检测电缆附件局部放电内置传感器的特性分析

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万方数据
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容；Ｚ。．为测量系统总的输入阻抗；磊为ＸＬＰ响Ｅ电也力可以忽略；当厂＞１００ ＭＨｚ时，Ｌ感器在。该频带的内具有优 影异的频 响率响应 逐特性， 渐且Ｌ。影 增
ｋＱ阻尼电阻Ｒ， 其等效电路模型如图２所示。
验室对构建电缆附件绝缘缺陷产生的ＰＤ信号进行
１ 内置传感器结构与电路模型 研制的电容型内置传感器安装方式和结构如
电容；Ｃｚ为传感器与金属法兰之间的等值杂散电 图２中Ｃ。为圆环电极与缆芯之间形成的耦合
属连线，为了防止与低压臂电容形成高频振荡，在圆
中，Ｌ。主要存在于圆环电极到信号电缆接头间的金
４｜。对于电容型的耦合传感器，影响其频率特 为一电容分压器，以静电耦合的方式传感ＰＤ信
的尺寸较小，传感器的作用在整个测量频域内可视 考虑到电力电缆的同轴结构，且内置圆环电极
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ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ＸＸＩＩ：ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｈｉｅｌｄｅｄ ｓｏｌｉｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃａｂｌｅ ａｎｄ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｈｅｒｅｏｆ ｆｏｒ
ＭＨｚ
时，口、６曲线几乎同为一条上升的直线，表明圆环传 频率越高，输出的增益也就越大。当厂＜１０
整个测量频率的幅频响应特性近似一高通滤波器， 从图３中曲线的变化趋势可以看出，传感器在
所示（其中Ｃｌ＝７
依据式（２）可计算当Ｌ。一８
Ｈ（（ｃ，）一Ｕ。／Ｕ：一
点产生电压输出Ｕ。，根据图２中传感器的等效电路
２）在选取超高频段对ＸＬＰＥ电力电缆附件进 行ＰＤ监测时，为避免放电脉冲因长距离传播衰减 带来传感器信号减小而引起的灵敏度降低，传感器 应尽可能安放在接头附近。同时，可利用电缆对超 高频衰减较快的特点，来提高对电缆接头内部缺陷 产生ＰＤ检测的抗干扰能力。
３）通过研制的２个传感器对发生在电缆接头 内部的沿介质表面的滑闪放电检测表明，传感器检 测的ＰＤ信号能有效区分入射与反射信号，可以利 用检测放电脉冲波形的时延分析实现对ＰＤ源的 定位。
几乎相等，所以置入的圆环电极不会对电缆主绝缘 在工频电压下，由于外半导电层与金属外屏蔽电位
丙烯薄膜支撑将其固定在电缆外半导电层上，再通 厚度为ｏ．５
实测，以此检验传感器的综合性能。
态方波响应法分析传感器响应的频率特性，并在实
容型内置传感器，在建立的电路模型上系统 电力缆的皱纹金属屏蔽结构研制了一种宽频带电 电缆附件ＰＤ用的内置传感器进行研究，利用高压
（６）：１４一１６．
［２］李华春，周作春，陈平．１１０ ｋＶ及以上高压交联电缆 系统故障分析［Ｊ］。电力设备，２００４，２５（８）：９—１３．
ＬＩ ＨＵＡ—ＣＨＵＮ，ＺＨ（）Ｕ ＺＵ（）＿ＣＨＵＮ，ＣＨＥＮ ＰＩＮＧ． Ｆａｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ １ １０ ｋＶ ａｎｄ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ＨＶ ｃｒｏｓｓ一
图１３、１４为传感器输出加入０．３～１ ＧＨｚ、 ２０ ｄＢ的超高频放大滤波单元后的ＰＤ脉冲时域波 形及频谱。
Ｉ，ｎＢ
（ａ）传感器１脉冲波形
１５
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１００
２００
３００
４００
ｔ，ｌｌｓ
（ｂ）传感器２脉冲波形
５００
图１３ ＰＤ信号脉冲的波形
参考文献： ［１］罗俊华，邱毓昌，杨黎明．１０ ｋＶ及以上电力电缆运行
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因之一，而电缆附件又是电缆线路绝缘品质最薄弱 量统计数据表明，ＰＤ是造成电缆绝缘破坏的主要原 常使电缆绝缘ＰＤ并引发击穿闪络的严重事故。大 ７６１
炬，等：检测电缆附件局部放电内置传感器的特性分析 如杂质气泡、毛刺凸起、应力锥移位等，在运行中经
第７期
唐
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第７Fra Baidu bibliotek 蠹一
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笔者从电气测量的角度，对检测１１０ 带窄，且易受到现场干扰的影响，灵敏度和抗干扰能
缘进行ＰＤ监测有着重要意义。
缆而言，虽然内部ＰＤ信号具有很宽的频谱，但是由
本体传输时严重衰减［４。７］。为了有效检测电缆ＰＤ
