高压电缆接头局部放电检测方法研究
发布时间：2020-10-29
摘要：高压电缆作为电力中继，其承载着高负荷的电力传输，其设备绝缘在电力转送过程中不仅受到电、热的直接影响，还会因使用时间不良环境等多种因素导致性能逐渐弱化，因此必须定期不定期对之进行放电检测，及早发现存在的隐患。
关键词：高压电缆接头;局部放电;检测方法
我们常用的电是从发电厂发出，之后通过输电线路传输到变电站，最后再由变电站输送到各个用户。从中不难看出高压电缆作为电力中继，其承载着负荷的电力传输，其设备绝缘在电力转送过程中不仅受到电、热的直接影响，还会因使用时间不良环境等多种因素导致性能逐渐弱化，甚至是出现缺陷，一旦发生故障，将直接影响电力传输，因此必须定期不定期对之进行放电检测，通过绝缘检测和诊断技术能够更早的发现其中的故障，从而第一时间进行解决，以保障其正常运行。
1局部放电的原理
电缆的绝缘体内部，容易受到外界干扰因素影响，尤其在制造、加工中，多少都会存在气泡等各样的杂质，使该区域的击穿电压大幅度的降低，继而容易出现放电现象。电缆在使用时，受到电场作用影响，绝缘体内部，出现部分区域放电，但是并没有贯穿施加电压导体间的，称为局部放电。在相关局部测量规范中，对其局部放电的定义，也做出了一系列的描述，即部分桥接的放电现象，在导体附近发生，也可以不发生;但是这种情况的出现，无疑是一种安全隐患，电缆出现老化、绝缘击穿的情况，不利于电力系统的长寿命发展。针对电缆局部放电检测工作的展开，是为了更好的通过检测局部放电信息的收集、分析，对存在的早期问题、风险、隐患，进行发现、处理，从而更好的推动电力系统的良性发展。局部放电现象，主要发生在绝缘内部，受到电场作用影响，内部缺陷附近形成了局部电容，此时正负电荷，会集结在不同极性的两端，局部电场场强增大，最后电容击穿放电，形成局部放电现象，并伴随着脉冲电流的产生。
2高压电缆局部放电检测的必要性
高压电缆作为电力传输的重要介质，同时拥有良好电气性能、耐热性和强机械性能等诸多优点，近年来在电力系统的输配电中广泛应用;但是高压电缆难以避免其自身存在的缺陷，尤其是在高压电缆制作过程中难以保证其绝缘的绝对完好，在安装铺设电缆时，容易因机械力导致绝缘受到挤压等损害，更重要的是长时间使用后因为湿潮、土壤侵蚀等导致绝缘被腐蚀受损，这些隐患最终会引起高压电缆绝缘的击穿。高压电缆因其铺设的特殊性而导致故障排查和检修难度相当据不完全统计，电缆附件故障已经占到了高压电缆运行故障的近50%，尤其是高压线缆的中间接头和终端接头故障。出于高压电缆铺设及其高压线缆的制作需求，电缆接头在实际电缆铺设中难以避免，因而对整个高压电缆而言，接头部位成为了运行故障易发点和电缆绝缘的薄弱环节。随着我国高压特高压系统的不断发展，电压等级在不断升高，随之而来的是对高压电缆接头的绝缘要求更加严格，电缆附件制作也将更加复杂，其故障的风险也随之提高，因此必须对高压电缆接头给予足够的重视，做好其故障排查，以保障整个电缆系统的正常运行。
相关期刊推荐：《电线电缆》(双月刊)创刊于1958年，由上海电缆研究所主办。本刊是线缆行业主要的学术性刊物，供电线电缆科研、设计、制造及使用部门的广大科技人员及大专院校师生学术交流与参考。设有：电线电缆产品、材料、测试技术、敷设运行、工艺装备、经验交流等栏目。
为保证高压电缆正常运行，就要定期不定期的对高压电缆开展绝缘检测。过去的多年，我国广泛通过预防性试验的方法进行电力检修，这种检修易造成停电，带来了极大的不便;为在不影响正常的电力使用情况下进行高压电缆检修，近年来对于高压电缆接头的绝缘检测日益成为新的研究热点。通过对在线检测技术的不断研究，实现了通过电缆绝缘良好程度的特征信号及其判据对运行中的电缆绝缘是否存在被击窃的隐患进行有效判定。
3高压电缆接头局部放电检测方法
