电缆局部放电检测

电缆局部放电检测（精选10篇）

电缆局部放电检测 篇1

摘要：为了提取局部放电信号特征, 将集合经验模态分解方法用于交联电缆局部放电信号分析中, 提出了一种用于处理局部放电数据的自适应阈值算法。首先利用集合经验模态分解方法将含有噪声的局部放电信号分解成一些相互独立的模态函数分量, 然后对所得的模态函数分量进行自适应阈值处理与重构, 从而抑制噪声干扰。该算法克服了经验模态分解方法易产生的模态混叠问题, 仿真和实测数据验证了其正确性及可行性。

关键词：交联电缆,局部放电,放电检测,集合经验模态分解,自适应阈值

0 引言

交联聚乙烯 (XLPE) 电缆具有容易敷设、耐高温和绝缘性能优良等特点, 被广泛地应用于配电网中, 逐步取代油纸绝缘电缆和架空输电线路。与此同时, 由于XLPE电缆及电缆接头绝缘损坏等问题引起的电力故障事故也不断增加, 而电缆绝缘事故很多都是由微小的局部放电 (Partial Discharge, PD) 引起的。因此, 局部放电检测是评估电缆绝缘劣化状态的重要手段之一, 对提高电力系统安全性和经济性具有重要意义[1]。

由于局部放电信号非常微弱, 而现场监测过程中存在大量的干扰信号, 在时域上经常将局部放电信号淹没, 因此, 从噪声中将局部放电信号正确地提取出来, 是提高局部放电在线监测灵敏度的一个关键技术问题。目前, 抑制干扰信号的主要方法有FFT滤波、自适应滤波、小波变换、经验模态分解 (Empirical Mode Decomposition, EMD) 等[2,3]。小波变换良好的时频分析能力使其在抑制随机噪声干扰方面具有一定的优势, 但在实际应用中存在小波基和小波系数选取的难题。经验模态分解方法是一种分析非线性、非平稳信号的新方法, 能有效地抑制局部放电信号中的噪声干扰[4]。然而, 该方法在分解含突变信号的平稳信号时会产生模态混叠现象, 即在干扰信号的频率与局部放电信号频率接近时容易产生模态混叠, 无法抑制噪声干扰。

针对模态混叠问题, 参考文献[5]提出了添加白噪声辅助分析的方法, 即集合经验模态分解 (Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD) 方法。EEMD自适应将含噪的局部放电信号分解成不同时间尺度的模态函数分量, 然后对其分量进行自适应阈值处理与重构, 从而抑制噪声干扰。基于上述理论, 本文提出了一种用于处理局部放电数据的自适应阈值算法, 并将其用于交联电缆局部放电信号分析中, 仿真信号和实测数据验证了该算法的正确性及可行性。

1 EEMD原理

1.1 EMD原理

EMD将信号分解成一系列的固有模态函数 (Intrinsic Mode Function, IMF) 分量, 当信号不满足IMF条件[5]时进行迭代分解, 其步骤如下:

(1) 求取信号s (t) 的所有局部极大值和局部极小值, 用插值函数求取其上下包络线。设上下包络线均值为m1, s (t) 与m1的差值为h1, 则

(2) 若h1满足IMF条件, 则h1为信号的第1个IMF, 记为c1;若不满足则将h1作为新的s (t) 代入式 (1) , 重复步骤 (1) 。

(3) 将c1从s (t) 中分离出来得到第1个余量r1:

将r1作为原始信号, 重复步骤 (1) , (2) , 依次得到s (t) 的第2个IMF分量c2, 第3个IMF分量c3, 直到第n个分量rn为单调函数, 则信号s (t) 可表示为

式中:rn为残余分量, 代表信号的平均趋势;ci为原始信号的一系列频率成分, 能够表征原始信号。

筛分停止准则[6]如下:

(1) 设上下包络线分别为u (t) 和v (t) , e1 (t) =[u (t) +v (t) ]/2, e2 (t) =[u (t) -v (t) ]/2, σ (t) =e1 (t) /e2 (t) , 则要求满足σ (t) <θ1的时间与全部持续时间之比至少为1-α, 即

式中:D为信号持续范围;#{}为集合中元素的个数。

根据经验, 设θ1=0.05, α=0.05。

(2) 在σ (t) <θ2的任意时刻, 其中θ2=10θ1。

1.2 EEMD原理

EEMD在EMD基础上改进, 在原始信号中加入白噪声, 利用白噪声具有频率均匀分布的统计特性来消除模态混叠效应, 同时不依赖基函数而依靠信号本身特征进行自适应分解, 其算法步骤如下: (1) 给原始信号s (t) 添加一组白噪声得到信号x (t) , 白噪声满足 (0, (ασ) 2) 正态分布, α为噪声强度参数, 其中σ为信号的标准差。 (2) 对x (t) 进行EMD分解, 得到IMFs。 (3) 重复以上2步, 每次添加的噪声强度相同, 分解后得到各自的IMF分量组。 (4) 相应IMF的均值为分解的最终结果。

2 自适应阈值去噪算法

理论上EEMD分解得到的IMFs噪声已相互抵消, 其中EEMD分解得到的前几层IMFs含噪声能量大, 通常直接将这几个IMFs滤除;中间的IMFs中所含噪声能量依次降低, 包含有用信号和噪声, 此时需要对这些IMFs进行阈值去噪处理;最后的IMFs不含噪声, 可直接保留。故只需对中间部分IMFs进行阈值消噪处理。信号重构后的信号表达式为

从第m1个到第m2个分量中的白噪声能量估计式为

式中:p和β是与筛选循环次数有关的参数, 分别为2.0 1 和0.719[7]。

对第m1个到第m2个分量中的白噪声进行自适应阈值去噪, 阈值表达式为[8]

