電力電纜局部放電雙傳感器檢測技術

張培倫 陳胤

1. 國網(wǎng)無錫供電公司 江蘇 無錫 214000；2. 國網(wǎng)廈門供電公司 福建 廈門 361000

引言

在電力企業(yè)當中，電纜的絕緣故障問題通常發(fā)生在電纜附件上，隨著新型電纜在電力網(wǎng)絡當中的應用不斷變得廣泛，由于電纜絕緣故障問題而造成的電力事故也頻繁發(fā)生，并對電力網(wǎng)絡整體運行也會造成極大的負面影響。由于大部分電纜采用的是地下敷設的方式，因此對于其檢測以及對故障位置的定位都造成一定難度[1]。因此，如何能夠?qū)崿F(xiàn)對電纜故障的快速檢測，并確定故障的位置，是當前該領域研究人員重點關注的話題。在電纜出現(xiàn)故障問題時，通常會使得其內(nèi)部發(fā)生局部放電。同時，通過對電纜當中局部放電水平的測定，能夠進一步反映電纜在檢測過程中所處的絕緣狀況。而基于這一特點可實現(xiàn)對故障的快速判斷和定位[2]。基于此，本文開展電力電纜局部放電雙傳感器檢測技術研究。為了提高檢測的精度水平，引入了雙傳感器聯(lián)合的檢測技術。同時，為了確保電力電纜運行的穩(wěn)定，針對電纜在運行過程中的局部放電進行帶電檢測，不需要電纜停止運行便可以實現(xiàn)對其應用過程中的檢測[3]。當前在其他領域當中，雙傳感器也得到了廣泛的應用，通過兩個傳感器在應用中的優(yōu)勢互補，促進檢測的抗干擾能力提升，并進一步提升檢測效果，從而促進檢測技術的應用價值提升。

1 VHF傳感器與UHF傳感器選型設計

為了避免在電纜局部放電檢測過程中受周圍環(huán)境因素影響而造成最終檢測結果與實際不符的問題發(fā)生，本文嘗試引入雙傳感器思路，通過對兩種不同型號傳感器的應用，形成優(yōu)勢互補，并進一步促進檢測技術抗干擾能力的提升。分別選用一種基于電磁耦合法的VHF傳感器和一種基于特高頻的UHF傳感器，將兩種傳感器安裝在電纜結構上，對電纜運行過程中產(chǎn)生的局部放電脈沖電流信號及相關參數(shù)信息進行獲取。VHF傳感器可選用工作頻率在1～120MHz范圍內(nèi)，內(nèi)部放大器增益為35dB的傳感器[4]。為了確保檢測技術的抗干擾能力提升，針對VHF傳感器磁芯的選擇，選用具備耐磨、耐蝕的磁性材料。在VHF傳感器當中，利用兩個半環(huán)與金屬屏蔽盒進行連接，并以此形成一個閉環(huán)結構。金屬屏蔽盒的主要作用是抑制電纜所處環(huán)境中周圍干擾信號的影響，以此確保在后續(xù)對放電脈沖電流信號采集和定位檢測時不會受到干擾信號的影響。

針對UHF傳感器的選擇，應選用工作頻率在400～2000MHz范圍內(nèi)，放大器增益為45dB的傳感器。通常情況下，電纜所處的運行環(huán)境中，對檢測結果造成影響的干擾信號其頻率一般在100MHz～200MHz之間，而通過激勵處理的特高頻電磁信號其頻率通常超過1GHz。在對這一頻率下的信號進行獲取時不會直接將不符合1GHz以上范圍要求的信號去除，即可避免干擾信號的負面影響，因此能夠有效促進對放電檢測的靈敏度提升，從而更有利于本文檢測技術對電纜局部放電進行測定。

2 采集電纜局部放電脈沖電流信號

完成對雙傳感器的選型后，引進電磁耦合法，對電纜局部放電脈沖電流信號進行采集。在采集過程中，選用型號匹配的羅氏線圈，將其安裝并集成在電纜裝置屏蔽層中，為避免檢測過程中的觸電危險，需要將線圈進行接地處理，通過傳感器在兩端反饋的感應電流，實現(xiàn)對屏蔽結構局部放電電流的精準檢測。相比其他的檢測方法，電磁耦合檢測方法在實際應用中具有結構簡單、操作便捷等優(yōu)勢，同時，還可以較好地實現(xiàn)在檢測中對噪聲的抑制，通過此種方式實現(xiàn)對真實脈沖情況的精準表達與反饋描述。

在對羅氏線圈進行檢測時，應參照法拉第理論與感應定律，根據(jù)電路中的環(huán)路安培變化，進行當被測對象沿著線圈中心出現(xiàn)環(huán)繞現(xiàn)象時，在環(huán)組的周圍將產(chǎn)生一定的磁場，磁場會隨著線圈的纏繞變化而發(fā)生變化，當纏繞的線圈值為固定值時，可以將此時的電流互感系數(shù)在輸出時為一個定值數(shù)據(jù)[5]。當滿足上述條件下，終端輸出的脈沖電流信號中，電流與電壓將基于微分層面呈現(xiàn)正比例關系，因此，此時只需要在線圈的引線位置，安裝或集成一個積分器，使用積分器進行監(jiān)測信息的反饋，即可實現(xiàn)對電纜裝置局部放電脈沖檢測電流信號的主動獲取。

