高压电缆交接试验中分布式局部放电检测技术的应用

陈林军

摘 要：对已有的局部放电检测技术进行了全面研究，并对其局部放电信号的传输特性进行了分析，提出了以无线或光纤为传输媒介和以高频电流法为检测手段的分布式局部放电检测技术。经过实际操作可以得出，高压电缆交接试验时的微小绝缘缺陷可以由分布式局部放电检测技术有效检测出。

关键词：检测技术 分布式局部放电 交接试验 高压电缆

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0064-02

由于附件安装和运输及现场敷设的因素，即使已通过相关试验的高压电缆的电气性能也会遭受影响。所以为了保障电网能够可靠供电，避免因微小绝缘缺陷影响整个电网，在运输敷设前要对电网进行交接试验。虽然电缆交接试验能够直接检测电缆质量，但是电缆交接试验不能完全检测出电缆的局部放电缺陷，还会使部分局部缺陷恶化，根据以往国内许多新建工程电缆投运后发生的故障就可以看出。所以，为避免以上问题出现，该文将对分布式局部放电检测技术在高压电缆交接试验中的应用进行研究分析。

1 电力电缆中局部放电信号传输特性

1.1 电缆局部放电信号传输规律

波阻抗是依据电缆分布参数并联等效电路计算的，计算公式为，其中G、C、L、R分别为单位长度电力电缆分布绝缘等效电导、单位长度电力电缆分布电容、单位长度电力电缆分布电感、单位长度电力电缆分布电阻。为使局部放电信号在电缆中传输的变化规律得到进一步的研究，引进以为表达式的电缆传播系数，观察上式可以知道传播系数为复数，可以转化为，所以，以电缆两端阻抗匹配为前提，经由长为L的电力电缆传输后的局部放电信号的输出和输入有下列式子所示关系：，其中Ui、U0及L分别为局部放电信号输出、输入和电力电缆长度。根据式子可得，局部放电信号在电力电缆相位上的变化情况及幅值上的衰减由传播系数决定，但电缆信号频率和参数决定了传播系数，所以局部放电信号在电缆内传输的特点如下：幅值衰减受局部放电信号在电缆中的传输距离影响，距离越长衰减越多；在距离相等情况下，幅值衰减速度受局部放电信号频率的影响，频率越高衰减速度越快；信号的色散现象是，包含不一样频率成分脉冲型信号，因各频率分量不同的相移和衰减，在经由线路传输过程中，会导致畸变和失真[1]。所以，有必要将分布式局部放电检测系统应用于电缆交接试验的电缆局部放电检测中，否则非常难检测到经由较长电缆传输，基本衰减到零的高频局部放电信号。

1.2 电力电缆的电路模型

内部有绝缘缺陷的高压电力电缆在交接试验的过程中，绝缘电阻会出现下降，但电流的泄漏和绝缘介质的损耗会增加，与此同时，还可能会出现局部放电。用分布参数并联型等效电路来分析拥有完好电气性能的電力电缆。诊断电气性能完好的电力电缆的依据是绝缘电阻的变化，这是由于电力电缆在电气性能完好的情况下电感值很小，但绝缘电阻值的数量级可以达到1010。如果电力电缆不存在绝缘缺陷，电缆自身、中间接头和相关附件的波阻抗是匹配的，反射信号也不会产生。相反，有绝缘缺陷的电力电缆，其绝缘电阻减小会非常明显，还会导致本来参数分布均匀的电缆的波阻抗不再匹配，电磁信号在通过电缆时会发生反射，电缆诊断以及故障点定位就是以这些为理论依据。

