空间传感天线在户外电缆终端局放检测定位中的应用

冯晓棕

摘  要：该文主要研究了空间传感天线在高压电缆户外EB-A终端局放检测及定位的方式方法，验证其有效性。基于多个高频脉冲检测频带的空间传感天线对电缆终端附件的局部放电信号进行不同方向、不同维度的检测及精确定位，并最终实现了局放源电力设备的更换验证、及时消除了电力设备运行中的安全隐患，从而证明了空间传感天线在局放检测定位中的应用是有效的。该文所验证结论对于今后在电缆线路局放测试过程中特别是户外式电缆终端局放测试中发现的疑似放电信号的确切性及定位方法提供了理论依据。

关键词：局放;空间传感天线;检测定位;高频脉冲

中图分类号：TM247            文献标志码：A

0 前言

近年来，高压电力电缆带电局放（PD）检测技术越来越成熟，并得到了大力发展及应用。虽然对于高压电缆发生的局放信号如时域波形特征、频域特征及模式谱图特征等局放判定因素正确性均得到了一定程度的验证，利用这些特征对于现场干扰信号比较弱的情况下检测电缆局放信号完全可行。但是对于很多高压电缆户外式EB-A电缆终端的局放检测及其定位，因在运行环境中链接了其他如架空线、裸露式开关、断路器等高压设备，从而会引起其他很多干扰噪声放电信号，对电缆终端发生的局放信号检测及定位存在一定的影响。因此，需要研究一种空间传感天线，针对该类型的局放信号进行检测及定位。该文主要是利用基于高频脉冲电流法的局放设备[1]，结合自制的空间传感天线，对一个110 kV户外式电缆终端附近发生的局放信号进行精确定位。

1 高频脉冲电流检测装置

1.1 高频脉冲电流法

1.1.1 高频脉冲电流法检测原理

脉冲电流法主要是通过高频电流互感器/HFCT来检测局部放电信号中的脉冲电流信号，其主要检测的信号频带在

0.1 MHz～80 MHz。由于该方法主要针对对象为高压电缆本体及相应附件，其主要干扰信号是电力系统本身运行所产生的白噪声等，干扰频率一般分布在1 MHz以下[2]。HFCT传感器采用高磁通型材料制作而成，可以检测局部放电信号大部分特征参数，因此，脉冲电流法在高压电缆局放检测实际应用中也发挥了重要的作用。

1.1.2 检测装置连接图

电缆局放检测装置主要由前端高频电流传感器、空间传感器天线、信号处理分析主机及后端手持终端（笔记本电脑、iPad或手机）构成，前端与后端装置通过Wi-Fi进行数据通信。

2 空间传感天线

2.1 检测原理

空间传感天线是一种基于非接触式检测高频及甚高频频段范围内的信号传感器，为双极性多向性信号接收天线。其通过放置在电力检测对象附件进行检测来自于电力设备或者其他空间传播过来的高频脉冲信号，信号分析处理及谱图展示模式与局放脉冲电流传感器机理相类似，而通过移动及3个或以上传感天线组成多维多角度检测定位矩阵，可以实现对放电源位置的精确定位。

2.2 结构设计

空间传感天线结构设计主要由2根接收空间脉冲信号的合适长度的铝材料天线、小型磁芯绕制而成的高频CT、高频脉冲变压器（TDK模块）及相应外壳构成。考虑现场局放检测定位过程中应用方便，在该空间传感天线结构上进行，例如三角支架式的设计支撑，实现现场无阻碍的频繁移动，其现场应用模式如图1所示。

3 局放检测定位

3.1 局放检测

2019年10月首次在广州电网110 kV高压电缆户外终端A相附近检测发现了疑似放电信号，通过信号的谱图特征、时域脉冲波形特征等因素判定该信号为电力设备内部局放信号。检测原理及方式是采用3个高频脉冲电流传感器安装在电缆终端3相铠装接地线上，空间传感天线利用三脚架支撑安装在终端接头附件，并根据信号检测变化情况而进行移动式粗略定位放电源。

3.2 局放检测定位

该次检测及粗略定位了放电源是来自于A相电缆终端附近，由于附近除了电缆本身终端接头外，还有其他架空线路、电容式电压互感器、隔离开关和断路开关等设备，因此需要利用空间传感天线进一步的精确定位，以确定放电源是来自于具体哪个电力设备。

