高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究 赵永贵

高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究赵永贵

摘要：目前，科学技术的发展迅速，随着供电负荷不断地增容，电缆用量也不断增加，同时故障率也大大增加。局部放电是造成电缆绝缘损坏的主要原因。局部放电检测分停电检测和带电检测，但由于煤矿供电可靠性要求高，进行停电检测影响生产进度，带电检测就显得尤为重要，目前最常见的电缆带电检测方法为高频局部放电测试。高频局部放电仪广泛用于电缆、变压器等设备的局部放电检测。

关键词：高压电缆局部放电；带电检测技术；应用研究

引言

随着全国电网的不断改造升级，交联电力电缆已成为重点地区输电的主流设备，高压、超高压交联电缆线路已经在城市电网中占据非常重要的地位。然而，由于高压电缆附件是电缆线路上最薄弱的环节，加之电缆附件内部的场强分布复杂、运行环境相对较差，随着电缆线路运行时间的增长，不可避免地产生老化现象，进而引起事故。如何对电缆线路的运行状态进行检测和分析，最经济有效地得到电缆的真实状态是非常必要的。经过多年的研究分析，国内外专家和国际大电网(CIGＲE)等电力权威组织一致推荐局部放电检测是交联电力电缆绝缘状态评价的有效方法。常用的局部放电检测方法有:脉冲电流法、超声波法、超高频法、电容耦合法、电磁偶合法等。目前在运行电缆线路上国内外仅限于使用便携式局放检测设备开展短时的局部放电检测工作，虽然可以在短时间内对大面积的电缆附件进行带电检测，但由于检测手段单一，很难短时间排除外界环境干扰，有效检测的难度高，进而不能准确反映出电缆线路实际运行情况。为此，率先在南京地区引入基于脉冲电流法的电缆局放重症监护系统，以及和北京兴迪公司联合开发了电缆终端局部放电在线监测系统，通过对电缆线路长时间带电检测，用以发现电缆线路绝缘缺陷，进而增加电缆线路寿命。

1高频局部放电原理

高频局部放电检测主要是利用高频脉冲电流法原理。当电缆的绝缘本体或接头存在异常缺陷，某一部位发生局部放电时，将产生很陡的高频脉冲信号，脉冲电流将流经设备的接地线，同时在电流方向的垂直面上产生磁场，在电缆的接地线卡上高频电流传感器，电流传感器会从该磁场中耦合到高频放电脉冲信号传输到主机，主机采集信号形成谱图。

2便携式电缆局部放电检测系统的研制

2．1检测系统的运行原理

便携式电缆局部放电检测系统主要包括传感器、信号采集模块、信号处理模块以及便携主机三部分。为了保障信号的有效传输，笔者在检测系统中设置了四个信号采集通道，传感器通过四个采集通道完成相关参数的采集，参数信号首先被传输到前置处理模块，进行滤波和放大处理;再传输到主板进行再处理，选择两个采集通道的信号传输到采集卡，开展模数转换处理;最后，将处理的信号传输到便携主机中，完成局部放电的检测。在上述检测系统中，技术人员可以利用设备外置的开关，调节采集通道信号的检测方法，选择两个检测方法同时开展局部放电检测，提升检测系统的精度。为了保障现场检测的有序进行，笔者在主机箱中设置信号采集模块及处理模块，并将传感器及便携主机安置于配件箱中，在保障信号精准检测的同时，提升检测系统的应用便捷性。

2．2检测系统的硬件设施

第一，传感器。在本文研制的检测系统中，传感器主要负责采集三种检测方

法所需的信号，即超声信号、高频电流信号以及特高频信号，根据不同的信号特征，设计相应的采集方案。其中，超声信号传感器选择压电式超声波接收器，将

设备探头放置于靠近便携式电缆的位置即可完成信号的采集;高频电流信号传感器

选择钳型结构的采集器，将设备与便携式电缆接地线连接即可完成信号的采集;特

高频信号传感器选择矩形微带天线，将设备和便携式电缆的接头连接即可完成信

号的采集。第二，信号处理模块。本文研制检测系统的信号处理模块主要包括前

置处理单元和主板两部分，前置处理单元主要负责采集信号的滤波、检波及放大

处理，为信号转换提供条件。本节主要以特高频信号的前置处理单元为例，分析

其硬件设施，主要通过无源带通滤波器实现信号滤波;通过芯片AD8318电路实现

信号检波;通过放大器实现信号放大。在信号处理模块，主板主要负责子单元的工

作电压调节，保障信号处理的有效进行。主板的主要硬件设施为ADG1434芯片。需要注意的是，在进行信号处理模块的设计时，需要注重信号干扰的影响，笔者

将信号处理模块的线路设置为差分线路，可以有效提升信号传输的可靠性及抗干

扰性。第三，信号采集模块。信号采集模块的主要硬件设施为NIUSB-5133采集卡，可以将模拟信号转变为数值信号。这一型号的采集卡具有采样率高的优势，能够

保障信号采集的全面性及准确性，为局部放电检测提供保障。在本文研制的检测

系统中，采集卡主要与主板输出口和系统机箱的USB进行连接，完成模拟信号到

数字信号的传输，并利用USB线完成数字信号在采集卡和便携主机间的传输。

2.3检测系统的软件设施

检测系统需要为电力企业的技术人员提供局部放电检测结果，而结果需要通

过软件设施的设计进行显示。在本文研制的检测系统中，显示界面主要包括图形

显示、信息显示及工具栏这三项功能，具有两种工作模式。其一，连续采样工作

模式，在该模式下，检测系统会根据原始信号进行时域波形的显示，技术人员可

以直接观测到信号内容;其二，实时诊断模式，在该模式下，检测系统会定期开展

放电信号数据的分析，并自动生成信号特征图谱及诊断报告。其中，信号特征图

谱可以体现出放电信号的次数相位、幅值及能量分布，为技术人员提供参考。

2.4参数设置

①IP设置：软件系统与主机IP地址应该设置在同一局域网内，但不能完全

相同；②通道设置：和主机CH1～CH4选择对应；③同步设置：内部同步和外

部同步，内部同步为软件同步，外部同步分为电源同步和线圈同步，一般首选电

源同步；④增益10mV～5V，根据情况改变量程大小，保证显示区域内的信号波

形图不超出量程范围；⑤调节采样时长1～10μs，根据实际情况拉长波形，保证

波形清晰，便于分析；⑥高通截止频率500Hz、50kHz、500kHz、1MHz和

2.5MHz五个档位，高频信号通常在2～16MHz间，一般高通选择1MHz；低通截

止频率500kHz、5MHz和20MHz三个档位，一般低通选择20MHz；⑦调节门槛

值即出发电平，将部分非放电信号排除屏蔽掉，一般正负电平值上下对称。

结语

针对国内对电缆终端检测手段的不足，研制开发出高压电缆终端局放在线监

测系统，通过现场应用发现了一起电缆终端的严重缺陷，及时避免了电缆击穿事

故的发生。通过分析得出以下结论:电缆局放重症监护系统通过对高压电缆长时间

带电检测，可以更加准确地判断电缆局放在线普查中遇到的疑似信号，为运维检

修人员提供可靠的资料。电缆终端局放在线监测系统研制与应用，实现了对高压

电缆终端运行状态的监测与评估，从而指导了生产单位的运维检修工作，为电网