电力电缆在线监测技术初探
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宽频带电流耦合器是含高频磁芯材料的罗哥夫斯基线圈，即带有高频磁芯的穿心式电流互感器，其等效电路见图1。可使电缆外屏蔽层的局放脉冲电流流过电流耦合器，通过测次级线圈内的脉冲信号，进而判断电缆存在局部放电现象。
图1中、为线圈的自感和等效电阻，为杂散电容，为线圈互感，作为自积分电阻与形成自积分电路，在上得到电压。
二、电缆在线监测新技术
局部放电这种固体绝缘无损监测方法，效果良好，应用范围越来越广。但传统的局部放电监测方法（iec60270）因为监测的频带过窄且集中在低频段，容易受到噪声的影响，不适合电力电缆的在线监测，因此需要选择适合电力电缆在线监测的局部放电监测方法。
（一）超高频检测法
局部放电脉冲的频率如果很高，必须要提高监测设备的采样频率来捕捉局部放电信号，这样监测高频段的局部放电信号能够有效抑制外界噪声干扰。交联聚乙烯电力电缆的局部放电监测技术的核心的问题是如何采集微弱的局部放电高频脉冲信号，并进行识别，同时如何对于强干扰下的局部放电脉冲信号的提取及其特性的分析也是一大问题。由于脉冲的宽度较短，其本质的特征量稍纵即逝，特别是在电缆介质传输中高频脉冲会有严重的衰减，会给监测系统的中断信号采集带来很大困难，常常造成信号的严重失真，直接导致较大的测量误差甚至于错误的结论。文献[5]中利用宽频带局部放电传感器，使用电磁耦合的方法监测位于10khz～28mhz频段范围内的局部放电现象。由于电缆线路的局部放电现象常常发生在附件位置，可以在附件位置加装传感器减少高频脉冲衰减损失，尽量使采集到的信号能够还原局部放电脉冲信号的全貌和特征。
电力电缆在线监测技术初探
摘要：文章介绍了电力电缆在线wk.baidu.com测的传统技术及其不足之处，并结合多年工作经验总结了电力电缆在线监测的相关新技术，重点介绍电磁耦合法在对局部放电在线监测上的应用。
关键词：电力电缆；在线监测；交联聚乙烯；电磁耦合法；局部放电
中图分类号：tm757文献标识码：a文章编号：1009-2374（2012）01-0119-03
早于20世纪60年代初，交联聚乙烯（xlpe）电缆就已问世，该电缆绝缘性能良好，供电安全系数高，制作工艺简易且安装方便。随着它在配电网中逐渐广泛的运用，已渐渐取代油纸绝缘电缆，并且在高压和超高压电网中也得到了应用。近几年来，城市电网输配电已大量采用交联聚乙烯电力电缆，据不完全统计，已投入运行的35kv及以下线路约有几万公里；高压110kv及以上线路达数百公里；可运用的最高压等级达到500kv。但是交联聚乙烯电力电缆广泛运用的同时，也因为其材料树枝老化问题时常造成电缆绝缘击穿的事故，因此我们迫切需要对于交联聚乙烯电力电缆的运行状况进行监测，及时查找故障，保证交联聚乙烯电力电缆的良好的绝缘状况。
一、传统的电力电缆在线监测技术
传统的电力电缆在线监测技术分为直流叠加法、直流成分法、tgδ绝缘介损法局部放电的在线监测。然而传统的电力电缆在线监测技术的也存在不足之处，比如对于交联聚乙烯电力电缆绝缘劣化的在线监测上，国内外常采用直流叠加法、直流分量法、低频叠加法和介质损耗法对中低压交联聚乙烯电力电缆水树枝化进行在线诊断，已部分应用到现场并且取得了较好的效果。但是存在一个问题是我们不能利用这些办法来监测特高压电力电缆，而且水树枝化并不是交联聚乙烯电力电缆绝缘劣化的唯一表现，所以单单监测水树枝不能够全面反映绝缘劣化的状况。
应用高频小信号并联谐振回路理论分析计算，该宽频带电流耦合器的下限截止频率：
上限截止频率
所以频宽为：
为了使工作频带尽量宽，应使尽可能大，而尽可能小，由上下限截止频率可见，应使尽量大，而和尽量小，因此在相同的线圈尺寸下，应选用磁导率大的磁性材料，并增大线圈匝数，并选用直径较粗的导线减小。同时我们应该看到，虽然增加线圈匝数和减小积分电阻会增大，但是也会降低灵敏度。所以确定磁性材料之后，存在最佳的一个积分电阻和线圈匝数的配合，使电流传感器具有较宽的工作频带，且能维持一定响应灵敏度。