式中:C为阈值系数;σi为第i个分量所含噪声标准差;N为信号长度。

σi可以通过式 (8) 进行估计[9], 其中第m1层所含噪声标准差为

式中:median表示计算分量中值。

由于从第m1个到第m2个分量中所含噪声能量逐渐减少, 相应地各层阈值系数C也应逐渐减小, 本文设后一层阈值系数为前一层阈值系数的1/2:

由式 (6) —式 (9) 可得每个IMF的阈值表达式为

自适应阈值去噪算法步骤: (1) 对含噪信号x (t) 进行EEMD分解, 得到IMFs。 (2) 选择合适的m1, m2, 根据式 (8) —式 (10) 对从第m1层到第m2层的IMFs进行能量估计和阈值计算。 (3) 对各分量进行阈值去噪后重构, 得到去噪后的信号。

3 仿真与实验验证

3.1 仿真分析

为了对自适应阈值去噪算法进行分析验证, 采用单指数衰减和双指数振荡衰减函数来模拟交联电缆局部放电信号, 分别为

式中:A为信号幅值, A1=50 mV, A2=150 mV;τ为衰减系数;fc为振荡频率。

fc取1 MHz和2 MHz, τ取1μs和2μs, 2个函数共组成8组局部放电信号, 采样频率为10 MHz。

式 (11) 、式 (12) 所模拟的局部放电信号如图1所示, 叠加幅值为10 mV、频率为500kHz的窄带干扰后的局部放电信号, 如图2所示。对图2所示信号进行EEMD分解, 结果如图3所示。由图3可知, IMF1主要是白噪声, 同时含有局部放电信号中的高频部分, IMF2包括白噪声和局部放电信号中的低频部分, IMF3—IMF5是窄带干扰成分。根据时空滤波理论将IMF1, IMF2进行重构后得到滤除窄带信号的分量, 如图4 (a) 所示。由自适应阈值算法计算得到IMF1和IMF2的阈值分别为3.932 6, 3.273 8, 分别进行阈值处理、重构, 结果如图4 (b) 所示, 可以看到噪声被基本滤除。

3.2 实验验证

为进一步验证自适应阈值去噪算法的有效性, 模拟交联电缆的沿面放电, 搭建了10kV电压等级的XLPE电缆局部放电实验装置, 使用罗氏线圈测量局部放电产生的电脉冲, 如图5、图6所示。采集含有噪声的沿面局部放电信号, 如图7所示。EEMD分解结果如图8所示, 从图8可见, 局部放电信号主要分布于IMF1, IMF2和IMF4。根据时空滤波理论重构后的结果如图9所示, 从图9可见, 滤除了大部分干扰信号。计算出阈值后进行阈值处理, 得到滤除噪声的局部放电信号, 如图10所示, 从图10可见, 噪声被基本滤除, 较准确地提取了局部放电信号。

4 结语

将EEMD理论应用于交联电缆局部放电信号分解中, 基于IMF的能量分布规律, 引入自适应阈值去噪算法提取局部放电信号。仿真和实验结果表明, 该方法能有效地抑制干扰信号, 完全基于信号局部特征进行自适应处理, 与小波去噪方法相比, 更利于满足局部放电在线检测的需要。

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电缆局部放电检测 篇2

关键词：交联聚乙烯电力电缆；电树枝化试验；局部放电特征

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0081-02

电树枝化是交联聚乙烯电力电缆绝缘效果劣化的根本原因，也是交联聚乙烯电力电缆从绝缘缺陷过渡到绝缘故障的一个中间状态。所以对交联聚乙烯电力电缆在使用过程中的电树枝化进行有效的管理，对提高交联聚乙烯电力电缆的使用寿命具有重要的意义。局部放电是和电树枝化过程密切相关的，通过局部放电特征的分析可以有效的对交联聚乙烯电力电缆的电树枝进行诊断。本文通过电树枝化的实验，分析了不同电压、不同温度对交联聚乙烯电力电缆电树枝化的影响，同时对不同状态下电树枝化的局部放电特征进行了分析。

1 交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验

1.1 试验品的选择

实验品选择的型号是YJV22-3×95的8.7/15 kV的XLPE电缆，从去除铠甲之后的三相15 kVXLPE电缆中选取一段0.9 m的实验电缆，将电缆的两头进行切削露出25 mm的线芯，然后除去19 cm的半导体遮蔽层，将电缆外层的铜带揭开，取一根长2.8 mm、曲率半径是5 mm的不锈钢钢针沿着电缆向内插入2.5 mm，然后将电缆外面的铜带重新遮盖好，用AB胶将铜带的缝隙进行涂抹，保证密封。处理好之后的实验品的各个参数值如下：电缆线芯的直径是11.5 mm，内、外半导体遮蔽层的厚度分别是0.5 mm和0.55 mm，绝缘层的厚度是4.8 mm，铜针针尖和内半导体遮蔽层之间的距离是2.8 mm。

在实验的过程中，为了防止电缆的两端出线放电的情况，本实验对电缆的两头进行了均压处理，在处理时使用的是一套充油的电极系统。结构如图1所示。

1.2 试验线路的设计

实验在检测局部放电的过程中使用的是数字化的监测方法，由调压器、保护电阻、变压器、耦合电容共同组成一个50 kV/50 kVA的无晕局部放电电源系统，传感器使用的是铁氧体罗戈夫斯基线圈，PD信号通过10～100倍的程控进行放大，经过100 kHz的高通滤波之后，使用示波器对实验结果进行观测和存储。