、超高频感法等；国内则主要采用外置电磁耦合 法［８１］，与内置传感器相比外部电磁耦合法检测频 力较差。 ｋＶ ＸＬＰＥ
ＰＤ ｌｏｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔ“ｃａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ，
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检测电缆附件局部放电内置传感器的特性分析
作者：
作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
唐炬， 邓志勇， 龚宁涛， 张晓星， 魏钢， TANG Ju， DENG Zhi-yong， GONG Ning-tao ， ZHANG Xiao-xing， WEI Gang 重庆大学,输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆,400030
（ａ）传感器ｌ脉冲频谱
粥Ｈｚ
（ｂ）传感器２脉冲频谱 图１４ ＰＤ信号脉冲的频谱
从图１３、１４可以看出，受超高频滤波单元影响， ＰＤ输出信号的波形发生了畸变，脉冲信号振荡加 剧，尽管传感器ｌ检测信号的信噪比有所提高，但传 感器２信号能量严重削弱，幅值极低，ＰＤ信号几乎 淹没在背景噪声中。因此，采用电容耦合方式在选 取超高频段对电缆ＰＤ检测时，一方面可以提高系 统检测的灵敏度，增强其抗干扰能力，但同时也限制 了传感器检测有效距离。从上述测试结果来看，笔
附件的内部，研究方法包括有电容耦合法，方向耦合 信号，目前，国外普遍采用将测量单元装设在电缆或
结构，使得高频电磁波信号不易向外辐射且沿电缆 于电缆独特的分层半导电绝缘以及复杂的金属屏蔽
的陡脉冲电流，其等值频率可达到吉赫兹级。对电 ＸＩ。ＰＥ电缆ＰＤ时会产生持续时间仅为纳秒级
的环节口｛］。因此，对电力电缆线路尤其是附件的绝
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７６４
重庆大学学报
第３１卷
播后，传感器响应脉冲信号存在约１１．３ ｎｓ的时延， 以此计算可以得到脉冲沿电缆传播速度为 １．８６ ｍ／ｎｓ，与理论值１．８９ ｍ／ｎｓ基本吻合。此外， 由于电力电缆自身滤波效应，ＰＤ信号高频分量严重 衰减，传感器检测的首个放电脉冲峰值从１ｌ ｍＶ变 为５ ｍＶ，衰减程度达到一半；而在超高频段，对应信 号能量几乎衰减完毕。
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ｗａｖｅ—ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，２００４，１ ９（４）： １５２３—１５３１－
图１所示。切开电缆外护套和皱纹金属屏蔽，置入 ｍｍ、宽度为３０ ｍｍ的金属铜环并用聚
过２个钳式圆形法兰跨接金属断层，恢复电缆屏蔽。
电缆的特性阻抗，其值可以通过电缆单位长度下的图１内置传感器 图２传感器等效电路 磊 ｆ Ｚｏ一￣／Ｌｏ／Ｃｏ， （１） ７【。 式中：Ｄ。为绝缘层外径；Ｄ。为导电线芯外径（含内半
电缆线芯传播，当到达Ｂ点时，径向位移电流流经Ｃ 当电缆某处（Ａ点）发生ＰＤ时，其脉冲信号沿
【Ｌｏ一卢。弘，ｌｎ（Ｄ，／Ｄ，）／２ ＜ｃｏ＝２７【￡。￡，／ｌｎ（Ｄ。／Ｄ。）， 电容ｃ０和单位长度下的电感Ｌ。来计算：
性能产生影响。
号［１２‘１
性最主要的因素是杂散电感Ｌ。，而在本传感器设计
环电极和金属法兰之间并联有２．ｏ
鼍詹能懂裂垲；ｇ荐豁篇彭剥鹭磊剖陵秀翼；
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者研制的圆环内置传感器性能可靠，包含频率丰富， 可以作为电缆附件或短距离电缆ＰＤ超高频信号 测量。
４ 结论
１）基于电容耦合原理研制了用于高压ＸＩ。ＰＥ 皱纹金属屏蔽电力电缆及其附件ＰＤ检测的内置圆 环传感器，通过电容耦合的电路模型，分析了影响传 感器性能的各参数。实测结果表明，研制的传感器 频率响应特性优异，能有效传感纳秒级暂态脉冲信 号，且振荡较小，其检测频带可达到５００ ＭＨｚ，能用 于电缆附件ＰＤ的超高频检测。
妻曼垂譬鼙研一订ｉ塞羹爿。薹囊薹霎羹蕈羹硒鞋攀一蓥霎ｌ；尚ｉ薹型叁
萋；ｉ冀一蠹麓糊；荔翱Ｉ画鞋酮譬囊耋；蠢鬻萏１甾垂ｉｉ！ｌ酲曜巷；ｌ葬ｆ呈ｌｉ蓁霉童；ｇ；
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ｌ毒！蚕要ｉ蓉薹璧重ｉ耋ｉ量三三ｉｉ要矍耋；ｉ霎｝薹三ｌ鏖謇雪耋藿妻ｉｉ匿ｇ毫蚕！ｌ主置莲；塞董！善妻霉！薹 垂享享耋薹囊箩ｉ董；蓬篓孽莹！誊；霄尊马ｉ毫囊！ｉ｝姜ｉｉｉ§圣耋雾重囊！；辜！蠢ｉ辇羹薹ｌｌｌ！善
导电层）；￡ｒ为绝缘层的相对介电常数；ｅ。为真空介 电常数ｐ，绝缘层相对导率；ｍ为真空的磁 导率。
模型可得到传感器在频域的传递函数为
ｎＨ（曲线６）时的传感器幅频响应特性曲线，如图３
（２） 面ｔｊＺ。Ｇ ．醒。（Ｃｌ＋Ｇ）一∥Ｌ（Ｇ＋Ｇ）＋嘶Ｌ。＋Ｚ，）／Ｒ＋ｌ。
ｎＨ（曲线ｎ）及Ｌ。＝ ０
ｐＦ，Ｃ２＝２１ ｐＦ，ＺＬ；５０ Ｑ）。