电力电缆局部放电在线监测技术的研究与应用

黄文锐

摘要：现如今，变电站内一般主变进线、启备变进线、联络变压器出线以及重要辅机及市区场所均采用高压电缆，电缆一旦发生故障将导致严重后果。如重要辅机电缆故障将造成辅机停机，启备变进线电缆出现故障将会造成机组在失去备用电源下运行的情况，主变进线电缆故障会直接导致机组非计划停运。同时由于电缆处于电缆沟、甚至是直埋于地下，一旦出现问题查找和处理都会相当困难。同时由于电缆的订货和更换都需较长时间，需根据长度进行订货，订货和生产周期都很长，很难在短时间内进行修复。通过设计基于高频局部放电检测的高压电缆带电监测系统，可及时发现高压电缆缺陷、判断类别并进行定位，便于发电企业准确掌握高压电缆健康状况，并为电缆检修、运行、技术改造工作提供相应的意见和支持，提升设备可靠性水平，降低非计划停运风险和电量损失。

关键词：电力电缆;局部放电;在线监测;放电图谱

引言

电力市场需求在不断增加，电力企业为了满足国民日常用电需求不断扩大电网规模，交联聚乙烯绝缘电力电缆的使用也在逐渐增加。人们生活水平的提高要求电网运行要更加可靠，这对电力电缆的运行也提出了較高的要求。电缆在电力运输中的重要地位使得电缆的检测工作显得尤为重要，相关人员要积极探讨电力电缆局部放电带电检测技术，从而更好更有效的检测电缆状况。

1电力电缆的局放

电力电缆的局放主要来自2个部分，即电缆本体和电缆接头。电缆本体绝缘介质的缺陷，其绝缘介质中存在气泡、杂质、尖刺等而引起局部位置的场强畸变，场强达到一定数值，则会发生局放。这种放电并不立即形成贯穿性通道，但如果局放长期存在则会使电缆绝缘的劣化损伤逐步扩大，甚至可能导致整个绝缘的击穿。电缆接头在制作中剥切端口存在尖角、缺口，剥切边缘呈非圆形，主绝缘层表面因剥切而导致的划痕缺陷。电缆本身具有呼吸效应，电缆附件与电缆本体之间容易产生间隙，现有运行中间接头长时间运行后界面应力松弛，容易造成水汽侵入，接管附近绝缘层存在的微小气泡。以上缺陷均可能引起电缆接头的局放。

2电力电缆局部放电带电检测重要性

2.1提高质量控制与管理的有效性

在电网建设过程中，部分施工单位为了节约成本使用拙劣的电缆，拙劣的电缆会给整个电网施工带来不利影响，让工程施工以及附件安装中因为电缆不合格引起电缆线路对外停电，为整个工程的施工带来严重损失。对电力电缆进行局部放电带电检测，可以实现对电力电缆质量的控制，有效保障电缆质量，增强电缆供电的可靠性，为电网工程建设的后续使用打下良好的基础。

2.2检查质量问题

首先，电力电缆的安装具有一定的技术性，电力电缆安装到位，可以有效的保障电力电缆正常运转，为电网运输提供保障，电力电缆安装不到位，就不能起到良好的电网运输作用，严重时还会引发电力安全事故。对电力电缆进行局部放电带电检测，可以检查电力电缆安装过程中的质量问题，让施工人员明确电缆中间接头以及电缆终端头的安装在哪一步出现了问题，并根据检测结果进行问题的解决，保障电力电缆后续可以正常工作。其次，在星形接地系统下，谐振时油纸绝缘电力电缆因为不明原因会出现短暂的接地故障，对电力电缆进行局部放电测试，可以有效查明故障的真正原因，并及时的采取措施解决故障，保障电网用电安全。

3电力电缆局部放电带电检测技术分析

3.1局部放电技术

以绝缘电阻、交直流耐压为代表的传统试验手段难以有效发现高压电缆绝缘缺陷，国内外研究机构也在积极研究更加有效的新技术、新方法，部分方法已取得成功应用案例。但高压电缆绝缘缺陷的原因多种多样，既有安装时外力损伤、也有制造工艺不合格，既有绝缘材质内残留杂质，也有电效应、热效应引起绝缘老化，仅用一种检测方法难以及时、有效发现潜在缺陷。