1.3 实验过程

将XLPE电缆分为七种样品，在正常的温度下对样品a、b、c、d加压，加压的速度为1 kV/S，当a样品的压力为12 kV、b样品的压力为15 kV、c样品的压力为18 kV、d样品的压力为21 kV时加压结束。对e样品在50 ℃的温度下进行加压，当压力到15 kV时结束，对f样品在70 ℃的温度下进行加压，当压力到15 kV时结束，对g样品在90 ℃的温度下进行加压，当压力到15 kV时结束。在加压结束之后，将电缆切成1～3 mm厚的切片进行观测，观测的仪器使用带摄像功能的显微镜，对观测的数据进行存储和分析。不同温度和压力下的电树枝生长情况数据表见表1，实验结果如图2所示。

2 交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验分析

通过对上面的表格和图片进行分析，可以得出下面的结论。

2.1 电树枝的形成受到电压的影响

通过分析上面表格中的数据可以得知，a、b、c、d四个样本在同一个温度下，施加的电压越强，电树枝的形成时间就越长。通过观察a、b、c、d四个样本的电树枝图片可以得知，电压越强，电树枝的根系也就越发达，说明电树枝化的程度会随着电压的增强越来越严重。

2.2 电树枝的形成受到温度的影响

通过分析上面表格中的数据得知，e、f、g三个样本在同一个强度的电压下，温度越高，电树枝的生长时间就越短。通过观察e、f、g三个样本的电树枝图片可以得知，温度越强，电树枝的根系密度越小，说明电树枝化的程度会随着温度的升高而减小。

3 交联聚乙烯电力电缆电树枝化局部放电特征分析

不同样品的放电特征图如图3（a）～（f）所示。

通过分析可以得知，a样品和d样品的局部放电形状接近三角形，c样品的局部放电形状接近翼形气孔型，b样品、e样品和f样品的局部放电形状在翼形与气孔型之间。从整体上来看，电缆的树枝形态对局部放电图谱的影响不是很大，放电相位在-30～80 ℃和150～260 ℃左右比较集中，在90 ℃和270 ℃左右发生的是局部放电，在0 ℃和180 ℃左右发生的局部放电脉冲的极性相同。

通过上述分析可以得出如下结论：影响电树枝内部局部放电的因素是外加电场与电树枝周围的空间电荷形成的复合电场，并且最大的放电量相位和平均放电量相位随着电树枝的发展逐渐减小。

4 实验结论

本文将XLPE电缆分为了七个试验样本，对其中的四个试验样本在同一个温度下进行了升压试验，对其中的三个试验样本在同一个电压下进行了升温试验，通过试验数据和试验图片的分析得出了如下结论：

①在常温和相同的温度下，随着电压的增加，电树枝的形成时间会变长，电树枝的密度也会增加，形状逐渐由树枝状变成丛状；在一定的压力条件下，随着温度的增加，电树枝的形成时间会缩短，电树枝的形状先密后疏，但是当温度在90 ℃时，温度的变化对电树枝形状的影响最小。

②电缆在实际的使用过程中受到温度和压力的影响与实验结果的趋势相同，但是电树枝的实际形成过程和实验结果有一定的差异。

③电缆在电树枝形成过程中的局部放电特征是：局部放电图谱整体上都呈现为翼形或者是翼形气孔型，放电时的温度主要在-30～80 ℃、150～260 ℃左右，并且在0 ℃和180 ℃左右的局部放电的极性相同。最大的放电量相位和平均放电量相位随着电树枝的发展逐渐减小。

5 结 语

本文通过对交联聚乙烯电力电缆的电树枝化进行试验，通过对实验结果的分析得出了电树枝化形成的规律和树枝化过程中局部放电特征的相关结论，对采取交联聚乙烯电力电缆预防树枝化措施具有重要的意义。

参考文献：

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[3] 阎孟昆，徐明忠，苗付贵，等.硫化工艺对抗水树交联聚乙烯绝缘电力电缆工频击穿性能的影响[J].高电压技术，2012，（9）.

电缆局部放电检测 篇3

高压电缆接头局部放电检测方法主要有电测法和非电测法两大类。常用的电测法有电容传感器法、特高频法以及高频电流法等[3]。其中, 高频电流法采用罗氏线圈作为微电流传感器, 传感器可以方便地安装在电缆接头的接地线上, 测量回路与高压端无直接电气连接, 具有抗干扰性强、操作方便安全等优点[4]。在非电测法中, 应用广泛的是超声波法。超声波法作为一种非侵入式现场检测方法, 受外部噪声影响较小, 被广泛应用于电力变压器、GIS的局部放电检测。

1 罗氏线圈微电流传感器

本文所采用的微电流传感器是一种带有高频铁芯的自积分罗氏线圈电流传感器, 其等效电路如图1所示。

其中:M为线圈互感;CS为线圈杂散电容;LS、RS为线圈自感和等效电阻;R为自积分电阻。R和LS形成自积分电路。对等效电路进行分析, 得到线圈灵敏度G (s) 为:

其中:N为线圈匝数。传感器的频率下限fL、频率上限fH和工作频带f B分别为:

由式 (1) - (4) 可知, 传感器灵敏度以及工作频带主要由线圈自感LS、积分电阻R以及线圈匝数N共同决定, 而线圈自感的大小则主要取决于传感器的铁芯材料以及磁导率。根据以上几种参数的不同, 设计制作了6种不同参数的传感器, 参数如表1所示。

