高壓電纜局部放電智能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

梁瑩 張風(fēng)平 張公楨

摘 ?要：本文介紹了一種高壓電纜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析了電纜頭局部放電的產(chǎn)生機(jī)理，并對(duì)信號(hào)采集裝置測(cè)量原理及數(shù)據(jù)傳輸原理進(jìn)行分析。重點(diǎn)介紹了局部放電智能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理和組成及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，通過(guò)運(yùn)用該系統(tǒng)對(duì)110KV變電站電纜終端接頭進(jìn)行加裝高壓電纜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)效果良好。

關(guān)鍵詞：變電站;局部放電;脈沖電流法;在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

引言

隨著我國(guó)電力事業(yè)不斷發(fā)展，裝機(jī)容量大幅度增加，尤其是城區(qū)電纜入地工程的開(kāi)展，交聯(lián)聚乙烯電纜在電網(wǎng)建設(shè)與電網(wǎng)改造中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。電纜及接頭因?yàn)槭┕すに噯?wèn)題，或達(dá)到一定年限以后，常常會(huì)發(fā)生絕緣被擊穿而造成事故。因?yàn)殡妷焊摺⑷萘看螅看问鹿识伎赡茉斐芍卮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。為確保輸電網(wǎng)絡(luò)的安全，對(duì)XLPE電纜的檢測(cè)技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家的注意，對(duì)XLPE電纜進(jìn)行局部放電的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是目前公認(rèn)的有效預(yù)防電纜故障的方法。

1電纜局部放電產(chǎn)生機(jī)理

局部放電一直是電纜絕緣非破壞性電氣檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目。從50年代后期開(kāi)始，世界各國(guó)專(zhuān)業(yè)人士紛紛致力于高靈敏度的局部放電檢測(cè)儀器的開(kāi)發(fā)來(lái)對(duì)高壓電纜絕緣進(jìn)行局部放電的檢測(cè)。在以后的發(fā)展中，主要是圍繞局部放電測(cè)量中的抗干擾問(wèn)題和局部放電點(diǎn)的定位兩個(gè)方面展開(kāi)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)的脈沖電流法的基礎(chǔ)上發(fā)展了基于寬頻帶檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理方法進(jìn)行抗干擾、定位和譜圖分析的計(jì)算機(jī)輔助的局部放電測(cè)量技術(shù)，大大推動(dòng)了電纜局部放電測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。

局放研究是通過(guò)傳感器耦合電纜接地線(xiàn)的信號(hào)，對(duì)電纜的局部放電進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，將其采集到的局部放電參量傳送到監(jiān)測(cè)中心，對(duì)電纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析評(píng)估，實(shí)現(xiàn)電纜運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于交聯(lián)聚乙烯電纜在永久性主絕緣故障發(fā)生以前，會(huì)在故障點(diǎn)產(chǎn)生大量的局放信號(hào)，如能盡早監(jiān)測(cè)到主絕緣自恢復(fù)故障及其位置，即可達(dá)到高壓電纜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警的目的，從而為電力部門(mén)有效的預(yù)防事故災(zāi)害的發(fā)生提供有力的的保障。

本文旨在通過(guò)研究高壓電纜局放監(jiān)測(cè)抗干擾、定位和譜圖分析等計(jì)算機(jī)輔助的局部放電測(cè)量技術(shù)對(duì)110kv變電站的監(jiān)測(cè)效果，實(shí)現(xiàn)高壓電纜接頭局放監(jiān)測(cè)、預(yù)警及故障定位功能，為110kv變電站電纜絕緣狀態(tài)評(píng)估及故障診斷提供依據(jù)。

2.高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)基本原理

2.1羅氏線(xiàn)圈基本知識(shí)

羅格夫斯基線(xiàn)圈（Rogowski coils），簡(jiǎn)稱(chēng)羅氏線(xiàn)圈，又被稱(chēng)為磁位計(jì)，最早被用于磁路的測(cè)量。一般情況下羅氏線(xiàn)圈為圓形或矩形，線(xiàn)圈骨架可以選擇空心或磁性骨架，導(dǎo)線(xiàn)均勻繞制在骨架上。

羅氏線(xiàn)圈的原邊為流過(guò)被測(cè)電流的導(dǎo)體，副邊為多匝線(xiàn)圈。當(dāng)有交變的電流流過(guò)穿過(guò)線(xiàn)圈中心的導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。副邊線(xiàn)圈與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁通相交鏈，整個(gè)羅氏線(xiàn)圈副邊產(chǎn)生的磁鏈正比于導(dǎo)體中流過(guò)的電流大小。變化的磁鏈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，且電動(dòng)勢(shì)的大小與磁鏈的變化率成正比。令流過(guò)導(dǎo)體的電流為 ，線(xiàn)圈副邊感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為 ，基于安培環(huán)路定律和法拉第電磁感應(yīng)定律，可由Maxwell方程解得：

