大小的變化，電纜溫度與電流正相關(guān)。電纜出現(xiàn)故障的位置，電流會(huì)突然變大，分析電纜電流的變化，可以快速定位電纜發(fā)生故障的位置。

高頻局部檢測的原理為電纜具有低通波的特性，只要頻率增加，那么從理論上說分量的衰減倍率也增加。當(dāng)電纜出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象以后，局部放電的位置會(huì)出現(xiàn)放電脈沖電流沿著接地線的軸向方向傳播，并在垂直于電流傳播方向的平面上產(chǎn)生相應(yīng)的磁場。應(yīng)用高頻電流傳感器對電纜運(yùn)行的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，高頻電流傳感器會(huì)在該磁中場中檢測出耦合放電信號，應(yīng)用該信號可迅速定位局部放電的位置。

2基于紅外和高頻局放檢測的電纜故障情況

2.1項(xiàng)目概述

2019年11月4日，應(yīng)用紅外探測儀及高頻電流傳感器對電纜進(jìn)行帶電檢測。該次工程進(jìn)行的環(huán)境溫度為15℃，相對濕度為70%。在監(jiān)測的過程中，發(fā)現(xiàn)#001塔外側(cè)電纜高頻信息出現(xiàn)了異常，通過監(jiān)測了解部分電纜出現(xiàn)了絕緣性放電的異常，并且高頻電流傳感器給出了局部放電的信號。

2.2監(jiān)測及分析的過程

從獲得的數(shù)據(jù)資料了解三相接觸處的溫度測量為11.8℃、11.7℃、23.4℃，由獲得的數(shù)值可知，電纜外部溫度正常，內(nèi)部異常。通過監(jiān)測了解，電纜出現(xiàn)了局部放電，如果要了解局部放電的原因，需要應(yīng)用高頻電流傳感器監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行分析。

3基于紅外和高頻局放檢測的電纜故障具體分析

PRPD：又稱相位分辯的局部放電，英文名為Phase Resolved Partial Discharge，它是把每個(gè)帶有相位標(biāo)識(shí)百的局部放電脈沖按照相位顯示出來，將這些數(shù)據(jù)信息直觀化的圖譜。應(yīng)用PRPD譜圖來分析局部放電圖譜。高頻電流傳感器應(yīng)用柔性金屬作為電極，它在電纜本體上纏繞成環(huán)狀，與電纜的金屬屏蔽成層形成藉合電容，高頻電流傳感器可以獲得電纜內(nèi)部的放電信號。應(yīng)用這樣的方法，可以避免從接地線中獲取電流信號，造成干擾因素太多，帶來信號不精無償援助的問題。在應(yīng)用高頻電流傳感器進(jìn)行監(jiān)測前，需要先進(jìn)行原始放電量-相位譜圖來測量現(xiàn)場信號真實(shí)的情況，以此了解放電信號和噪聲信號之間的關(guān)系。通過PRPD圖譜結(jié)果可以了解，放電信號在正常的情況下的原始放電量相位譜圖。應(yīng)用它作為局部放電圖譜的判斷依據(jù)。發(fā)現(xiàn)電纜內(nèi)側(cè)出現(xiàn)異常放熱，這與紅外監(jiān)測的結(jié)果一致。

為了進(jìn)一步了解局部放電的情況，現(xiàn)對局部放電的單個(gè)時(shí)域脈沖圖譜進(jìn)行分析得到單個(gè)時(shí)域脈沖譜圖，然后對當(dāng)前出現(xiàn)了局部放電的電纜進(jìn)行單個(gè)頻域脈沖譜圖進(jìn)行分析，從分析的結(jié)果可知，該電纜的內(nèi)測出現(xiàn)了較為明顯的局部放電現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步了解電纜的哪片位置出現(xiàn)了局部放電，將電纜分為A、B、C三片區(qū)域。為了精確的定位是A、B、C段中哪一段出現(xiàn)了局部放電，現(xiàn)再次應(yīng)用放置高頻傳感器的方法，對這三段電纜進(jìn)行排查。應(yīng)用同樣的方法，可了解C段出現(xiàn)了局部放電的故障。

為了處理C段局部放電的問題，現(xiàn)停電對電纜進(jìn)行檢修，通過檢修可以了解C段中間接頭應(yīng)力錐的位置出現(xiàn)了放電灼燒的痕跡?，F(xiàn)已知局部放電的位置，以及局部放電的特征，結(jié)合檢修的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以判斷，由于C相C段中間接頭制作過程中潮氣過大，長期運(yùn)行產(chǎn)生局部放電導(dǎo)致絕緣受損?，F(xiàn)對電纜進(jìn)行檢修，通過測試，排除了故障。再應(yīng)用高頻局放進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)局測結(jié)果正常，電纜可投入到正常使用中。

4基于紅外和高頻局放檢測的電纜故障具體分析

應(yīng)用紅外檢測的方法對電纜進(jìn)行檢測，它的檢測優(yōu)勢為它不受電磁的干擾、安全性較高、監(jiān)測準(zhǔn)確性較高、應(yīng)用技術(shù)比較簡單。從該次的案例中，可以看到，應(yīng)用紅外監(jiān)測的方法，可以很快確定電纜內(nèi)側(cè)存在故障問題。然而如果要應(yīng)用紅外檢測的方法精確的對故障發(fā)生的位置進(jìn)行定位，則需要花費(fèi)大量的監(jiān)測成本，它需要建立較大的寬帶傳輸通道，需要較多的高清相機(jī)拍攝視頻，而當(dāng)前，人們通以為了電纜檢修花費(fèi)大量的成本。相對的，高頻局部放電檢測則存在檢測成本應(yīng)用小，并且應(yīng)用較小的成本就能對電纜故障進(jìn)行定位的特點(diǎn)。從這一則電纜故障判斷和檢修的案例中可以看到，先進(jìn)用紅外檢測的方法，對電纜的故障進(jìn)行初步定性，然后應(yīng)用高頻局放檢測的方法，對電纜的故障進(jìn)行逐段的分析，排除障礙，可以取得較好的檢測效果。應(yīng)用高頻電磁耦合檢測技術(shù)適用于電纜終端及中間接頭的局部放電帶電的檢測，可以依照檢測的結(jié)果，對局部出現(xiàn)放電的位置進(jìn)行定位，至放精準(zhǔn)的找到電纜出現(xiàn)位置的區(qū)域。

傳統(tǒng)的電纜故障分析方法，需要人們近距離的接觸電纜，了解電纜故障特征以后再判斷電纜故障的問題。這種技術(shù)危險(xiǎn)系數(shù)大，并且它對技術(shù)人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求較高。紅外溫度檢測技術(shù)與高頻局放檢測技術(shù)是一種突破了傳統(tǒng)技術(shù)弊端的技術(shù)。它們把現(xiàn)代化的信息技術(shù)應(yīng)用于電纜故障判斷中。當(dāng)前人們將紅外溫度檢測技術(shù)與高頻局放檢測技術(shù)應(yīng)用于電纜的檢測中。結(jié)合電纜故障顯示的特征可知其故障產(chǎn)生的原因，人們可根據(jù)原因找到故障排除的方法。紅外溫度檢測和高頻局放檢測各有其應(yīng)用優(yōu)勢，也有其應(yīng)用不足，將兩者結(jié)合起來應(yīng)用，可以發(fā)揮彼此應(yīng)用的優(yōu)勢，克服應(yīng)用的不足，從而能夠取得良好的檢測效果。將這兩種技術(shù)聯(lián)合起來，應(yīng)用于電纜檢測中，其檢測的效果良好。

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