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電纜附件局部放電常用的檢測方法

閱讀：22發(fā)布時間：2025-7-3

國內(nèi)外用于XLPE電力電纜局部放電檢測的方法有很多。但由于XLPE電纜局部放電信號微弱，波形復雜多變，極易被背景噪聲和外界電磁干擾噪聲淹沒，所以研究開發(fā)電纜局部放電在線檢測技術(shù)的難度在所有電氣設(shè)備絕緣在線檢測技術(shù)中是的。其中常規(guī)XLPE電纜局部放電測量多采用IEC60270法，其測量頻帶較低，通常在幾十到幾百kHz范圍內(nèi)，易受背景干擾的影響，抗干擾能力差。理論研究表明，XLPE電力電纜局部放電脈沖包含的頻譜很寬，可達到GHz數(shù)量級。因此，選擇在信噪比高的頻段測量可有效地避免干擾的影響。目前國內(nèi)外己把電纜局部放電測量的焦點轉(zhuǎn)移到高頻和超高頻測量上。尤其是超高頻檢測技術(shù)在GIS上成功應(yīng)用后，很多研究學者嘗試將這一方法拓展到XLPE電纜局部放電在線檢測上。同時，由于電纜附件絕緣結(jié)構(gòu)復雜，影響其絕緣性能的因素很多，發(fā)生事故的概率遠遠大于電纜本體，且在電纜附件處獲取信號的靈敏度比從電纜本體獲取信號的靈敏度要高且容易實現(xiàn)，因此通常電纜局部放電在線檢測方法亦多用于電纜附件故障的檢測。

電纜附件局部放電在線檢測方法中主要的檢測方法有差分法、方向耦合法、電磁耦合法、電容耦合法、電感耦合法、超聲波檢測法等。在眾多檢測方法中，差分法、方向耦合法、電磁耦合法檢測技術(shù)目前已成功應(yīng)用到現(xiàn)場測量中；而近些年超高頻測量方法受到更多關(guān)注，成為XLPE電纜局部放電在線檢測新的檢測方向。

①差分法

差分法是日本東京電力公司和日立電纜公司共同開發(fā)的一種方法。其基本原理見下圖。將兩塊金屬箔通過耦合劑分別貼在275kV XLPE電纜中間接頭兩側(cè)的金屬屏蔽筒上(此類中間接頭含有將兩端金屬屏蔽筒連接隔斷的絕緣墊圈)，金屬箔與金屬屏蔽之間構(gòu)成一個約為1500pF-2000pF的等效電容。當電纜接頭一側(cè)存在局部放電，另一側(cè)電纜絕緣的等效電容起耦合電容作用，檢測阻抗便耦合到局部放電脈沖信號。該方法簡單安全，不必加入專門的高壓源和耦合電容，也無需改變電纜接線，適合于現(xiàn)場試驗及在線檢測。研究發(fā)現(xiàn)，頻譜分析儀中心頻率設(shè)在5MHz-10MHz時，信噪比。差分法的檢測回路類似于差動平衡電路，來自導線芯的噪聲信號，在檢測阻抗上的兩端不能產(chǎn)生壓降，因而可以很好地抑制噪聲。

差分法結(jié)構(gòu)圖和原理圖

②方向耦合法

方向耦合法最典型的例子是德國柏林的400kV XLPE電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)通過方向耦合器耦合局部放電信號，方向耦合器結(jié)構(gòu)見下圖1。方向耦合器由一個插在電纜絕緣上的電極板、一個羅戈夫斯基線圈和兩個終端阻抗(分別與端口A, B相連)構(gòu)成。電極板與金屬屏蔽層之間形成一個等效電容，羅戈夫斯基線圈分為性能相同的兩部分，如圖2。

方向耦合器結(jié)構(gòu)圖1

方向耦合器結(jié)構(gòu)圖2

當局部放電信號沿電纜從一側(cè)(如右側(cè))傳來，在電容和線圈上均可感應(yīng)出脈沖信號，B端輸出的電壓信號為電容的電壓信號和線圈2的電壓信號的疊加；而A端輸出的電壓信號則為電容與線圈1的電壓信號相減。如果電容耦合的信號與線圈耦合的信號大小相等，則B端輸出信號則增大，而A端信號則被抵消了。由此可判斷局部放電脈沖的傳播方向。通常，只需兩個端口的電壓比值大于8:1即可認為該脈沖信號為局部放電信號且方向可判斷。檢測系統(tǒng)在電纜中間接頭兩側(cè)分別安裝一個方向耦合器，這樣可以根據(jù)兩個方向耦合器耦合到的局部放電信號的方向判斷出該放電脈沖信號是來自中間接頭內(nèi)部還是來自外部。這種方法具有很好的抗干擾能力?，F(xiàn)場測試表明，方向耦合器的檢測靈敏度可小于5pC。檢測系統(tǒng)測量頻帶為600MHz。