2 分布式局部放电检测系统

2.1 分布式局放检测方法

电缆运行中的在线监测以及敷设后的交接验收试验适合用高频TA法，这是因为此方法不用经过耦合电容器在高压端取得局部放电信号。而高频TA法对局部放电电流的测量是通过电磁耦合完成的，测量回路和高压电缆间不存在直接的电气连接，所以噪声能够得到较好的控制。与实验室测量不同，现场测量电缆线路局部放电时，对于外部干扰不能使用屏蔽室等手段控制，和电缆连接的电力设备发出的干扰信号也都经由电缆传播，所以无法保证设备自身无局放和无干扰，这就需要使用独特抗干扰手段的设备应用于现场测量中[2]。为躲避较大干扰信号的频段，使其具有较高信噪比，在现场局部放电的测量中，选频技术作为一项重要的抗干扰方法，经过测量频率的调节来达到以上目的。IEC60270标准规定测量频率为800 kHz以下，此频段下，虽然减小了信号传播衰减，但干扰信号也最为强烈，这是由于电缆外部的干扰信号在此频段下能很容易地传入电缆，所以为避免低频干扰，应在较高频率下展开现场测量工作，电缆内局部放电信号频率和保证电缆线路监测点位置之间距离相匹配的检测频率是现场测量的合适频率。

2.2 分布式局放检测系统

分布式局放检测系统将感性传感器放置于交叉互联线和电缆接地线上，并利用其对局部放电信号进行提取，被测接头旁分别布置各检测单元，全部电缆线路的分布式局放检测是经由手拉手的光缆连接方法或无线组网使其系统整体串联，整条线路的每个接头的局部放电情况经由测量软件实时检测，测试人员根据3G无线通信或光缆传回到控制主机的局部放电数据以及现场情况对各接头的识别干扰能力进行调整，系统经过干扰排除和调整设置后开始自动监测[3]。技术人员在局部放电报警出现时，要立即识别局部放电信息，判断局部放电信号是否可靠，如果可靠，则对引起局部放电缺陷的类型进行判断。局部放电缺陷的严重性能够通过放电特性的变化预示，分布式局放检测系统能够对各连接传感器的信号进行连续、独立的监测，并能检索、显示出数据，使局部放电特性变化能更容易被操作员找到，使得缺陷能够尽早被技术人员解决。

3 分布式局放检测技术的应用

以某省敷设的电缆为例，长11 km、220 kV的电力电缆，使用光纤及无线混连方法的同步分布式局部放电检测进行现场交接试验，该线路使用的无线近端单元、无线远端单元及局部放电检测单元分别为1个、7个和13个。此电缆线路ABC三相顺利通过了1 h的1.7U0耐压试验，没有出现绝缘击穿现象，线路A相和C相电缆自身及其相关附件都没有在局部放电检测点检测出局部放电，虽然B相通过了耐压试验且在交流耐压试验时没有出现绝缘击穿现象，但是在B相终端检测点检索到了局部放电信号。试验电压为215 kV时，B相终端有450pC的放电量，此放电量相较于耐压1 h结束前的放电量大致相同，信号幅值较高，在电压高于190 kV时，就发现了局部放电信号。因为B相终端中出现了局部放电信号，所以必须对B相终端进行拆卸检查，经检查得，环氧套屏蔽罩上有明显的划伤和撞伤痕迹。

4 结语

该文对分布式局部放电检测技术的提出，可以很大程度地使电缆线路的运行故障减小，这是因为这种技术应用选频式高频电流法的检测手段、使用了特别的光纤网络技术和无线网络传输功能，使局部放电监测耐压试验可以准确进行，并能够对绝缘电力电缆及其相关附件的局部放电缺陷进行检测，使得具有微小缺陷的电缆线路能够被及时发现，避免了此种电缆接入电网造成电网隐患。从实际应用来看，分布式局部放电检测技术在交流耐压试验中，能够对电缆的绝缘状态进行全面监测，并能够对电缆内部的局部放电信号及时发现，在对存在问题电缆的部位进行解体查看过程中，使其检测结果的准确性得到了验证，同时也检验了分布式局部放电检测技术。

参考文献

[1] 周逢权，黄伟.直流配电网系统关键技术探讨[J].电力系统保护与控制，2014，42（22）：62-67.

[2] 廖华年.提高电力电缆工程质量的措施[J].东北电力技术，2004，25（10）：16-19.

[3] 张一鸣，钱勇，李嫣然，等.分布式XLPE电缆局部放电在线监测系统的研制[J].电气自动化，2015（6）：78-80.endprint