通过测试得到各线圈的幅频特性曲线如图2、3所示。

由图2可知, Mn-Zn铁氧体在频率为0.5MHz左右时已有较好的灵敏度, 而Ni-Zn铁氧体在2MHz以上才达到最大灵敏度, 并且随着铁氧体磁导率的减小, 下限频率不断升高。XLPE电缆局部放电频率主要集中在100MHz以内, 而噪声干扰多集中在1MHz以下[5]。因此选用Ni-Zn铁氧体能有效避开噪声干扰。由图3可知, 当积分电阻R增大时, 虽然传感器的灵敏度有所提高, 但是其工作频带将明显减小, 而增大线圈匝数N会导致传感器灵敏度下降, 因此本文最终选择磁导率为200的镍锌铁氧体作为磁芯, 线圈匝数为10匝, 积分电阻为1kΩ。

其中:R为限流电阻;CK为耦合电容;Zm为检测阻抗;L为电流传感器。

2 实验及结果分析

2.1 放电模型及实验接线

针对XLPE电缆接头局部放电的特点, 设计了3种典型的放电模型:针板放电、悬浮放电和沿面放电, 相关结构如图4所示。

在实验室条件下, 利用电流传感器对局部放电进行检测, 实验接线如图5所示。

2.2 实验结果及分析

(1) 针板放电

实验电压为4k V, 放电量约为25p C, 结果如图6所示。由图6中可看出放电集中在负半周电压峰值处, 正半周几乎没有放电现象。

(2) 悬浮放电

实验结果如图7所示, 可以看出悬浮放电的放电量较其他放电模型大得多, 约为1000p C, 在正负半周均有发生并集中在峰值附近。

(3) 沿面放电

实验结果如图8所示, 放电量约为150p C, 可以看出放电在正负半周均有发生, 并集中在上升沿阶段。

3 局部放电检测系统研制

如图9所示为电缆局部放电检测系统原理结构图。该系统通过宽频带电流传感器检测高压电缆接地线中的局部放电电流, 由于线圈输出信号频率较高, 因此需要配套相应的检波放大电路, 以降低对数据采集卡采样速率的要求。对于系统软件的设计, 基于LabVIEW平台, 开发相应的检测软件, 实现了局部放电信号的采集、显示、分析、保存等功能。

4 结论

(1) 本文所研制的宽频带电流传感器具有操作安全方便、灵敏度高、测量频带宽、抗干扰能力强等优点, 可以实现对局部放电的准确检测。

(2) 3种典型放电模型的实验结果表明, 采用宽频带电流传感器可以有效提取局部放电信号, 实现XLPE电缆接头局部放电的带电电检检测测。。

摘要：开发了一套基于罗氏线圈电流传感器的高压电缆接头局部放电带电检测系统。首先实验研究了罗氏线圈电流传感器铁芯材料、磁导率、积分电阻以及线圈匝数对其幅频特性的影响, 然后利用该传感器对三种典型的局部放电模型进行了检测, 验证了其有效性, 最后开发了相应的数据采集及软件系统, 实现了高压电缆接头局部放电的带电检测。

关键词：电缆接头,局部放电,Rogowski线圈,带电检测

参考文献

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电缆局部放电检测 篇4

关键词：10kV配网开关柜；局部放电；带电危害；检测技术；防范措施

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）26-0065-02

10kV配网的运行安全与稳定在很大程度上取决于10kV配网开关柜工作运行状态，基于10kV配网开关柜在配网系统中的重要性，相关工作人员应对10kV配网开关柜运行引起足够的重视，并对其运行状态进行全面把控。局部放电是10kV配电开关柜在运行中的常见问题，威胁着10kV配网整体运行安全，因此对其进行局部放电带电检测势在必行，是提升10kV配网安全性能的必要

途径。

1 10kV配网开关柜局部放电带电现象的危害性分析

1.1 开关柜设备被击穿的危害性

在10kV配网及开关柜设备运行过程中可能会出现击穿以及绝缘放电现象，而该现象发生后易产生较强腐蚀性，进而对开关柜设备造成局部损伤或者腐蚀，增强开关柜设备绝缘体的导电性，从而造成10kV配网开关柜设备被击穿的状况，影响整个10kV配网的运行安全。

1.2 开关柜局部被击穿的危害性

在10kV配网运行中，开关柜局部放电会引发放电处绝缘体被击穿。开关柜绝缘体局部被击穿不仅会危害开关柜的结构与功能，同时还对10kV配网的整体运行造成一定威胁。

1.3 开关柜绝缘系统被击穿的危害性

10kV配网开关柜局部被击穿，若不及时加以检修，长此以往将会在10kV开关柜的放电点以及放电部位形成积累效应，导致开关柜绝缘系统出现崩溃现象，严重的话会造成开关柜绝缘系统彻底被击穿，从而影响10kV配网运行的安全性与稳定性。

2 开关柜局部放电带电检测技术在10kV配网中的应用

上文详细阐述了10kV配网开关柜局部放电带电产生的危害性，为了保障10kV配网开关柜以及整个配网系统的运行安全，需要采取一定的技术与防范措施，先进的开关柜局部放电带电检测技术是解决10kV配网开关柜局部放电带电问题的重要手段，以下是对检测技术的具体分析：

2.1 高压开关柜检测技术要求

在开关柜局部放电带电检测过程中，首先就检测设备而言，检测设备各项参数的设置方式应尽量快捷简单，同时要具备校对检验功能，这样可以使相关工作人员快速确定开关柜设备是否能够正常工作运行。另外检测设备的主机与检测探头两者之间的传输线应为同轴屏蔽结构，两者阻抗要能够相互适应。其次在开关柜检测过程中要保证检测探头的传感能力，使其能够准确反映开关柜设备局部放电的情况。

