高压电缆局部放电检测方法的研究

高压电缆局部放电检测方法的研究

【摘要】高压电缆局部放电检测系统的开发涉及到高压绝缘和高压试验等技术，局部放电检测是通过状态监测发现故障隐患，采取有效手段进行处理，降低供电系统运行风险，提高供电设备的运行效率，保证电力系统的安全性和稳定性。

【关键词】高压电缆；局部放电；检测方法

1.引言

本文定性的分析了局部放电产生的基本原理和检测方法，通过高压电缆工作的背景噪声来源和性质的分析（以35KV高压电缆为例），研究并设计出高压电缆局部放电检测所需的试验电源以及局部放电测量系统

2.高压电缆局部放电检测技术的现状

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。上海电缆研究所从上世纪60年代起，已经开始进行局部放电试验的探索工作，但是由于没有灵敏度较高的测试仪器，而且国家标准中也没有明确局部放电考核指标，所以研究工作曾一度中断。

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。但是目前对高压电缆故障检测在一定程度上主要局限于交流耐压试验。由于干扰抑制等原因局部放电检测效果不是很理想，致使局部放电试验还相对较少。目前高压电缆局部放电检测仍处于不断探索和研究阶段。

3.高压电缆局部放电产生的原因

交联聚乙烯电力电缆在其电气性能和耐热性能上的突出特点，普遍应用于工业输电领域，一般输电线路的高压电缆的电压等级有10KV、35KV、220KV等，由于安装方式和制造工艺等原因，电缆绝缘材料内部可能存在一些杂质，使得出现电缆绝缘材料表面或内部区域所承受的电场不均匀的现象。电缆运行过程中，在电场作用下绝缘体内部或表面就会出现一些区域的电场强度比平均电场强度要高，一些区域的击穿场强比平均击穿场强要低，因此在这些区域便会首先出现放电现象，而其他区域仍然保持着正常的绝缘特性，这便形成了局部放电。

绝缘体内部的气隙在发生放电的时候，气隙中的气体便会产生游离的现象，导致中性分子分离成带电的正、负离子等质点，并且在外部施加的电场作用下，电子或负离子会沿电场相反方向移动，正离子会沿电场方向移动，因此这些空间电荷便建立了新的电场，方向与外界施加的电场相反，此时气隙内的实际电场强

度为Ec=E外-E内。

外界施加的电压是正弦交流电压，当电压瞬时值上升至使气隙上的电压达到气隙的击穿电压时，气隙便发生放电。

高压电缆局部放电是比较复杂的物理过程，需要通过多种表征参数才能全面地描绘其状态，主要参数包括视在放电电荷、放电重复率、放电能量、放电平均电流、放电功率等。长时间的局部放电对电缆的绝缘材料的绝缘性会产生严重的危害，主要表现在由于放电所产生的局部发热、化学活性生成物、带电粒子的撞击以及辐射等因素对绝缘材料的损伤。这种对绝缘材料的破坏作用是一个缓慢的发展过程，而且从局部开始，并受多种其他因素影响，对运行中的高压电缆存在安全隐患，局部放电是造成高压电缆最终发生绝缘击穿的主要原因之一。

4.高压电缆局部放电检测原理及方法

局部放电的测试是根据局部放电发生时所产生的各种物理现象，通过可以表达该现象的物理量的测量来表征局部放电发生的状态，由于局部放电发生时会伴随多种物理现象，因此测试方法也相对比较多，一般分为电测法和非电测法两大类，电测法主要包括脉冲电流法、电桥法和无线电干扰法等，它们都是依据测试放电时产生的电荷变化以及放电能量损耗等来进行测试的。非电测法主要包括光测法、超声波检测法等，非电测法主要通过对局部放电产生的光波、声波等物理量的测量来检测局部放电的状态。

目前在众多的局部放电检测方法中普遍采用的是脉冲电流法，这种测试方法可以测得放电量、放电重复率、平均放电电流、放电能量等局部放电的基本参数，而且灵敏度较高，因此这种方法得到了广泛的应用。

脉冲电流法的基本原理可用图2所示电路进行阐述：当被测电缆Cx产生局部放电时，电缆两端便会产生一个瞬时电压变化DU，这时回路中就会产生一个脉冲电流I，脉冲电流经过耦合电容Ck耦合到检测阻抗Zd上，在检测阻抗上产生脉冲电压，将此脉冲电压予以采集、放大以及相应显示处理，便可以测得局部放电的一些基本物理量。

脉冲电流法是对局部放电频谱中的较低频段成分进行测量（一般为数十千赫兹至数百千赫兹，局部放电信号能量主要集中在此段频带内），从而尽可能避免无线电的干扰（无线电信号频率一般为300kHz以上）。

根据测试回路的特点，脉冲电流法包括“直测法”和“平衡法”两种。

直接测试局部放电所产生的脉冲电流在检测阻抗两端响应的脉冲电压的方法称为直测法，包括串联测试回路和并联测试回路两种，每种测试回路都包括以下基本部分：

（1）试验电压u，根据电缆等级，通过试验电源产生的高压；

（2）耦合电容Ck，与被测电缆Cx构成脉冲电流的流通回路；

（3）检测阻抗Zd，将放电产生的脉冲电流转化为脉冲电压，以便采集处理；

（4）测量系统M，测量检测阻抗的输出电压信号，并将其转化成局部放电相关参数进行显示。

5.局部放电检测图谱分析

局部放电检测系统图形显示部分是将表征局部放电的各种参数，最典型的图谱包括放电量与相位图谱（）、基圆图谱。这些图谱主要是将试验电压一个工频周期的相位分成多个等区间，然后选取不同周期内同一个相位区间的视在放电电荷的平均值，做出放电量与相位之间的直方图。

电缆局部放电是一个能量积累和释放的过程，在正弦交流电压下，电缆的局部放电主要发生在一个正弦周期电压绝对值由零升至峰值的相位上，即工频周期内0～90°和180～270°的相位上，并且在电缆试品发生的放电量、放电次数、放电能量上形成正态分布。

6.总结

本章主要讲述了高压电缆局部放电产生的原因以及产生局部放电的现象，并阐述了对高压电缆局部放电检测的意义所在，同时介绍了高压电缆局部放电检测的发展现状，最后分析了局部放电产生的基本原理和检测方法以及对放电图谱进行了分析，通过采取有效手段对局部放电进行检测并进行合理的处理，降低供电系统运行风险，提高供电设备的运行效率，保证电力系统的安全性和稳定性。

参考文献

[1]韩伯锋.电力电缆试验及检测技术[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]肖贵申.局部放电超高频在线监测系统的研究[D].华北电力大学，2007.

[3]李长玉.基于超高频法的XLPE电缆附件局部放电检测技术的研究[D].华北电力大学，2005.

[4]廖雁群.XLPE电力电缆接头局部放电在线检测抗干扰技术研究[J].广东电力，2010，3：54-59.