③電磁耦合法

電磁耦合法是將鉗型羅戈夫斯基線圈直接卡裝在電纜金屬屏蔽外，或穿過電纜終端、連接頭屏蔽層的接地線，通過感應(yīng)流過電纜屏蔽層的PD脈沖來檢測局放。電磁耦合法應(yīng)用于XLPE電纜局部放電在線監(jiān)測比較成功的例子是1998年瑞士研制的170kV XLPE電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，測量位置選在XLPE中間接頭金屬屏蔽的連接引線上，系統(tǒng)的檢測頻帶在15MHz-50MHz左右，檢測靈敏度可低于15pC。由于寬頻帶電磁耦合法具有小巧靈活，操作安全，能真實地反映脈沖波形等特點，正在被廣泛的研究和應(yīng)用。該方法容易受到地線電磁信號的干擾，單純依賴寬頻帶濾波器和高倍數(shù)的放大器很難排除某些類似局部放電脈沖的干擾。

④電容耦合法

電容耦合法是由英國南安普敦大學、英國電網(wǎng)公司和西安交通大學共同研究的一種XLPE電纜局部放電在線檢測的方法。取一段靠近接頭的電纜，剝?nèi)ゲ糠滞庾o套，將金屬箔片貼在外半導電層作為電極，如圖所示。信號從耦合器上的BNC頭輸出，中斷的金屬屏蔽層經(jīng)導線連接。在工頻電壓下，由于外半導電層的阻抗遠小于絕緣層的阻抗，則外半導電層可視為工頻地電位，故電容耦合器并不影響電纜絕緣效果。在高頻條件下，外半導電層阻抗與絕緣層阻抗可比，而地電位為金屬屏蔽層，故有利于高頻信號的測量。該檢測法有效檢測頻帶為10MHz-500MHz，靈敏度為3pC。

電容耦合器結(jié)構(gòu)圖

電感耦合器結(jié)構(gòu)圖

⑤電感耦合法

電感耦合法為荷蘭提出的一種利用線圈作為傳感器對螺旋狀金屬屏蔽電纜進行局部放電在線檢測的方法，電感耦合器的示意圖見圖。這種檢測方法要求被測電纜金屬屏蔽為螺旋帶狀繞制而成的。當電纜中存在局部放電，局部放電脈沖沿電纜屏蔽傳播，該電流信號可分解為沿電纜長度的徑向分量和圍繞電纜的切向分量。切向分量的電流產(chǎn)生一個軸向的磁場，變化的磁場穿過傳感器時，傳感器上因磁通變化而感應(yīng)一個雙極性的電壓信號。因此檢測系統(tǒng)便可檢測到局部放電信號，測量頻率為600MHz，檢測靈敏度為10pC-20pC。此外，其受高頻信號衰減特性的限制，有效測量距離為10m左右，只能用于電纜附件的測量。

⑥超聲波檢測法

除了上述提到的電氣測量方法以外，還有很多非電氣量的測量方法。這些方法是根據(jù)局部放電過程中伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移和電能損耗產(chǎn)生各種非電信息，如聲波、發(fā)光、發(fā)熱以及出現(xiàn)新的生成物等，通過測量這些非電氣量來獲取局部放電信息。

超聲波檢測系統(tǒng)通常采用壓電晶體作傳感器，壓電晶體將聲信號成比例的轉(zhuǎn)換成電荷量，信號經(jīng)前置放大器放大后再進行光電轉(zhuǎn)換，并應(yīng)用光纖傳輸，傳輸?shù)墓庑盘柦?jīng)光電元件轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大后在示波器或峰值表上顯示。近代超聲波測量局部放電所用的儀器頻帶多取60kHz-300kHz。由于傳播衰減等原因，能采集的聲信號很微弱，長期以來超聲波測量就是因為靈敏度太低，而沒有被廣泛采用。近年來由于電傳感器效率的提高，集成元件組成的低噪聲放大器和光纖的發(fā)展，使得測量靈敏度大為提高。

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