2.2 10kV配网开关柜检测技术方法

在10kV配网开关柜局部放电带电检测中常用的检测方法有两种，分别是超声检测方法和TEV检测法。超声检测法主要是针对10kV配网开关柜运行过程进行超声波检测，若开关柜局部存在放电情况，那么将会在超声波频谱中显示出来，开关柜局部放电越强烈，超声波所产生的强度也会随之增加，通过对超声波的频率及强度检测可以计算出开关柜局部放电的实际电量。TEV检测法，该方法在开关柜使用之初无法对开关柜的放电量进行计算，当开关柜局部出现放电情况时，开关柜的垫圈连接处、绝缘部件以及电缆绝缘终端等多个部位将会出现绝缘破坏的情况。同时这些被释放的电磁波在释放过程中会产生一个暂态电压，此时暂态电压会通过开关柜的金属箱体表面进行接地操作。利用TEV检测法，再辅之以电容耦合式传感器则可以检测到TEV信号，从而获取准确的开关柜放电脉冲频率以及放电幅值。

2.3 不同环境下10kV配网开关柜的放电带电检测操作

在污秽环境下10kV配网开关柜设备的电阻值会有所增加，在开关柜局部放电带电检测中若运用TEV检测法，那么会导致推算值偏小的情况，同时还有可能检测不到，因此针对这种环境应优选使用超声波检测法。在潮湿环境下，10kV配网开关柜设备易发生局部放电现象，并且其声音传播速度也会相应变快，传播声能加大，在这种情况下若使用超声波检测法进行开关柜放电带电检测，那么则易导致推算值偏大，为了保证推算值的准确性，在该环境下应优先使用TEV检测法。在高海拔环境下应优先使用TEV检测法，因为高海拔地区空气稀薄，声音传播速度较快，声能较大，基于高海拔环境的特点，利用TEV检测法对开关柜局部放电带电情况进行检测更佳。

3 10kV配网开关柜局部放电带电的防范措施

3.1 对10kV配网开关柜进行规范与科学的设计

10kV配网开关柜设计是否规范与科学直接关系着后期开关柜设备的运行状态，因此做好10kV配网开关柜设计尤为必要。在10kV配网开关柜设计过程中需要考虑开关柜的位置设定、安装施工以及其功能性三方面因素，同时还要严格按照开关柜相关绝缘标准开展设计工作，确保开关柜零配件质量，并对各开关柜之间的距离进行严格控制，只有这样才能保证后期开关柜设备的稳定与安全运行。

3.2 运行前进行10kV配网开关柜试验

为了进一步确保10kV配网开关柜的运行安全，在开关柜投入到10kV配网使用前，应以电力强制性规定与相关设计要求为依据，对10kV配网开关柜进行耐压试验，试验完毕后，符合试验规范及国家电力相关规定的10kV配网开关柜设备，方可投入到实际配网系统运行中。

3.3 运用新技术做好10kV配网开关柜运行维护与检修

10kV配网开关柜在运行过程中局部出现放电带电情况在所难免，然而其危害性不容忽视，要实现10kV配网开关柜的安全运行，应对10kV配网开关柜进行定期检测，在检测过程中若发现开关柜局部存在放电或者带电等问题，应结合实际情况及时对其进行正确检修。与此同时还要对10kV配网开关柜采取一定的维护措施，时刻关注开关柜的运行动态，正确维护开关柜设备，以此来延长开关柜的使用寿命，节约开关柜投入使用成本。另外在检修维护过程中应不断革新检修技术，提高开关柜局部放电带电检修质量。

4 实例分析开关柜局部放电检测技术的应用

XX供电公司XX开关站G3柜。普测时发现数据严重超标，柜前下部TEV数据达到了24dB，用超声波可以清晰听到放电声超声波幅值为28dB，从观察窗处可见到紫蓝色火花放电，呈现圆圈状，在停电计划安排后当即进行了处理，通过检查发现开关间隔的开关真空管泡连接母排处外套破裂，柜体内锈蚀非常严重，通过更换后及时处理了故障。其故障如图1所示：

图1 开关底部绝缘层放电

5 结语

综上所述，10kV配网开关柜在运行过程中可能会出现放电与带电问题，并且该问题会对10kV配网开关柜以及整个配网系统造成一定影响，因此相关工作人员要正确对待10kV配网开关柜放电带电问题，综合考虑开关柜所处环境、检测技术、开关柜具体问题信息等多种因素采取相应的技术与防范措施，为10kV配网开关柜运行提供安全保障，创建良好安全的10kV配网运行环境。

参考文献

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电缆局部放电检测 篇5

关键词：电缆,局部放电,振荡波

随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高, 城市电网得到了长足的发展, 电缆作为城市电网重要的组成其发展迅速。众所周知电缆被深埋于地下, 一旦电缆发生故障很难排除, 这将影响人们的正常用电需求, 因此提高电缆故障定位技术对保证供电需求十分重要。振荡波局部放电检测技术就是一种能够精准定位电缆故障的新兴技术, 它能够有效提高电缆的检修效率。

1. 振荡波局部放电检测技术的原理

电力电缆通常被埋于地下且其电容量通常都比较大, 在现场进行工频电压下的局部放电检测十分困难。过去对充油电缆的检测采用的方法是直流实验, 这种方法从很大程度上降低了对电源的要求。但是针对绝缘电阻很高并且在直流电和交流电下的电压分布区别比较大的电力电缆如XLPE而言, 如果采用直流实验检测的话, 在对XLPE电缆进行直流耐压实验后, 会在电缆里特别是有缺陷的地方会存留大量的空间电荷, 这些电荷的存在会使电缆在投运后发生击穿事故。如果采用超低频电源来检测这类电缆的话, 实验花费的时间相对较长, 而且这种方法对电缆的绝缘能力损耗比较大, 很有可能导致电缆出现新的缺陷。

在进行局部放电检测时可以适当地施加0~28k V的直流电压, 将开关闭合后, 被测的电缆与电磁感应器之间会发生阻尼振荡。这种装置能够检测电力电缆的电容的有效范围是从0.05~2微法。

