電力電纜局部放電雙傳感器檢測技術(shù)

張培倫 陳胤

1. 國網(wǎng)無錫供電公司 江蘇 無錫 214000；2. 國網(wǎng)廈門供電公司 福建 廈門 361000

引言

在電力企業(yè)當(dāng)中，電纜的絕緣故障問題通常發(fā)生在電纜附件上，隨著新型電纜在電力網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的應(yīng)用不斷變得廣泛，由于電纜絕緣故障問題而造成的電力事故也頻繁發(fā)生，并對電力網(wǎng)絡(luò)整體運行也會造成極大的負面影響。由于大部分電纜采用的是地下敷設(shè)的方式，因此對于其檢測以及對故障位置的定位都造成一定難度[1]。因此，如何能夠?qū)崿F(xiàn)對電纜故障的快速檢測，并確定故障的位置，是當(dāng)前該領(lǐng)域研究人員重點關(guān)注的話題。在電纜出現(xiàn)故障問題時，通常會使得其內(nèi)部發(fā)生局部放電。同時，通過對電纜當(dāng)中局部放電水平的測定，能夠進一步反映電纜在檢測過程中所處的絕緣狀況。而基于這一特點可實現(xiàn)對故障的快速判斷和定位[2]?；诖?，本文開展電力電纜局部放電雙傳感器檢測技術(shù)研究。為了提高檢測的精度水平，引入了雙傳感器聯(lián)合的檢測技術(shù)。同時，為了確保電力電纜運行的穩(wěn)定，針對電纜在運行過程中的局部放電進行帶電檢測，不需要電纜停止運行便可以實現(xiàn)對其應(yīng)用過程中的檢測[3]。當(dāng)前在其他領(lǐng)域當(dāng)中，雙傳感器也得到了廣泛的應(yīng)用，通過兩個傳感器在應(yīng)用中的優(yōu)勢互補，促進檢測的抗干擾能力提升，并進一步提升檢測效果，從而促進檢測技術(shù)的應(yīng)用價值提升。

1 VHF傳感器與UHF傳感器選型設(shè)計

為了避免在電纜局部放電檢測過程中受周圍環(huán)境因素影響而造成最終檢測結(jié)果與實際不符的問題發(fā)生，本文嘗試引入雙傳感器思路，通過對兩種不同型號傳感器的應(yīng)用，形成優(yōu)勢互補，并進一步促進檢測技術(shù)抗干擾能力的提升。分別選用一種基于電磁耦合法的VHF傳感器和一種基于特高頻的UHF傳感器，將兩種傳感器安裝在電纜結(jié)構(gòu)上，對電纜運行過程中產(chǎn)生的局部放電脈沖電流信號及相關(guān)參數(shù)信息進行獲取。VHF傳感器可選用工作頻率在1～120MHz范圍內(nèi)，內(nèi)部放大器增益為35dB的傳感器[4]。為了確保檢測技術(shù)的抗干擾能力提升，針對VHF傳感器磁芯的選擇，選用具備耐磨、耐蝕的磁性材料。在VHF傳感器當(dāng)中，利用兩個半環(huán)與金屬屏蔽盒進行連接，并以此形成一個閉環(huán)結(jié)構(gòu)。金屬屏蔽盒的主要作用是抑制電纜所處環(huán)境中周圍干擾信號的影響，以此確保在后續(xù)對放電脈沖電流信號采集和定位檢測時不會受到干擾信號的影響。

針對UHF傳感器的選擇，應(yīng)選用工作頻率在400～2000MHz范圍內(nèi)，放大器增益為45dB的傳感器。通常情況下，電纜所處的運行環(huán)境中，對檢測結(jié)果造成影響的干擾信號其頻率一般在100MHz～200MHz之間，而通過激勵處理的特高頻電磁信號其頻率通常超過1GHz。在對這一頻率下的信號進行獲取時不會直接將不符合1GHz以上范圍要求的信號去除，即可避免干擾信號的負面影響，因此能夠有效促進對放電檢測的靈敏度提升，從而更有利于本文檢測技術(shù)對電纜局部放電進行測定。