国内在高压电缆局部放电检测技术方面的研究起步相对较晚，发展也比较缓慢特别是由于局部放电过程比较复杂到目前研究理论仍很不完善，给这方面的研究带来了很大的困难。目前众多国家已将高压绝缘检测技术应用于高压电缆故障检测与诊断之中，通过状态监测及时发现故障隐患能够大大提高其供电设备运行效率降低供电系统运行风险提高输电线路运行的安全性和稳定性。
3.1电缆局部放电定位法
在对电缆放电进行检测时，如果能找出局部放电源的位置，那么将大大提高放电检测的效率和精确性，为了达到这一目的，通常采用时域反射法进行放电位置的判定。该方法的运用原理如下：将脉冲检测装置架设在电缆的一端，利用局部放电脉冲在电缆中传播造成的反射原理，获取同一脉冲在电缆中来回传播的情况和时间差数据，然后利用找出脉冲位置来判定局部放电源的位置。如果将局部放电信号耦合装置架设在电缆近端，那么可以利用脉冲电流法检测阻抗。当然也可以通过高频电流传感器等方式来找寻检放电脉冲信号位置。一旦电缆接头发生局部放电，那么产生的脉冲会形成幅值相等的两个信号，并以相反的方向在电缆线路内传播，不同的信号会具有不同的传播时间，利用两个信号到达的时延差，参考电缆中脉冲的传播速度等参数，能够大致确定局部放电脉冲发出的区域。同样，对电力电缆进行带电检测时，传感器也能检测到类似的脉冲群信号，利用其方向可初步确定局放源的位置，只有找出局部放电源的位置，才能找出故障所在，并进一步采取故障排除措施，从而保障电缆的正常运行。
3.2超高频电容藕合法
超高频电容藕合器，主要由金属屏蔽层、电容藕合器、导线芯、外半导电层、XLPE绝缘组成。该方法的优点为设计有电容耦合器，极限频率为500MHz，常用作电缆、附件局部放电的超高频传感器，照比以往的局部放电测量，自身的灵敏度要更高。但同时也存在超高频信号衰减问题，需要在其电缆接头、端部，借助传感器的安装，实现局部放电测量工作，容易对其电缆表层，造成不同程度的破坏。
3.3Rogowski线圈电流传感器检测法
高压电缆的局部放电信号幅值很小，另外持续时间很短，仅为ns数量级，但是却有较宽的频谱。因此为了进行高压电缆局部放电检测，必须配备宽频带、灵敏度高、线性度好、输出失真小且稳定的耦合器。Rogowski线圈电流传感器作为一种I/V转换器型电流传感器应用广泛。通常将Rogowski线圈制作成圆形或矩形，选择空心或带有磁性的骨架，在骨架上均匀缠绕螺线圈。在Rogowski线圈的原边是一匝线圈，副边则是多匝线圈，被测脉冲电流会产生磁通，磁通会与副边线圈相交链。当Rogowski线圈有脉冲电流通过时，螺线管的每一匝中就会产生磁通，整个Rogowski线圈N匝中产生大小与导体中脉冲电流大小的磁链成正比，电动势会因磁链的变化而变化，且电动势与电流成正比。这种传感器检测方法能够较好的找出局部放电源之所在，为快速排出故障奠定基础，应用较为便捷。
3.4电磁藕合法
应用由罗氏线圈、前置放大器、频谱分析仪等组成的电缆局部放电监测系统;检测的原理是当局部放电信号存在时，金属屏蔽层会对其脉冲电流进行感应，当有脉冲电流传递到传感器时，会在其二次绕组部位，感应出存在的异样放电信号，从而检测到局部放电信号。
3.5超声波检测法
该检测系统，以压电晶体为传感器，压电晶体具有信号、电荷量转换的性质，通过前置放大器，经过光电元件转换，实现光、电信号的转换;最后在示波器上，显示出放大后局放电信号。本检测法具有简单安全的优点，但存在灵敏度较低的缺点。
4结语
绝缘在电力转送过程中不仅受到电、热的直接影响，还会因使用时间不良环境等多种因素导致性能逐渐弱化，甚至是出现缺陷，一旦发生故障，将直接影响电力传输，因此必须定期不定期对之进行放电检测，通过绝缘检测和诊断技术能够更早的发现其中的故障。——论文作者：张剑东 崔超奇 刘斌