（二）电缆接头监测技术
经过多年的运行经验可以得出，90%以上的电力电缆故障都是因接头故障引起的。过负荷与接触电阻都会引起接头温度的上升，容易致使电缆接头的绝缘老化，发生故障。文献[6]设计了能监测接头温度的集散型接头温度实时监测系统，具有监测接头温度并实时显示，记录并综合分析进行报警的功能，方便工作人员及时掌握电力电缆的运行情况，可有效地及时发现故障的发生，及时处理，确保供电的顺畅。测点信号需要通过杂波综合吸收电路单元，可进行滤波和过压保护；后将信号串行化，经光电隔离后通过定时窗口和计数器等实现并行话；数据送入工控机分析处理，送与显示器显示；若是达到报警值，进行报警并打印包括故障时间和故障点的故障报告。
（三）电磁耦合法
电磁耦合法是将交联聚乙烯电力电缆接地线中局部放电的电流信号通过电磁耦合线和测量回路相连，在高压端不需要通过耦合电容器取得局部放大信号，所以适合电力电缆敷设后交接验收以及运行中的在线监测。这种方法通过电磁耦合的方式测量局部放电电流，因为高压电缆与测量回路之间不存在直接电气连接，可以很好的抑制干扰。
三、宽频带电流耦合器的设计
根据分析，电流传感器频率特性是由线圈的磁芯材料、积分电阻、匝数等参数综合决定。本文使用镍锌材料的磁芯，它具有应用频带宽，高频损耗小的特点，满足宽带测量的要求。同时通过改变匝数和绕线截面积，分别设计了3个不同的线圈，还设计了一个以锰锌铁氧体材料作为磁芯的线圈，如表1所示：
试验中四个线圈使用相同积分电阻，使用awg2041产生一原边可调电流，使其穿过传感器几何中心，测量感应电压就可得到其幅频特性，如图2所示。由图2可知传感器a具有较高的灵敏度，但由于其匝数少而频带较窄。传感器b的-3db带宽在17khz～18mhz之间，而传感器c的-3db带宽在14 khz～18mhz之间，这是由于传感器b的导线截面积较c传感器小所导致。传感器d使用了锰锌铁氧体作磁芯，带宽较窄，为2khz～14mhz。综上传感器c具备最佳的幅频特性。
四、模拟试验及电力电缆的局部放电测量
由于传感器c具有最佳幅频特性，因此用它进行如下的试验研究。
图1中、为线圈的自感和等效电阻，为杂散电容，为线圈互感，作为自积分电阻与形成自积分电路，在上得到电压。
二、电缆在线监测新技术
局部放电这种固体绝缘无损监测方法，效果良好，应用范围越来越广。但传统的局部放电监测方法（iec60270）因为监测的频带过窄且集中在低频段，容易受到噪声的影响，不适合电力电缆的在线监测，因此需要选择适合电力电缆在线监测的局部放电监测方法。
（一）超高频检测法
局部放电脉冲的频率如果很高，必须要提高监测设备的采样频率来捕捉局部放电信号，这样监测高频段的局部放电信号能够有效抑制外界噪声干扰。交联聚乙烯电力电缆的局部放电监测技术的核心的问题是如何采集微弱的局部放电高频脉冲信号，并进行识别，同时如何对于强干扰下的局部放电脉冲信号的提取及其特性的分析也是一大问题。由于脉冲的宽度较短，其本质的特征量稍纵即逝，特别是在电缆介质传输中高频脉冲会有严重的衰减，会给监测系统的中断信号采集带来很大困难，常常造成信号的严重失真，直接导致较大的测量误差甚至于错误的结论。文献[5]中利用宽频带局部放电传感器，使用电磁耦合的方法监测位于10khz～28mhz频段范围内的局部放电现象。由于电缆线路的局部放电现象常常发生在附件位置，可以在附件位置加装传感器减少高频脉冲衰减损失，尽量使采集到的信号能够还原局部放电脉冲信号的全貌和特征。
电力电缆在线监测技术初探
摘要：文章介绍了电力电缆在线wk.baidu.com测的传统技术及其不足之处，并结合多年工作经验总结了电力电缆在线监测的相关新技术，重点介绍电磁耦合法在对局部放电在线监测上的应用。
关键词：电力电缆；在线监测；交联聚乙烯；电磁耦合法；局部放电
中图分类号：tm757文献标识码：a文章编号：1009-2374（2012）01-0119-03