2. 振荡波测试系统的定位技术

针对电力电缆局部放电的定位问题, 初期的局部放电检测的方法是扫描电力电缆, 而现在通常采用的电力电缆局部放电检测方法则是由70年代发展起来的方法, 它的工作原理是利用局部放电脉冲在电力电缆中具有传播的性能, 运用10MHz以上的高频扫描示波器对电力电缆进行定位测量, 这种方法也被称之为行波法, 其工作原理如图1所示。

注: (a) 代表的是接线图; (b) 代表的是检测阻抗上的脉冲信号图; (c) 脉冲波在电力电缆上的传播;CDO代表的是示波器;PDS代表的是局部放电检测仪。

对于已经确定的绝缘型电力电缆而言, 电缆中脉冲的传播速度可以看作是已知的常数, 因此可以利用公式 (1) 计算出放点点距离电缆近端 (高压端) 的距离。

其中, L表示电缆的长度, V表示脉冲在电力电缆中的传播速度, τ表示两个脉冲信号的传播时延, 也就是说τ=t2-t1。

电力电缆局部放电检测和定位装置正是应用OWTS振荡波原理来定位放电部位。

3. 电缆振荡波局部放电检测技术存在的问题

在使用检测系统对电力电缆进行局部放电检测时, 经常有系统不能正常运行的情况发生, 本文将针对校准过程和加压测试过程中存在的技术问题进行分析。

3.1 校准过程中存在的问题分析

校准是电力电缆局部放电检测过程中的关键环节, 因此对电力电缆的校准必须正确, 如果校准结果不准确会造成测试结果在定位上出现偏差。在校准过程中校准波形的开始脉冲波峰应设置在80%左右的地方, 在末端会有反射脉冲的出现且相当明显, 而且由两个脉冲波峰决定的传播速度必须在正确的范围之内, 也就是说在交联电缆中脉冲的传播速度为170m每微秒, 如果是纸绝缘电缆的话则其传播速度应为160m每微秒左右。而导致异常情况发生的原因有以下几种情形: (1) 因为校准仪出现故障或者电量不足、频率不准确或者连接处发生脱落的现象都可能造成脉冲波波形发生畸变情形。 (2) 在对校准仪进行低量程校准的时候受到了背景灯干扰因素的影响。 (3) 在进行校准操作时没有打开校准仪或者现场的干扰比较大。 (4) 在进行校准操作时脉冲波峰并没有正好处于80%红线处。 (5) 电力电缆的长度输入错误, 这将造成波速不准确;如果输入的电缆长度值恰好是电力电缆长度的两部的话, 校准时的波速是正常的, 但是波形会在1/2处出现集中的现象。 (6) 校准波形的原始脉冲信号的波形的极性不正确, 这时可能是校准仪红黑线接反造成的。

3.2 加压测试过程存在的问题

加压测试过程采用的是在测试时进行逐级逐相加压的办法, 采用这样的方式出现异常情况的原因有: (1) 在逐级加压时未注意到量程的最大值从而导致超出量程的情况发生, 超出的部分系统并不会对其进行自动选取, 这可能造成部分信息的丢失。 (2) 如果加压时出现异常的与始端局放信号类似的信号时, 那么在进行测试时应将其尽量排除掉, 否则会直接影响结果的精确程度, 造成精度丢失的原因可能是线端与线头之间的距离不够;电缆或地线连接不良等。

4. 振荡波局部放电测试系统的抗干扰设计

4.1 电磁干扰的来源及传播途径

造成电磁干扰的本质原因是导体中的电流或者电压突然发生变化, 造成其发生变化的原因可能是系统内部干扰, 也有可能是系统外部干扰。根据造成电磁干扰的原因可将其划分为自然干扰和人工干扰两种情形。自然干扰的干扰源可能是静电、雷电和自然辐射, 人为干扰源可能是传输电线中的杂波、接触器自身杂波和人工作业时产生的杂波等。电磁干扰的途径通常有两种形式:传导耦合方式和辐射耦合方式。

(1) 直接耦合方式。将干扰信号经过电线对电路造成干扰。这些导线可以是连接设备的导线, 也可以是供电源与负载之间的电线。这些导线在将有效信号传输出去的同时也将干扰信号传输了出去。

(2) 漏电耦合方式。该方式是一种电阻性的耦合方式。当元件或导线的电阻降低时, 因为这种情况的出现为电信号传输到逻辑元件对其造成干扰提供了条件。漏电耦合方式与直接耦合方式在干扰能量的传输形式上大致相同, 但不同点是直接耦合方式直接通过导线进行能量的传输, 而漏电耦合方式则是通过漏电阻来传递能量, 它并不能够对信号进行传输, 因此漏电耦合方式要比直接耦合方式的危害更加隐蔽, 更加不易于发现。

(3) 公共阻抗耦合方式。只有噪声源和信号源才具备这种耦合方式, 这种耦合方式通常发生在两个不同的电路的电流流经同一个电阻时, 一个电路的电压直接影响另一个电路的电压, 常见的形式有公共地和电源阻抗两种。

4.2 干扰信号的抑制方法

电磁干扰的抑制方法主要是根据电磁干扰三要素的角度进行考虑, 在进行装置设计时避免电磁干扰条件的形成。可以从电磁干扰源的角度出发, 在设计时就要对其进行消除或尽可能地抑制噪声干扰源, 也可以从传播的途径角度出发, 想办法切断干扰源的传播路径, 这样就阻止了干扰源扩散到其他电缆或元件, 与此同时提高设备的抗干扰能力也是十分必要的。抑制干扰信号的方法通常有屏蔽、滤波和接地这3种办法。因为振荡波检测装置综合了强电系统和弱电系统, 该装置的内部电磁环境十分复杂, 如果不能够很好地将电磁干扰问题解决的话会导致弱点系统暴露在强电的干扰环境中, 造成采集系统、闭合开关和高压直流源的错误操作。为了使设备能够正常工作, 在进行振荡波电磁装置设计与安装时就应该处理好各个元件间的电磁干扰设计。