根據(jù)羅氏線(xiàn)圈負(fù)載的不同，線(xiàn)圈可分為外積分式和自積分式。外積分式羅氏線(xiàn)圈又稱(chēng)作窄帶型電流傳感器，具有較好的抗干擾能力。當(dāng)采用外積分式羅氏線(xiàn)圈時(shí)，為得到電流 的波形，線(xiàn)圈的輸出通常需要經(jīng)過(guò)無(wú)源RC外積分電路、由運(yùn)放構(gòu)成的有源外積分電路，以及數(shù)自積分電路等負(fù)載。外積分式羅氏線(xiàn)圈受積分電路頻率性能影響較大，測(cè)量頻率上限受到限制，一般用于測(cè)量兆赫茲以下的中低頻率電流。自積分式羅氏線(xiàn)圈又稱(chēng)作寬帶型電流傳感器，具有相對(duì)較寬的檢測(cè)頻帶。由于其直接采用積分電阻，因此頻率響應(yīng)較快，適用于測(cè)量上升時(shí)間較短的脈沖電流信號(hào)。

2.2 高頻局部放電檢測(cè)基本原理

用于局部放電檢測(cè)的羅氏線(xiàn)圈稱(chēng)為高頻電流傳感器，其有效的頻率檢測(cè)范圍一般為3MHz～30MHz。由于所測(cè)量的局部放電信號(hào)是微小的高頻電流信號(hào)，傳感器需要在較寬的頻帶內(nèi)有較高的靈敏度。因此HFCT選用高磁導(dǎo)率的磁芯作為線(xiàn)圈骨架，并通常采用自積分式線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)。使用HFCT進(jìn)行局部放電檢測(cè)的等效電路圖如圖2-2所示。其中 為被測(cè)導(dǎo)體中流過(guò)的局部放電脈沖電流，M為被測(cè)導(dǎo)體與HFCT線(xiàn)圈之間的互感，Ls為線(xiàn)圈的自感，Rs為線(xiàn)圈的等效電阻，Cs為線(xiàn)圈的等效雜散電容，R為負(fù)載積分電阻，uo（t）為HFCT傳感器的輸出電壓信號(hào)。

在實(shí)際使用中，一般希望HFCT有盡可能高的靈敏度，并且在較寬的頻帶范圍內(nèi)有平滑的幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)。同時(shí)要求HFCT有較強(qiáng)的抗工頻的磁飽和能力，這是因?yàn)閷?shí)際檢測(cè)時(shí)不可避免有工頻電流流過(guò)，而此時(shí)不應(yīng)因磁芯飽和而影響檢測(cè)結(jié)果。

3.變電站電纜接頭局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

●實(shí)時(shí)顯示設(shè)備局放數(shù)據(jù)，通過(guò)表格顯示設(shè)備安裝所在接頭的幅值、頻次、放電總能量的數(shù)據(jù);

●以曲線(xiàn)圖的形式顯示幅值和頻次。

如圖4-2和圖4-3所示，分別為彭煉1113線(xiàn)數(shù)據(jù)采集界面和彭煉1114線(xiàn)數(shù)據(jù)采集界面。

4.變電站電纜接頭局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試評(píng)估

本次安裝高壓電纜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電力電纜已安裝位置處可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)分析所測(cè)幅值、頻次、放電總能量三組數(shù)據(jù)情況，可以排除其是否存在安全隱患。通過(guò)本次研究，可以降低相關(guān)電力事故發(fā)生的頻率，盡可能避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

5.總結(jié)

電力工業(yè)不僅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是重要的公共事業(yè)，變電站在整個(gè)工業(yè)鏈中擔(dān)任著不可或缺的重要角色。就電力安全問(wèn)題，我們以后將加強(qiáng)相關(guān)制度管理，加強(qiáng)人員安全意識(shí)培養(yǎng)，排查可見(jiàn)性問(wèn)題。

通過(guò)電纜接頭處安裝一個(gè)HFCT脈沖電流傳感器，對(duì)110kV變電站電力隱患進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以證明電纜局放檢測(cè)設(shè)備對(duì)于變電站的實(shí)用性，為以后相應(yīng)設(shè)備的針對(duì)性安裝提供依據(jù)。