根据IEEE《可靠工业及商用电力系统设计推荐规程》中的研究统计，高压电缆在运行中出现的最多问题就是绝缘失效，而造成高压电缆绝缘劣化甚至失效最主要的原因就是局部放电。目前电力电缆局部放电的检测技术包括脉冲电流法、高频电流法（HFCT）、超高频法（UHF）、超声波法、内置电容耦合法等技术，其中脉冲电流法只能在电缆退出运行、停电情况下开展应用;超高频法受到电缆屏蔽层的影响导致信号极为复杂，辨识难度大且不能定量分析局部放电量;超声波法易受振动干扰，灵敏度低，仅能发现某些类型特别严重的电缆内部局部放电;内置电容耦合法必须在电缆生产阶段将传感器内置在电缆屏蔽层以内，因此限制了其应用。

3.2超声法

超声法是利用超声传感器来进行电力电缆的局部放电带电检测。这种方法是一种研究相对较早的一种方法，在非电量局部放电测量中比较常见，已经应用于一些电力企业的局部放电监测工作中。超声法主要是借助超声传感器进行局部放电带电检测的，一般使用压电晶体传感器，大多数情况下是监测电缆接头的局部放电情况。电力电缆在发生局部放电时会产生一定的声音信号，这种信号的频带较宽，超声传感器可以接收一定的超声信号，将其转化为电量。在超声传感器的外端还存在分离放大器，超声传感器和放大分离器一般放在电缆附件，分离放大器可以将声音信号进行放大处理，之后信号会经过光电转化模块，模块里面的光纤会将转化之后的信号信息传送到专门的数据采集卡中，数据采集卡与工控机进行相连，工控机会将数据采集卡里的信号信息反映出来，形成波形数据。超声法可以有效的降低外界环境对于监测的干扰，提高电力电缆局部放电带电检测的精准度。超声信号具有非常小的波速，因此，技术人员也可以实行很好的故障定位，这些都是的超声法在电缆运行的现场可以实现有效的电缆局部放电检测。但是超声法也存在一些局限性，因为超声信号的产生是有限的，一般来说比较小，在超声传感器性能不优的情况下不容易实现超声信号的采集与反映。

3.3高频电流法

高频电流法属于非电接触式检测方法，这种方法的前身是传统的脉冲电流法，后来脉冲电流法经过延伸形成了高频电流法。这种方法以高频罗氏线圈取代测量阻抗，可以在耦合回路中实现局部放电脉冲信号的采集。高频电流法在多种电力电缆局部放电带电检测技术中具有独特的优势。使用高频电流法，技术人员对于各种传感器的安装较为方便，并且可以实现快速的调整，具有一定的灵敏性。在高频电流法下，技术人员可以根据现实需要进行信号带宽的调整，并且可以提高数据采集的范围。

结语

综上，通过运用本次设计的高压电缆局部放电在线监测与定位系统对高压电缆在基建和生产运行中的故障类型进行统计、分类和梳理，对故障机理及成因进行理论分析和仿真计算，将带电检测技术与局部放电试验的有机结合，提升检测准确性和效率，跟踪掌握高压电缆的健康状况，开展全寿命周期管理，及时发现潜在的早期绝缘缺陷，为发电企业检修、技术改造等工作提出相应意见和支持，提升设备可靠性和经济性。

参考文献

[1]杨凯，钱勇，段玉兵等.便携式电缆局部放电检测系统的研制[J].电气自动化，2017（5）：78-80，108.

[2]蒙绍新，王昱力，夏荣等.电容耦合法电缆局部放电带电检测的在线校正[J].高电压技术，2015（11）：3766-3774.

[3]振荡波局放检测技术在铁路电力电缆测试中的应用[J].刘维，吕朝，李书全.电气化铁道. 2018（05）

[4]新型的电缆局部放电在线监测系统研究[J].戚星宇，刘林旭，吕志鹏，黄昕，王文龙，余尚国.供用电. 2020（01）