高压电缆局部放电带电检测系统研究

余仁鑫

摘要：高压电缆局部放电是一种较为常见的电力故障，准确定位高压电缆放电部位，对保障电力线路的安全稳定运行具有非常重要的意义。为了能够保证高压线路的可靠性，建立可靠的高压电缆局部放电带电检测系统是非常有必要。文章就高压电缆局部放电带电检测系统的设计以及研制进行研究，旨在给读者一些思考。

关键词：高压电缆;局部放电;带电检测;系统设计;研制

前言

保障高压电缆正常工作的一个关键因素就是要提升对高压电缆的绝缘检测效果与维护。以往的高压电缆绝缘检测大多是采用离线检测，这种检测方式的弊端在于需要断电检测，影响到供电的持续性。因而，带电检测逐渐成为了高压电缆绝缘检测的发展趋势。

1、局部放电带电检测系统的设计

高压电缆局部放电带电检测要求快速、准确、短时，所以检测时必须采用较为精准的传感器，通常情况下我们采用Rogowski线圈电流传感器来检测高压电缆中的PE线，Rogowski线圈电流传感器既可以满足局部放电检测要有即时性、快速，又能够满足准确性的要求。图1为高压电缆局部放电带电检测设计原理。

在电网的实际运行过程中，在没有调度令的情况下是不允许随意更改其运行状态的，所以要想判断每一台设备的运行状态，就必须选取灵敏度较高的传感器。在高压电缆发生局部放电时，由于放電部位的电流很微弱，放电频率和范围较为广泛，对传感器灵敏度要求较高，文章采用的Rogowski线圈电流传感器，能够满足带电检测时对传感器灵敏度的要求。综上所述，要想提升高压电缆局部放电带电检测效果传感器的设计是关键也是难点。

2、宽频带电流传感器的设计

2.1 Rogowski线圈原理

电力电缆中的局部放电的电流非常微弱，防电脉冲时间非常短，放电频率和范围非常广泛，所以对传感器灵敏度要求很高。Rogowski线圈相当于I/V转换器，通常情况下Rogowski线圈是长方形或者是圆形空心骨架，线圈均匀缠绕在骨架上。当有电流通过线圈时，线圈的每一匝都会产生电磁，线圈中的电流和磁场互相影响，不断的发生变化，产生不同的电势，电势随着电流的增大而增大。

2.2 电流传感器的设计

电流传感器的主体是Rogowski线圈，要想提升带电检测的效果就必须设计出合理的适用的Rogowski线圈，线圈设计时需要从以下几个方面入手。（1）线圈匝数的设计。线圈的匝数的自积分条件、线圈输出信号的强弱、信号在线圈中传输时间长短都会影响到线圈产生的电磁。如果被测导线在线圈的正中间，那么信号传输时间与线圈匝数成正比。如果被测导线在线圈外面，那么需要在输出电压的信号上叠加一个震荡。根据实验得出，信号的传输时间小于被测电流上升时间的4-5倍时，叠加震荡对线圈的影响才会消失。（2）线圈骨架的设计。股价选择的是圆形骨架，骨架材料选用磁性材料为最佳，例如可以选用镍锌铁氧体或者是锰锌铁氧体，磁骨架表面与漆包线之间涂上绝缘漆以避免线圈之间产生串扰，使用导线固定胶水将导线固定在磁骨架上。（3）传感器屏蔽层的设计。为了防止其他电磁场的干扰，Rogowski线圈需要加设一套屏蔽外壳，在外壳的内侧预留出2mm的空隙，保证被测电流核心磁场能够进入线圈中。

2.3 传感器探头设计

传感器中最为重要的一部分就是探头，探头的接触面由CIS检测点而确定，传感器的作用就是用来接收局部放电信号，所以为了防止干扰，除了防止传感器的地方之外，其他地方必须都用屏蔽遮挡住，这样便可以保证所采集信号的纯净度。经过实验，综合各个参数，最终选择导磁率为200的镍锌铁氧体作为传感器探头磁芯的材料，选择积分电阻为1kΩ，线圈的匝数为10，这样可以最大程度上保证最高的灵敏度，同时又可以保证传感器具有宽工作频带。将缠绕好的传感器线圈用铝制的屏蔽盒包装起来，为了能够使的电流信号与线圈耦合，要在铝制的屏蔽盒内部预留1mm的缝隙。

2.4 数据采集系统设计

根据前文的分析我们可知，电缆局部放电的电流非常微弱，频率高，范围广，如果要想得到精准的数据，就必须给带电检测系统配备一套高速精准的数据采集装置，这样放电信号可以直接进行采集最终进入到数据管理系统中，及时地进行运算分析。为了能够满足上述的要求，我们可以在检测点上安装一套宽带频率为15kHz-20MHz的信号放大器，利用信号放大器对监测点的局部信号进行放大，这样可更加保证所采集信号的准确性。根据上述要求，结合LabVIEW平台研发出局部放电带电检测系统软件，该系统具有数据采集、分析、保存等功能。

3、局部放电带电检测系统的应用

高压电力电缆在长时间的运行之后，由于受到外力等作用，电缆的绝缘层失效，容易发生局部放电，导致电缆被击穿。某工业园区的高压输电线路，在正式运行之后，经常发生电缆击穿事故，给当地的电力企业带来了巨大的损失。因此，他们需要借助局部放电带电检测系统来提升日常运维的效果。该分管电力公司，根据现场的实际情况，设计出了符合本站情况的局部放电带电检测系统，利用局部放电带电检测系统分别对110kV变电站以及220kV变电站内的电缆出线进行了实际检测。经过系统分析之后，快速的得出了110kV变电站的线路存在明显的局部放电信号，说明该线路的电缆存在一定的缺陷，需要进一步进行分析确定准确位置。通过使用局部放电带电检测系统，该供电公司的运维检修效率大大的提升，极大的提高了输电的安全性。

总结：

综上所述，电缆局部放电的电流非常微弱且频率较高范围较广，高压电缆局部放电带电检测系统是提升电缆运维效果的一个重要手段。局部放电带电检测系统的重点内容在传感器的设计，这是整个带电检测系统的关键。电缆局部放电带电检测系统，可以在不断电的情况下快速的检测出可能存在的缺陷，极大的提升了输电线路的稳定性。

参考文献

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[3]何宝昌.高压电缆局部放电带电检测系统研究[D].华北电力大学工程硕士学位论文，2018年5月.