电力电缆局部放电的在线检测方法及检测系统研究

张凌志

（安徽省产品质量监督检验研究院，安徽 合肥 230051）

1 国内外研究现状

（1）交联电缆的常规试验方法和局部放电检测的比较。《DL/T596-1996电力设备预防性试验规程》对于电力电缆的检测做了规定，其主要包括电缆的主绝缘电阻检测，外护套绝缘电阻的检测，内衬层绝缘电阻的检测以及主绝缘直流耐压试验和铜屏蔽层的电阻和导体的电阻比。其中，对于外护套绝缘电阻、内衬层绝缘电阻、铜屏蔽层的电阻和导体的电阻比需运用传统的检测方法进行检测。而当前很多实验均表明直流试验的检测方式对于交联聚乙烯电缆（XLPE）产生了一定程度的损害。而局部放电检测方式则属于绿色无害检测方法，其能够在设备运行的情况下进行检测，并且检测设备携带方便、轻巧，在现场即可展开检测，检测准确，定位精准，是一项经济高效的检测手段。

（2）国内对交联电缆局部放电检测的研究。国内各研究单位所运用的检测方法不同，因此对于电缆局部放电检测的成果也不尽相同。如，西安交通大学，其在宽频带内范围内，进行了电缆局部放电检测研究；重庆大学，则与之相反，是在窄频带内进行局部放电检测研究；华北电力大学，是以数学分形为基础，对局部放电进行检测；华中科技大学，其运用的是罗果夫斯基线圈高频钳形传感器进行研究；上海工地公司则是以实践为基础，对局部放电进行研究；

（3）国外对交联电缆局部放电检测的研究。国外对此研究较好的则当属法国，其制订了IEC60885-3《整根挤包电缆局部放电试验》标准和GB/T3048.12《电线电缆电性能试验方法局部放电试验》标准，两个标准为电缆局部放电检测提供了强有力的技术支持。以往的检测方法有一定的优势，也同样具有相应的弊端，其方法包括差分法、方向耦合法、电磁耦合法、电容耦合法、超高频检测法、超声波检测法等，其中差分法、方向耦合法和电磁耦合法已成功应用于现场测量，并获得了良好的发展。

2 基于罗氏线圈的宽频带电流传感器的设计

电缆及接头中产生的局部放电信号一方面沿电缆导体向两端传播，另一方面通过分布电容向屏蔽层传输电流。其简化等效图如图1所示。

图1 PD信号沿电缆传播简化等效模型

XLPE电力电缆系统绝缘内部的局部放电可以看作是一个脉冲信号源，当局部进行放电的时候，其所产生高频电磁脉冲沿着电缆导体和电缆金属屏蔽层同时向不同的方向传播。经过一段时间距离之后，电流就会均匀地分布在金属上，VHF频段的时候，此距离较长，大约有几百米，而超高频的时候，此距离较短，仅有几米长度。此原理应用到电流传感器中，在测量位置发生磁场变化的时候就会影响到罗戈夫斯基线圈，其感受到脉冲信号，进行测试。

3 宽频带电流传感器的设计

（1）磁芯材料的选取。适当增大线圈的自感，减小线圈的尺寸，减少线圈匝数，通过此种方式改变线圈的作用和性能。因此，在进行磁芯材料作则的时候，要选择容易发生磁化和退磁的材料作为磁芯，也就是最好选择软磁芯作为宽频带电传感器的磁芯。软磁芯一般包括金属软磁材料和铁氧体软磁材料两类，两种不同种类的磁芯所适用的环境不同。金属磁芯一般适用于低频段的需要，铁氧体软磁芯则适合高频段情况使用，并且因为铁氧体软磁材料价格较为便宜，使用效果较好，因此得到广泛的应用。

（2）线圈绕线匝数及自积分电阻的选择。线圈的频率由匝数和自积分电阻决定，这两个因素也决定了线圈的灵敏度。一般情况，线圈由偶数层组成匝数层，并且为一层覆盖。在进行漆包线选择的时候，要优先选用较粗的漆包线，防止缠绕过程中发生断裂。在自积分电阻选择上，要注意线圈灵敏度的考虑，电阻尽量稍大，避免其他信号的干扰而无法获得需要获取的信号。

（3）电流传感器屏蔽外壳的设计。本设计线圈外需要能够有效屏蔽外界杂散电磁场的屏蔽体，因此，在进行屏蔽外壳设计的时候，选用铁材料，外层镀银，此设计有效屏蔽电场，同时屏蔽低频磁场，达到有效的绝缘的目的。这样就可以使线圈在导磁率高的情况下不会在横截面位置发生裂缝。

4 局部放电在线检测系统

如图2所示，本设计所采用的宽频带电流传感器对交联聚乙烯电缆局部放电信号进行在线检测，根据现场条件和电缆局部放电情况进行设计。本系统包括传感器、放大滤波电路、数据采集卡以及软件系统三个系统，每个系统根据自身情况进行相应信号的检测，主要实现的是实现数据采集控制、消除噪声、谱图显示等功能，并获得较好的测试效果。

图2 检测系统示意图

5 结语

基于罗氏线圈原理的宽频带电流传感器能够对电缆局部进行在线检测，并达到较好的效果。本文对于检测系统的设计进行阐述，希望可以给同行提供一点思路，更好的为电缆局部放电在线监测提供研究方向。