电缆局部放电电信号的传播特性研究

汪敏

(三峡电力职业学院，湖北 宜昌 443000)

1 引言

随着我国国民经济的不断发展，电力线路得到了大力扩张。作为电力线路的重要组成部分，电缆线路也与日俱增[1]。为节约土地资源，电缆线路通常敷设于地下(如图1所示)，并且电力部门也会对其进行定期维修，但随着电缆线路数量的不断增加，传统的电缆维修策略也不再适用[2]。而基于局部放电法的电缆在线检测方式可以通过局部放电信号的传播来判定电缆的状态信息，成为了近年来电缆在线检测方式的热点[3]。因此，本文针对电缆局部放电电信号的传播特性研究，首先阐述了电缆局部放电的原因及种类，然后分别仿真计算了距离及频率对局部放电信号的影响，具有重要意义。

图1 埋地电力电缆

2 局部放电的原因

电缆在制造生产过程中，会有少许空气等杂质混入其中，因此当电缆被施加了超过杂质游离强度的电压时，就会导致电缆的局部放电。同时，即便电缆内部不含有杂质，其绝缘层也无法做到完全均匀，也有可能发生局部放电[4]。

局部放电初期的放电量较小，还不会使电缆失去绝缘性能，但随着局部放电次数的增加，电缆的绝缘性能也会随之慢慢下降。局部放电的破坏机理为:(1)在电场力的作用下，局部放电产生的带电粒子会加速运动，可能冲破介质表面，导致介质的老化。(2)局部放电会使电缆表面温度升高，进而导致介质的老化。(3)局部放电会产生大量的化学物质，会进一步对电缆的绝缘造成损坏。

3 局部放电的种类

局部放电一般可分为以下3类[5]:

(1)内部放电

电缆在生产制造过程中，会有一部分空气等杂质混入其中，这导致当外界施加电压超过杂质的游离强度后，即会发生局部放电现象。

(2)电晕放电

当电缆表面存在毛刺等尖端物体时，会使得电缆表面电场不均匀，而当外界施加电压超过介质的游离强度时，就会发生电晕放电现象。当发生电晕放电时，会产生蓝色荧光并伴有噪声出现。

(3)表面放电

当外界施加电场超过了介质的游离强度时，就会发生表面放电现象。

4 局部放电电信号的传播特性研究

4.1 距离对局部放电信号的影响

借鉴文献[6]的信号发生电路，采用如图2所示的双指数衰减模型，进行距离对局部放电信号影响的仿真计算，计算结果如图3所示。

图2 双指数衰减模型

图3 距离对局部放电信号的影响

观察图3可得，随着信号传播距离的增加，信号的幅值呈现减小趋势，如当信号的传播距离为500m时，信号幅值达到1.4mV，而当传播距离增大至1500m时，其信号幅值衰减至0.6mV。同时随着信号传播距离的增大，信号的脉冲宽度也逐渐加宽。

4.2 频率对局部放电信号的影响

为研究频率对局部放电信号的影响，采用同样的电路及模型，分别对向电路中注入不同频率的信号，仿真计算频率对局部放电信号的影响，计算结果如图4～6所示。

图4 2×106Hz信号的传播特性

图5 2×108Hz信号的传播特性

图6 2×1010Hz信号的传播特性

观察图4～6可知，随着频率的增大，信号的衰减幅度也随之增大，衰减速度也呈现加快趋势。

5 结论

电缆作为电力系统的重要部分，其绝缘状态与电力系统的可靠性息息相关，因此对电缆的局部放电现象进行检测具有重要意义。本文首先阐述了电缆局部放电的原因及种类，然后分别仿真计算了距离及频率对局部放电信号的影响。本文研究成果为后续电缆的局部放电研究具有一定的参考意义。