2 采集電纜局部放電脈沖電流信號

完成對雙傳感器的選型后，引進電磁耦合法，對電纜局部放電脈沖電流信號進行采集。在采集過程中，選用型號匹配的羅氏線圈，將其安裝并集成在電纜裝置屏蔽層中，為避免檢測過程中的觸電危險，需要將線圈進行接地處理，通過傳感器在兩端反饋的感應(yīng)電流，實現(xiàn)對屏蔽結(jié)構(gòu)局部放電電流的精準(zhǔn)檢測。相比其他的檢測方法，電磁耦合檢測方法在實際應(yīng)用中具有結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷等優(yōu)勢，同時，還可以較好地實現(xiàn)在檢測中對噪聲的抑制，通過此種方式實現(xiàn)對真實脈沖情況的精準(zhǔn)表達與反饋描述。

在對羅氏線圈進行檢測時，應(yīng)參照法拉第理論與感應(yīng)定律，根據(jù)電路中的環(huán)路安培變化，進行當(dāng)被測對象沿著線圈中心出現(xiàn)環(huán)繞現(xiàn)象時，在環(huán)組的周圍將產(chǎn)生一定的磁場，磁場會隨著線圈的纏繞變化而發(fā)生變化，當(dāng)纏繞的線圈值為固定值時，可以將此時的電流互感系數(shù)在輸出時為一個定值數(shù)據(jù)[5]。當(dāng)滿足上述條件下，終端輸出的脈沖電流信號中，電流與電壓將基于微分層面呈現(xiàn)正比例關(guān)系，因此，此時只需要在線圈的引線位置，安裝或集成一個積分器，使用積分器進行監(jiān)測信息的反饋，即可實現(xiàn)對電纜裝置局部放電脈沖檢測電流信號的主動獲取。

3 基于雙傳感器的電纜局部放電聯(lián)合定位檢測

完成上述研究后，引進雙傳感器技術(shù)，進行電纜局部放電現(xiàn)象的聯(lián)合定位檢測設(shè)計。在進行此項設(shè)計時，應(yīng)先在檢測現(xiàn)場對XLPE電纜裝置的接頭位置與終端位置，進行局部放電特性的測量，但此種較為單一的測量方法會導(dǎo)致檢測結(jié)果信號中存在大量冗余值，即檢測結(jié)果極易受到外部環(huán)境的干擾出現(xiàn)異常。因此，此種檢測方式具有一定的局限性，為解決此種檢測方法存在的不足，本章將采用超聲波發(fā)射法、高頻電流頻次法，對局部放電情況進行聯(lián)合定位，以此種方式，保證檢測結(jié)果具有高精度優(yōu)勢[6]。通過雙傳感器聯(lián)合檢測，不僅可以在檢測中對局部信號與外部信號的精準(zhǔn)識別，也可以有效篩查在信號中的干擾值，保證定位的成功率。但在檢測過程中，考慮到XLPE電纜裝置中存在較多的附屬構(gòu)件，包括電氣構(gòu)件與機械構(gòu)件等，因此，可以直接將VHF傳感器套接在電纜接頭位置，將另一UHF傳感器套接在電纜裝置的中間位置，通過此種方式，保證電纜本體結(jié)構(gòu)的接地，或本體結(jié)構(gòu)與附件結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)鄰近狀態(tài)。同時，將檢測中所需的超聲波發(fā)射裝置與外置傳感裝置集成在電纜附近位置，按照此種方式，布置如下圖1所示的局部放電檢測環(huán)境。

圖1 基于雙傳感器的局部放電檢測定位結(jié)構(gòu)示意圖

上述圖1中：1表示為前端反饋的超聲波信號；2表示為超聲波信號傳感器；3表示為高頻率電磁波；4表示為電磁波傳感器；5表示為電纜裝置接頭；6表示為局部放電電源；7表示為電流傳感器；8表示為接地電線；9表示為電纜裝置本體結(jié)構(gòu)。