早于20世纪60年代初，交联聚乙烯（xlpe）电缆就已问世，该电缆绝缘性能良好，供电安全系数高，制作工艺简易且安装方便。随着它在配电网中逐渐广泛的运用，已渐渐取代油纸绝缘电缆，并且在高压和超高压电网中也得到了应用。近几年来，城市电网输配电已大量采用交联聚乙烯电力电缆，据不完全统计，已投入运行的35kv及以下线路约有几万公里；高压110kv及以上线路达数百公里；可运用的最高压等级达到500kv。但是交联聚乙烯电力电缆广泛运用的同时，也因为其材料树枝老化问题时常造成电缆绝缘击穿的事故，因此我们迫切需要对于交联聚乙烯电力电缆的运行状况进行监测，及时查找故障，保证交联聚乙烯电力电缆的良好的绝缘状况。
一、传统的电力电缆在线监测技术
传统的电力电缆在线监测技术分为直流叠加法、直流成分法、tgδ绝缘介损法局部放电的在线监测。然而传统的电力电缆在线监测技术的也存在不足之处，比如对于交联聚乙烯电力电缆绝缘劣化的在线监测上，国内外常采用直流叠加法、直流分量法、低频叠加法和介质损耗法对中低压交联聚乙烯电力电缆水树枝化进行在线诊断，已部分应用到现场并且取得了较好的效果。但是存在一个问题是我们不能利用这些办法来监测特高压电力电缆，而且水树枝化并不是交联聚乙烯电力电缆绝缘劣化的唯一表现，所以单单监测水树枝不能够全面反映绝缘劣化的状况。
应用高频小信号并联谐振回路理论分析计算，该宽频带电流耦合器的下限截止频率：
上限截止频率
所以频宽为：
为了使工作频带尽量宽，应使尽可能大，而尽可能小，由上下限截止频率可见，应使尽量大，而和尽量小，因此在相同的线圈尺寸下，应选用磁导率大的磁性材料，并增大线圈匝数，并选用直径较粗的导线减小。同时我们应该看到，虽然增加线圈匝数和减小积分电阻会增大，但是也会降低灵敏度。所以确定磁性材料之后，存在最佳的一个积分电阻和线圈匝数的配合，使电流传感器具有较宽的工作频带，且能维持一定响应灵敏度。
（二）电缆接头监测技术
经过多年的运行经验可以得出，90%以上的电力电缆故障都是因接头故障引起的。过负荷与接触电阻都会引起接头温度的上升，容易致使电缆接头的绝缘老化，发生故障。文献[6]设计了能监测接头温度的集散型接头温度实时监测系统，具有监测接头温度并实时显示，记录并综合分析进行报警的功能，方便工作人员及时掌握电力电缆的运行情况，可有效地及时发现故障的发生，及时处理，确保供电的顺畅。测点信号需要通过杂波综合吸收电路单元，可进行滤波和过压保护；后将信号串行化，经光电隔离后通过定时窗口和计数器等实现并行话；数据送入工控机分析处理，送与显示器显示；若是达到报警值，进行报警并打印包括故障时间和故障点的故障报告。
（三）电磁耦合法
电磁耦合法是将交联聚乙烯电力电缆接地线中局部放电的电流信号通过电磁耦合线和测量回路相连，在高压端不需要通过耦合电容器取得局部放大信号，所以适合电力电缆敷设后交接验收以及运行中的在线监测。这种方法通过电磁耦合的方式测量局部放电电流，因为高压电缆与测量回路之间不存在直接电气连接，可以很好的抑制干扰。
三、宽频带电流耦合器的设计
根据分析，电流传感器频率特性是由线圈的磁芯材料、积分电阻、匝数等参数综合决定。本文使用镍锌材料的磁芯，它具有应用频带宽，高频损耗小的特点，满足宽带测量的要求。同时通过改变匝数和绕线截面积，分别设计了3个不同的线圈，还设计了一个以锰锌铁氧体材料作为磁芯的线圈，如表1所示：
试验中四个线圈使用相同积分电阻，使用awg2041产生一原边可调电流，使其穿过传感器几何中心，测量感应电压就可得到其幅频特性，如图2所示。由图2可知传感器a具有较高的灵敏度，但由于其匝数少而频带较窄。传感器b的-3db带宽在17khz～18mhz之间，而传感器c的-3db带宽在14 khz～18mhz之间，这是由于传感器b的导线截面积较c传感器小所导致。传感器d使用了锰锌铁氧体作磁芯，带宽较窄，为2khz～14mhz。综上传感器c具备最佳的幅频特性。
四、模拟试验及电力电缆的局部放电测量
由于传感器c具有最佳幅频特性，因此用它进行如下的试验研究。