3 基于雙傳感器的電纜局部放電聯(lián)合定位檢測

完成上述研究后，引進雙傳感器技術，進行電纜局部放電現(xiàn)象的聯(lián)合定位檢測設計。在進行此項設計時，應先在檢測現(xiàn)場對XLPE電纜裝置的接頭位置與終端位置，進行局部放電特性的測量，但此種較為單一的測量方法會導致檢測結果信號中存在大量冗余值，即檢測結果極易受到外部環(huán)境的干擾出現(xiàn)異常。因此，此種檢測方式具有一定的局限性，為解決此種檢測方法存在的不足，本章將采用超聲波發(fā)射法、高頻電流頻次法，對局部放電情況進行聯(lián)合定位，以此種方式，保證檢測結果具有高精度優(yōu)勢[6]。通過雙傳感器聯(lián)合檢測，不僅可以在檢測中對局部信號與外部信號的精準識別，也可以有效篩查在信號中的干擾值，保證定位的成功率。但在檢測過程中，考慮到XLPE電纜裝置中存在較多的附屬構件，包括電氣構件與機械構件等，因此，可以直接將VHF傳感器套接在電纜接頭位置，將另一UHF傳感器套接在電纜裝置的中間位置，通過此種方式，保證電纜本體結構的接地，或本體結構與附件結構呈現(xiàn)鄰近狀態(tài)。同時，將檢測中所需的超聲波發(fā)射裝置與外置傳感裝置集成在電纜附近位置，按照此種方式，布置如下圖1所示的局部放電檢測環(huán)境。

圖1 基于雙傳感器的局部放電檢測定位結構示意圖

上述圖1中：1表示為前端反饋的超聲波信號；2表示為超聲波信號傳感器；3表示為高頻率電磁波；4表示為電磁波傳感器；5表示為電纜裝置接頭；6表示為局部放電電源；7表示為電流傳感器；8表示為接地電線；9表示為電纜裝置本體結構。

在檢測過程中，采用巡回檢測的方式，對電纜裝置本體結構與附件結構進行巡回檢測，通過此種初步檢測的方式，可以識別并判斷放電源的大致位置。在掌握放電源的基本位置后，對存疑的電纜構件上，按照上述步驟安裝VHF傳感器與UHF傳感器，根據(jù)傳感器反饋電流的方向，進行局部放電方向的識別與判斷。為保證檢測結果的高精度，可在完成放電定位后，使用XLPE電纜裝置構件進行異常點的反推理。通過此種方式，實現(xiàn)對局部放電的聯(lián)合定位檢測，實現(xiàn)對檢測技術的規(guī)范化設計。

4 實例應用分析

為了驗證本文上述提出的檢測技術在實際應用中的有效性，選擇以電力企業(yè)當前常用的電纜試樣作為研究對象，針對該電纜試樣進行局部放電檢測。已知選擇的電纜試樣電壓等級為6.8/20kV，電纜線的橫截面面積為25mm2 ，電纜的總長度為150m。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電纜的局部放電并且不會對電纜本身運行造成影響，選擇通過人為的方式在電纜試樣上安裝一個脈沖發(fā)生裝置，利用該裝置實現(xiàn)對局部放電信號的發(fā)射。在與電纜距離較遠的一端設置開路，將電纜外的屏蔽層進行接地處理，在近端安裝本文上述選擇雙傳感器，利用其完成對局部放電信號的采集。首先對本文檢測技術在應用中對電纜試樣在出現(xiàn)故障時局部放電源方向判斷正確性進行檢驗，通過人為方式對脈沖發(fā)生器裝置參數(shù)進行調(diào)整，并記錄設定的放電源方向，將實際方向與本文檢測技術的檢測結果判定方向進行對比，得到如表1所示的結果。

表1 本文檢測技術實例應用方向判斷結果記錄

從表1中得到的實驗結果可以看出，本文檢測技術得出的結果與實際局放源方向完全一致，說明本文提出的檢測技術在實際應用中能夠?qū)崿F(xiàn)對電纜局放電源方向的正確判斷，初步驗證檢測技術的應用可靠性。再對電纜異常時的局部放電位置定位精度進行判斷，人為通過脈沖發(fā)生器裝置在特定距離上發(fā)出放電信號，利用本文檢測技術對放電位置進行定位，并得到如表2所示結果。

表2 本文檢測技術實例應用定位結果記錄

表2中的實際距離為異常放電信號距離近端距離，從表2中得出的結果可以看出，本文提出的檢測技術在實際應用中對五個電纜試樣的局部放電位置定位時，其定位誤差均小于0.05m，符合電纜局部放電定位精度要求。因此通過這一實驗結果進一步證明本文提出的檢測技術在實際應用中具備更高的檢測精度。

5 結束語

通過本文上述論述，在應用VHF傳感器與UHF傳感器后，提出了一種基于雙傳感器的電力電纜局部放電檢測技術，并結合實例應用的方式驗證了該技術的實際應用可靠性和精度。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，通過雙傳感器的應用促進了檢測技術的抗干擾能力提升，在實現(xiàn)對外界干擾因素的抑制下，促進了檢測結果的實際應用價值提升，同時也使得檢測技術變得更加安全和靈活，具有極高的應用適應性。