电缆局放信号检测方法的研究

杨昊

（国网江苏省电力公司泰州市姜堰区供电公司，江苏 泰州 225500）

1 电力电缆常见的绝缘缺陷

引起电力电缆局部放电现象的原因包括：电缆安装过程中，机械外力所引起的电缆绝缘层局部破损；电缆安装在土层中，电缆绝缘层会被水汽侵蚀，受潮严重；电缆端点处的材质未达到工艺要求，存在气泡；电缆运行过程中，强电场和水分相互作用，形成绝缘水树枝；电缆线芯表面毛刺等。

依据IEC标准的界定，局部放电表示导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电现象。电缆的强电压所形成的电场会在绝缘体内部及表面局部集中分布，高场强会引发局部放电[1]。电缆绝缘材料中的电介质不足，且分布不均，使得高场强也分布不均，存在集中现象。如果场强过高，绝缘材料内部小气泡将会发生击穿，局部放电信号得以形成。一般来讲，局部放电现象持续时间较短（＜1µs），还会发生一系列声、光、电现象。

2 局部放电的检测方法

XLPE电缆绝缘缺陷在产生局部放电的过程中会释放出能量，同时伴随着多种物理现象，比如电流脉冲、电磁辐射、发光、发热、超声波传输以及化学反应等。局部放电的检测手段就是利用局部放电过程中的声、光、电及化学变化等现象来检测[2]。目前，依据局部放电过程中所伴随的现象而产生的相应检测技术主要有高频电流传感器检测（HFCT，High-frequency Current Transducer）、薄膜电极差分检测等。

2.1 HFCT高频电流传感器检测

XLPE电缆绝缘体的某一区域发生局部放电时，放电处产生电荷交换，于是就会在一个与之相连的回路中产生脉冲电流。图1为高频电流传感器等效测量回路，结合图1可知，在电磁耦合线圈的作用下，XLPE电缆接地线上的局部放电电流信号并入测量回路，为了获得较为满意的测量结果，使用高频电流传感器（HFCT）时，要求带宽大于20 MHz。脉冲电流法是国际电工委员会推荐的方法，在局部放电测量中应用最为广泛[3]。

图1 高频电流传感器等效测量回路图

图2 高频电流传感器（HFCT）

图3 薄膜电极差分检测等效测量回路原理图

图4 薄膜电极差分检测

本文选用方波响应法来校验高频电流传感器对高频脉冲信号的耦合效果，首先把方波信号输入XLPE电缆中，然后进行信号采集，最终耦合得到波形图。用示波器显示传感器采集到的信号波形如图2所示。

由测试结果可以观察到，高频电流传感器传感器响应波形的上升沿的时间间隔大约为70 ns，与方波源信号上升沿的时间基本相同，高频电流传感器能真实反映方波信号的上升沿，能采集到的信号的带宽范围为1～40 MHz，有较理想的方波响应特性，但是有明显的振荡。

2.2 薄膜电极差分检测原理

XLPE电缆绝缘体的某一区域发生局部放电时会出现脉冲电流，检测局放信号时可以利用耦合电容，使局放发生过程中产生的脉冲电流流过检测阻抗形成电压，测量时，通过仪器测量这个电压来检测局部放电。根据这一思路，有人制作出简易模型，如图3所示。其中，外金属护套与金属箔形成等效电容，检测阻抗与电容形成检测回路。在这一模型中，绝缘介质中的局放信号被耦合至检测阻抗上。薄膜电极差分检测对方波信号的耦合测试波形图如图4所示。

3 总结

高压XLPE电缆一旦发生绝缘击穿，损失巨大，因此实现XLPE电缆状态维修具有重要的现实意义。本文首先对局部放电机理进行研究，介绍了电力电缆常见的绝缘缺陷以及局部放电的检测方法。在以后的发展中，局部放电在线检测系统会不断取得应用，为电缆绝缘的状态评价策略的制定提供理论基础。

［1］周远翔，赵健康，刘睿，等.高压/超高压电力电缆关键技术分析及展望［J］.高电压技术，2014，40（9）：2593-2612.

［2］王杰.高压电缆局部放电检测方法的研究［J］.电子世界，2014（12）：51.

［3］张强.电力电缆局部放电检测与模式识别的研究［D］.天津：天津大学，2007.