结论

本文主要探讨了电缆振荡波局部放电检测技术的工作原理及其应用现状, 并分析了振荡波局部放电系统尚存在的一些不足之处, 即强电系统干扰弱电系统问题和局部放电信号缺少类型识别的问题。针对上述问题本文对振荡波局部放电检测系统中干扰的来源及性质进行了探讨, 并提出了相应的屏蔽滤波结构, 达到提高局部放电检测灵敏度的目的。

参考文献

电缆局部放电检测 篇6

关键词：配网,电缆,振荡波,局部放电

0 引言

振荡波电压法检测系统OWTS(Oscillating Wave Test System),是近几年尝试使用并替代交流耐压方法的一种新兴试验技术[1,2,3]。广州电网近期引进了10 k V振荡波电压电缆局部放电检测与定位系统,专门用来解决当前10 k V电缆的绝缘状态诊断问题。本文介绍了振荡波电压法的基本原理和主要部件构成,并通过在一条退运短电缆上人工设置若干常见绝缘缺陷,对该系统的检测效果进行了初步分析,以期为今后振荡波电压法检测技术在广州电网及其他地区的使用提供一定参考。

1 基本原理和部件构成

1.1 试验原理

振荡波电压试验方法的基本思路是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理,使振荡电压在多次极性变换过程中电缆缺陷处会激发出局部放电信号,通过高频耦合器测量该信号从而达到检测目的[4,5,6,7]。振荡波电压试验接线图如图1所示,整个试验回路分为2个部分:一是直流电源回路;二是电缆与电感充、放电过程,即振荡过程。这2个回路之间通过快速关断开关实现转换[8,9,10]。

检测过程中可以根据情况施加0~28 k V的直流预电压,合上半导体开关后,被试电缆与电感产生阻尼振荡。该装置可以检测的电缆电容范围为0.05~2μF。当被测电缆较短时,为将振荡频率保持在一定范围,需要在电缆上并联一个电容。

1.2 局部放电定位原理

振荡过程中,利用行波法对局放信号进行定位。测试一条长度为l的电缆,假设在距测试端x处发生局部放电(见图2,图中表示局部放电信号脉冲的起始位置,Q为放电信号幅值,Ck为高压电容,Zk为匹配阻抗),脉冲沿电缆向2个相反方向传播,其中一个脉冲经过时间t1到达测试端;另一个脉冲向测试对端传播,在电缆末端发生反射,之后再向测试端传播,经过时间t2到达测试端,如图2所示。根据2个脉冲到达测试端的时间差,可计算局部放电发生位置,即

其中,v为电缆中的波速。

脉冲反射法在10 k V电缆找故障中被广泛采用,所以这种方法很容易被操作人员掌握,非常方便现场推广使用。准确寻找入射波和反射波是提高局部放电定位准确性的关键。一般原则是入射波幅值大于反射波;入射波上升沿更加陡而反射波脉冲更宽[10,11]。

2 主要操作步骤

测试的主要步骤有:绝缘电阻测量;行波测距(确定电缆长度及接头位置);将OWTS按照说明书的要求接线;局部放电量校准;试验;结束试验;评估电缆状态。

为了获得一个合理的局部放电起始电压(PDIV)及局部放电水平(PD level),建议采取谨慎的加压方式。一些案例的统计结果为:对交联聚乙烯电缆,局部放电起始电压低于或高于运行电压分别约占29%、36%。与油纸绝缘型电缆相比,发现交联聚乙烯电缆缺陷需要更高的施加电压,甚至超过2UN(UN为电缆额定电压)。某些案例中实测结果也指出对于10 k V交联聚乙烯电缆的交接试验,振荡波电压可加至2UN;对于10 k V交联聚乙烯电缆的预防性试验考核,振荡波电压可以加至1.7 UN。振荡电压从0.1 UN开始施加,升压间隔可取(0.1~0.5)UN。当进行交接试验后,需要将振荡电压调至运行电压UN下,以确认经过试验后的电缆绝缘性能未受到影响。

整个试验操作较简单,关键是如何分析采集到的数据。制定试验方案是进行各种特殊高压试验的基本要求,其中应包含各项安全措施和试验结果预想2个基本内容。为使后续工作尽可能有效,局部放电相关特征量的分析应尽可能丰富以利于状态评估。

3 模拟试验

3.1 试品参数与检测回路

电缆型号为YJV-3×70 mm2-8.7/15 k V,长度351 m;实测电容值0.217μF,为退运电缆,运行时间不详。检测回路示意图如图3所示。

距离测试端242 m左右有一个中间接头,分别在三相设置不同类型的缺陷。其中,A相设置的缺陷是接头错用绝缘胶带;B相设置的缺陷是压接管表面有毛刺、飞边;C相设置的缺陷是接头主绝缘表面有盐水。

3.2 试验结果

3.2.1 接头错用绝缘胶带

对A相从0.1UN开始施加电压,在UN和1.7 UN时重复施加多次,保存。图4(a)为18 k V时一组典型的局部放电图谱,局部放电幅值QPD明显且重复较强。图4(b)为经过行波定位分析得出的局部放电定位图谱(l为被测电缆长度),结果表明与初始设计的缺陷位置吻合,但在测试端也出现集中性局部放电。

