超高頻技術檢測高壓電力電纜及接頭中局部放電的研究

◎趙巖

超高頻技術檢測高壓電力電纜及接頭中局部放電的研究

◎趙巖

隨著我國社會經濟的發展以及科學技術不斷取得重大突破，我國的電力事業也有了顯著的進步。所以目前會有一些電力電纜技術跟不上電力事業發展的要求，其技術還比較落后。本文主要對超高頻技術檢測高壓電力電纜及接頭中局部放電進行了一個深入的研究。

超高頻RFID技術在目前來說被很廣泛地應用到各個領域，比如根據TID的唯一性，配合其他方式可以進行防偽方面的應用；根據它的多標簽讀取特性，可以進行盤點數據收集；根據它遠距離讀取的特性，可以進行遠距離的巡檢，比如電力上的一些特殊的巡檢讀取；根據它的范圍讀取的特性，可以進行產線或分揀方面的管理。尤其是無源的射頻識別技術，許多人認為這是物聯網概念發展的一個重要分支，但是有些技術細節問題還有待研究。在我國的電力事業上，對超高頻技術檢測高壓電力電纜及接頭中局部放電的研究將非常有助于我國電力事業的進一步發展。

局部放電的基本原理及特性量的提取

局部放電的基本原理。當外加的電壓在電氣設備中產生的場強足夠使絕緣部分的區域發生放電的現象的時候，但是，在放電的區域卻沒有形成固定的放電通道的這種放電現象，就被我們稱為局部放電，這也是局部放電的基本原理。

局部放電特性量的提取。偏斜度是統計量的三階中心矩。Phi-N譜圖偏斜度的統計量應該就是局部放電點Phi值。Mu指的是隨機變量放電點Phi值的均值，是一個角度。我們可以通過放電點的Phi值直接統計偏斜度，如果要引入一個相窗的概念，感覺相窗是0～360度均分的一樣，這樣的話統計量就成了每個相窗包含的放電點個數了。Mu就成了出現次數，那Xi和它相減就沒有意義了。u是直方圖的均值。至于為什么要對相位和幅值進行分窗，主要是便于離散化計算。直接使用脈沖發生相位其實也進行了分窗，只是窗大小不同。簡單來講，這個偏斜度和峭度相當于將譜圖包絡線當成概率密度分布曲線進行計算。

局部放電的檢測方法

隨著我國科學技術的不斷進步，對于局部放電的檢測，我們已經研究出了很多種方法。比如：脈沖電流法、高頻電流法、超聲波法、化學檢測法、射頻檢測法、光測法、超高頻檢測方法等等。下面將對這些方法一一進行簡單的介紹。

脈沖電流法。用脈沖電流法檢測局部放電的基本原理有三點：第一點是高壓設備絕緣內部的放電在試驗回路中引起電荷的轉移，從而產生了電流脈沖；第二點就是電流脈沖流過檢測阻抗產生電壓脈沖；第三點就是將電壓脈沖經過適當帶寬的放大器放大以后，由儀器測量或者是顯示出來。脈沖直流電就是方波，而方波是一系列的正弦波的疊加，實際應用一般考慮的無非就是效率問題，而效率的關鍵就在于方波的頻率，如果頻率過低，只有上升和下降沿附近呈現明顯的交流特性，自然它的效率就會非常低，需要特別大的變壓器，這樣就會使成本高而效率低；頻率過高的話，則需要高頻器件，這對電路設計的要求也非常高，這樣的成本也會很高。

高頻電流法。高頻電流就是相對于工頻50HZ交流電而言的電流。要想獲得高頻電流，要先把交流電變成直流電，經過然后震蕩升壓，再經過震蕩變壓器生成高頻電壓，然后再經過負載，從而形成高頻電流。高頻電路的趨膚效應非常明顯，而且是頻率越高就越明顯，還會因為天線效應而產生輻射，所以在實際應用中我們常常用同軸電纜傳輸，而工頻會有比較大的電流，所以電流的熱效應會比較明顯，當然它的趨膚效應和天線效應也會有，只是沒有那么明顯罷了。

超聲波法。超聲波局部放電探測儀主要由兩部分構成，主要是接受換能器和分析顯示電路。需要注意的是，在使用超聲波法檢測局部放電的時候，它的監測頻帶一般要在20～230kHz之間。使用超聲波法進行局部放電的檢測有很多優點，它可以實現在線監測，非常有利于檢測工作的開展，同時，它非常便于進行空間定位，為工作的進行帶來了許多便利，而且，隨著我國科學技術的不斷發展，我國非常有希望實現利用超聲波法來進行模式識別以及定量分析。但是，由于一些不可抗力因素，使用超聲波法進行局部放電的檢測還存在一些問題，最主要的問題就是超聲波的傳播路徑問題、對聲信號的處理方法的問題以及局部放電產生超聲波機理的問題，這些問題都有待進一步研究。

化學檢測法。目前，絕大多數的變壓器的在線故障診斷中會廣泛應用化學檢測法。當絕緣體分解出化學物質時，可以通過化學檢測法檢驗其成分以及濃度來檢測是否有局部放電現象的發生。但是，由于其檢測的準確度相對于其他的檢測方法來說比較低，對局部放電的突發故障不能及時檢測到，所以實際上應用這種方法來檢測局部放電的現象比較少見。

射頻檢測法。說到射頻檢測法，就不得不提到數字化濾波技術。射頻檢測法是從變壓器的中性點處來測取信號。這種方法測量到的信號頻率非常高，甚至可以達到30MHZ，極大程度的提高了局部放電的測量頻率。而且，隨著我國的數字化濾波技術的發展，射頻檢測法在局部放電的監測工作中的應用也越來越廣泛，為其工作帶來了許多便利。

光測法。在變壓器的各種放電中，其所發出的光波的波長是不相同的。在對其進行完光電檢測后，我們可以通過檢測光電流的特性來檢測是否有局部放電的現象發生。近幾年來，隨著我國科學技術的發展，我國對光纖技術進行了深入的研究。而隨著光纖技術的發展，研究人員將光纖技術和聲測法結合了起來，提出了聲-光測法的概念。這一概念還沒有大規模的應用，相信隨著科學技術的不斷突破，這種方法會為局部放電的檢測做出更大的貢獻。

超高頻檢測法。由于我國電力方面的技術不斷發展，許多傳統的檢測方法顯露出了很多的弊端，這時候，就研究出了一種新的檢測方法——超高頻檢測方法。變壓器的局部放電會產生超高頻電信號，超高頻電信號一般是300～3000MHZ，它放出的超高頻電信號可以使我們對變壓器局部絕緣放電進行定位，從而對其進行進一步的檢測。使用超高頻檢測法有很多優點。比如使用超高頻檢測法比其他方法的靈敏度要高，因為變壓器局部放電的脈沖能量差不多是與頻帶寬成正比的。

對高壓電力電纜的研究在我國的電力事業中有著非常重要的意義，為了保證它的順利發展能夠為我國的電力事業帶來更大的貢獻，我國的研究人員還需對高壓電力電纜及接頭中局部放電進行進一步的研究，尤其是對超高頻技術的研究。

（作者單位：哈爾濱電力工程安裝公司電纜工程處）