电缆接头局部放电在线监测系统研究

柴立华 郑佐琦 刘文华 李 涛 倪卓越 刘志宏

（1. 山东东营供电公司 2. 河北软件职业技术学院）

0 引言

随着供配电网的发展，10kV配电网电力电缆的使用量也在逐年增长，这对电力电缆的安全可靠运行提出了更高的要求。据不完全统计，由电缆终端接头故障造成的电缆运行故障比例达39%。作为电缆绝缘薄弱环节的电缆接头成为故障的主要发生部位，局部放电现象构成了电缆接头故障的主要因素。因此，对电缆接头进行在线监测十分必要。

1 电缆接头局部放电产生机理

电缆及其附件在生产及安装过程中，由于设备本身及安装技术的原因，内部往往会出现气泡或其他杂质。对于存在有气泡或杂质的部位，其击穿场强低于平均击穿场强，因此这些部位极易发生放电现象。即使局部放电的数量级不大，也会加剧绝缘材料的老化并最终导致绝缘击穿。因此，实时监测电缆接头的局放信息，尽早发现绝缘材料潜在的故障或缺陷，可有效减少电缆供电故障的发生。

电缆局部放电检测方法有很多，相关资料都有介绍。本系统采用超声波检测与对地放电电流检测相结合构成的监测系统，利用两种测量相互补偿，达到监测更加准确的效果。本文着重介绍其中的对地放电电流检测法。

2 电缆接头局部放电在线监测系统图

电缆接头局部放电在线监测系统采用超声波检测与对地放电电流检测相结合构成的监测系统，由超声波传感器、宽频带电流互感器、现场监测单元、现场供电单元、GPRS数据传输单元、远程监控计算机以及局部放电监测软件组成。现场供电单元通过取电互感器和特殊设计的电源变换器，在宽范围电流变化的条件下，能对监测单元提供稳定可靠的直流电源。监测单元接受前端传感器发出的局部放电超声波、放电产生的对地电流等多种局部放电模拟信号，并对其进行信号调理，噪声去除，放电峰值检出、A/D转换、数据处理、放电量显示、越限报警等，同时将实时数据通过GPRS模块上传至数据库。

3 电缆局部放电对地放电电流检测设计

电缆局部放电对地放电电流检测，采用在线监测宽频带电流互感器实现，其外壳结构设计如图1所示。

图1 宽频带电流互感器外壳结构

在外壳内嵌入铁氧体磁心，其磁心外径102mm内径65mm横截面处为18.5×20mm功耗25kHz 200MT。组装完成后，用直径1mm 漆包线的缠绕，具体圈数通过实验测定，使信号强度及灵敏度最高。宽频带电流互感器的安装如图2所示。

图2 宽频带电流互感器的安装

4 电缆局部放电在线监测数据处理单元设计

宽频带电流互感器安装在高压电缆接头的三相接地线上，通过50Ω同轴电缆将信号传递到监测单元。宽频带电流互感器采集局部放电信号并将这些模拟信号输入信号处理单元。

本设计所采用的高速数据采集电路包括以下几个部分：模拟信号的输入、模数转换器、高速时钟电路、外部触发电路、数据处理器件、外部存储器、接口电路以及电源管理系统等，智能传感器采集局部放电信号示意图如图3所示。

图3 智能传感器采集局部放电信号示意图

信号处理单元将智能传感器接收到的模拟信号进行处理，完成对信号放大及阻抗匹配。信号处理单元框图如图4所示，输入信号经过高压保护的滤波器进行噪声干扰处理并实现初级信号放大；处理后的信号通过带通滤波器对电缆局部放电带宽特征频率进 行选择；通过增益选择网络实现该特征频率信号放大倍率的选择；通过次级放大电路对处理后的微弱放电信号进行放大，供给后级高速A/D转换电路将模拟信号转换成相应的数字信号。

图4 信号调理单元框图

5 电缆局部放电在线监测软件设计

电缆局部放电在线监测系统的传感器采用分布式安放，分组方式进行监测，每组通过一个串口与监控主机相连，通过Microsoft Visual Studio软件开发，利用Visual C++编程语言编写的上位机软件对每组传感器采集到的数据进行显示，通过软件设置各个传感器的地址，监控主机进行数据的监测，当采集到的放电信号超过报警阈值后，软件提示报警功能，根据传感器的地址及安装的位置，确定故障出现的具体位置，从而实现精确的电缆接头局部放电在线监测。

软件运行于具有固定IP的服务器上，具有对局部放电信号的在线数据接收、处理及存贮、局部放电的历史趋势图显示及报警、历史数据查询、动态趋势图等功能如图5所示。

图5 局部放电的历史趋势图（上）动态趋势图（下）

6 结束语

本文论述了电缆接头局部放电在线监测系统的设计原理及结构，介绍了局部放电信号测量的宽频带 电流互感器的设计理论，设计了监测系统的硬件及上位机软件。在线监测系统在现场安装后运行良好，可以作为电缆绝缘监测的一种重要方法。

[1]刘炳亮. 10kV配电网电力电缆局部放电监测研究及应用[J]. 电气开关, 2011(5): 63-65.

[2]梁建锋，等. 10kV电缆接头局部放电在线监测系统研 究[J]. 电力科学与工程, 2014(1): 66-70.

[3]张百华, 等. 500kV充油电缆局部放电在线监测系统的研究[J]. 高压电器, 2007(12): 412-415.

[4]李华春. 电缆局部放电在线检侧方法的介析比较[J]. 电力设备, 2005(5): 29-32.

[5]路明, 等. 局部放电在线监测系统在配电网电缆中的应用[J]. 河北电力技术, 2013(12): 10-12.