在檢測過程中，采用巡回檢測的方式，對電纜裝置本體結(jié)構(gòu)與附件結(jié)構(gòu)進行巡回檢測，通過此種初步檢測的方式，可以識別并判斷放電源的大致位置。在掌握放電源的基本位置后，對存疑的電纜構(gòu)件上，按照上述步驟安裝VHF傳感器與UHF傳感器，根據(jù)傳感器反饋電流的方向，進行局部放電方向的識別與判斷。為保證檢測結(jié)果的高精度，可在完成放電定位后，使用XLPE電纜裝置構(gòu)件進行異常點的反推理。通過此種方式，實現(xiàn)對局部放電的聯(lián)合定位檢測，實現(xiàn)對檢測技術(shù)的規(guī)范化設(shè)計。

4 實例應(yīng)用分析

為了驗證本文上述提出的檢測技術(shù)在實際應(yīng)用中的有效性，選擇以電力企業(yè)當(dāng)前常用的電纜試樣作為研究對象，針對該電纜試樣進行局部放電檢測。已知選擇的電纜試樣電壓等級為6.8/20kV，電纜線的橫截面面積為25mm2 ，電纜的總長度為150m。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電纜的局部放電并且不會對電纜本身運行造成影響，選擇通過人為的方式在電纜試樣上安裝一個脈沖發(fā)生裝置，利用該裝置實現(xiàn)對局部放電信號的發(fā)射。在與電纜距離較遠的一端設(shè)置開路，將電纜外的屏蔽層進行接地處理，在近端安裝本文上述選擇雙傳感器，利用其完成對局部放電信號的采集。首先對本文檢測技術(shù)在應(yīng)用中對電纜試樣在出現(xiàn)故障時局部放電源方向判斷正確性進行檢驗，通過人為方式對脈沖發(fā)生器裝置參數(shù)進行調(diào)整，并記錄設(shè)定的放電源方向，將實際方向與本文檢測技術(shù)的檢測結(jié)果判定方向進行對比，得到如表1所示的結(jié)果。

表1 本文檢測技術(shù)實例應(yīng)用方向判斷結(jié)果記錄

從表1中得到的實驗結(jié)果可以看出，本文檢測技術(shù)得出的結(jié)果與實際局放源方向完全一致，說明本文提出的檢測技術(shù)在實際應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)對電纜局放電源方向的正確判斷，初步驗證檢測技術(shù)的應(yīng)用可靠性。再對電纜異常時的局部放電位置定位精度進行判斷，人為通過脈沖發(fā)生器裝置在特定距離上發(fā)出放電信號，利用本文檢測技術(shù)對放電位置進行定位，并得到如表2所示結(jié)果。

表2 本文檢測技術(shù)實例應(yīng)用定位結(jié)果記錄

表2中的實際距離為異常放電信號距離近端距離，從表2中得出的結(jié)果可以看出，本文提出的檢測技術(shù)在實際應(yīng)用中對五個電纜試樣的局部放電位置定位時，其定位誤差均小于0.05m，符合電纜局部放電定位精度要求。因此通過這一實驗結(jié)果進一步證明本文提出的檢測技術(shù)在實際應(yīng)用中具備更高的檢測精度。

5 結(jié)束語

通過本文上述論述，在應(yīng)用VHF傳感器與UHF傳感器后，提出了一種基于雙傳感器的電力電纜局部放電檢測技術(shù)，并結(jié)合實例應(yīng)用的方式驗證了該技術(shù)的實際應(yīng)用可靠性和精度。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，通過雙傳感器的應(yīng)用促進了檢測技術(shù)的抗干擾能力提升，在實現(xiàn)對外界干擾因素的抑制下，促進了檢測結(jié)果的實際應(yīng)用價值提升，同時也使得檢測技術(shù)變得更加安全和靈活，具有極高的應(yīng)用適應(yīng)性。