3.3 局放定位

3.3.1 定位方法

采用3个或4个空间传感天线在该电缆线路终端A相接头及关联设备周边进行多维多方向信号源定位。

利用4个空间传感天线沿着A相终端接头东南西北4个方向相同的距离进行摆放检测定位。

4个空间传感天线通过等长20 m的同轴信号线连接到采样率达到5G/z的示波器进行检测信号采集显示并观察放电脉冲信号到达4个传感天线的时间差，從而实现定位的目的。

3.3.2 定位1结论

由于4个传感天线距离A相终端相同，分布在4个不同的方向，如果A相终端存在放电信号，则4个传感天线检测到的放电信号波形应该是同时到达，检测信号是天线1与天线2先到后，而天线3和天线4检测波形相比后到达，故可见放电源不应该在A相终端接头。

利用4个空间传感天线沿着电容式电压互感器东南西北4个方向相同的距离进行摆放检测定位。

根据前面4个空间传感天线围绕A相电缆终端接头进行定位后，发现放电源不是来自于电缆终端接头或者上侧架空线，而是偏向于天线1和天线2，因此，放电源信号应该是来自于较近的电压互感器或者该方向上的其他如隔离开关、断路器及架空线等设备，因此，传感天线围绕互感器进行等距检测定位。

3.3.3 定位2结论

4个传感天线检测到的放电信号波形到达时间一致，而由于分布4个方向的传感天线距离相同，说明放电源方向应该是来自于该电容式电压互感器，侧面排除放电源来自于A相终端方向。

利用4个空间传感天线沿着电容式电压互感器东南西北4个方向摆放，天线1、2与天线3、4距离电压互感器的距离不同。该步骤主要利用空间传感天线验证放电源信号是否有可能来自于站内其他的电力设备。

3.3.4 定位3结论

天线3和天线4检测波形比天线1和天线2检测波形先到达，即因天线3和天线4距离电容式电压互感器更近，该定位检测说明放电源不是来自于天线1和天线2方向变电站内其他设备。

利用3个空间传感天线在电容式电压互感器与变电站内其他电力设备之间的方向进行并排式检测定位，进一步确认局放信号源的位。

通过3个空间传感天线沿着电压互感器垂直方向并排放置，天线1距離互感器最近，而天线3距离互感器最远但距离站内其他电力设备比较近，主要目的在于排除局部放电信号是来自站内其他裸露式电气设备的可能性。

3.3.5 定位4结论

检测信号波形到达顺序分别为天线1-天线2-天线3，说明放电源来自电容式电压互感器方向。

3.4 检测定位结论

该次采用4个空间传感天线通过在高压电缆终端接头附近进行不同方向及维度的放电信号定位检测，最终确定了放电源位置应该是来自于电容式电压互感器内部，如图2所示。

3.5 设备解剖情况

运维人员对该次检测并定位的电压互感器进行了解体更换，并在电力试验研究所试验大厅进行加持电压重现局部放电信号，证明了该次采用多个空间传感天线进行的局放精确定位检测结果的正确性。

4 结语

1）采用局放高频脉冲电流检测装置及空间传感天线对110 kV电缆终端接头进行局放检测，发现并粗略定位了局放信号大概来自的方向。2）通过多个空间传感天线围绕在电缆终端及其附近其他电力设备进行不同方向、不同维度的局放精确定位检测，最终确定了局放信号源的位置来自于A相电缆终端接头所连接的电容式电压互感器上。3）根据检测定位结果对存在局放信号的电压互感器进行了更换，并在实验室通过人工加电压方式重现了其内部放电信号。4）该次局放检测及其精确定位的成功，为空间传感天线在高压电缆特别是户外式电缆终端接头的局放检测定位提供了理论及应用数据基础，解决了户外电缆终端接头附近存在局放但对其进行精确定位比较难的问题。5）空间传感天线检测频段基于高频及甚高频，其增添了高频脉冲电流检测装置对空间中传播的放电信号检测的可能性。

参考文献

[1]赵宇，刘青，高援利，等.高压XLPE电缆线路局部放电测试系统应用研究[J]. 电力设备，2008，9（9）：45-49.

[2]孙波，黄成军.电力电缆局部放电检测技术的探讨[J].电线电缆， 2009（3）：38-41.