3.2.2 压接管表面有毛刺、飞边

对B相从0.1UN开始施加电压,在UN和1.7 UN时重复施加多次,保存。图5(a)为27 k V时一组典型的局部放电图谱,图中结果表明局部放电幅值很小,主要表现背景干扰噪声。图5(b)为经过行波定位分析得出的局部放电定位图谱,结果表明在测试端有集中性放电,而实际未在该位置设置缺陷。而在缺陷设置处,局部放电定位结果表明此处的局部放电强度较小且不集中。

3.2.3 接头主绝缘表面有盐水

对C相从0.1UN开始施加电压,在UN和1.7UN时重复施加多次,保存。图6(a)中为24 k V时一组典型的局部放电图谱,图中结果表明局部放电幅值很小,主要表现为在首个振荡周期内局部放电幅值较高且集中,但此后若干振荡周期内主要表现为背景干扰噪声。图6(b)为经过行波定位分析得出的局部放电定位图谱,结果表明在测试端有集中性放电,而实际未在该位置设置缺陷。而在缺陷设置处,局部放电定位结果表明此处的局部放电强度较小且不集中。

3.3 分析与讨论

通过利用振荡波电压法检测人工设置3种在施工过程中常见的缺陷,结果表明:对于设置的缺陷,振荡波电压法对某些类型的缺陷如错用绝缘胶带等效果十分明显,而对其他一些缺陷如压接管表面存在毛刺等效果则有待进一步研究。这种情况与实际情况一致,因为某些引入的缺陷需要经过一定时间的发展才能激发局部放电。

从模拟试验结果来看,用振荡波电压法进行电缆入网前或投运前的考核有其优点,但是否能替代耐压试验方法则有待进一步实践。

从模拟试验结果可以看到,3种缺陷条件下的测试均在测试端发现了集中性局部放电,而实际未在该位置进行缺陷布置。后经过寻找原因发现是由于高压线夹处在一定电压下激发了表面放电,从而引入到测试过程中影响了对真实局部放电位置的判断。建议采取其他辅助检测手段如开关柜局部放电检测技术或对高压线夹进行防电晕处理以覆盖整个检测范围。

在对采集到的数据进行分析时,发现利用振荡波检测系统提供的自动分析局部放电定位功能效果并不十分理想,有可能出现误定位的情况。建议利用手动分析对局部放电波形进行逐个定位以提高准确度,2种结果的对比如图7(a)(b)所示。

4 结论

a.基于振荡波电压法检测技术对一条退运10 k V交联聚乙烯短电缆,通过人工设置各种模拟缺陷,对该系统的检测效果进行了初步分析,得出振荡波电压法对某些类型的缺陷如错用绝缘胶带等效果十分明显,而对其他一些缺陷如压接管表面存在毛刺等效果有待进一步研究。

b.研究也表明电缆终端缺陷的检测可能会由于高压线夹表面放电引入干扰受到影响,建议采取其他辅助检测手段如开关柜局部放电检测技术或对高压线夹进行防电晕处理以提高全范围检测效果。

参考文献

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电缆局部放电检测 篇7

关键词：OWTS,电缆,局部放电,检测和定位

近年来,挤塑型电力电缆特别是交联聚乙烯绝缘(XLPE)电力电缆由于其绝缘性能好、易于制造、安装方便、有利于城市布局等优点,在城市电网中得到广泛使用。但是,由于XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差,在局部放电的长期作用下,绝缘材料不断老化最终导致电力电缘绝缘击穿,造成重大事故。据相关统计资料表明,这一情况在10 kV电缆故障中占有较大比重。

目前,国际上应用比较广泛的振荡波测试系统(OWTS)能够有效检测和定位10 kV配电电缆局部放电的位置且检测本身不对电缆造成伤害。北京市电力公司应用OWTS对10 kV电力电缆进行局部放电检测的实践,可对该测试系统的进一步推广应用、改进创新提供技术参考。

1 振荡波测试系统的电源技术

电力电缆由于其电容量大,很难在现场进行工频电压下的局部放电检测。过去,充油电缆采用直流试验,可以大大降低对电源的要求。但对XLPE电缆,由于其绝缘电阻较高,且交流和直流下电缆电压分布差别较大,直流耐压试验后,在XLPE电缆中,特别是电缆缺陷处会残留大量空间电荷,电缆投运后,这些空间电荷常造成电缆的绝缘击穿事故[1,2];采用超低频(0.1 Hz)交流电源进行试验,要求试验时间长,电缆绝缘损伤较大,会引发电缆中新的缺陷[3]。

振荡波电压是近年来国内外研究较多的一种用于XLPE电力电缆局部放电检测和定位的电源。该电源与交流电源等效性好,作用时间短、操作方便、易于携带,可有效检测XLPE电力电缆中的各种缺陷,且试验不会对电缆造成伤害[4]。

OWTS的电缆局部放电检测和定位装置的原理示意图如图1所示。在检测时可以灵活施加0~36 kV的直流电压,合上半导体开关后,被测试电缆与电感产生阻尼振荡。该装置可以检测的电力电缆电容范围为0.05~2 μF。

2 振荡波测试系统的抗干扰技术

OWTS的电缆局部放电检测和定位装置具有带通滤波、小波分析、时延分析等抗干扰功能,可根据信号特点,方便地进行放电脉冲的选择。该装置还可以生成清晰的局部放电图形(如电压波形与局部放电信号关系图、三维谱图等),以便确定局部放电的类型。

由于电缆的电容量大(近微法拉级),对局部放电量的测试要求严格(几皮库仑),而电缆局部放电测量中不可避免的存在着环境噪声和外部干扰,局部放电信号往往淹没于这些噪声和干扰中,使测量变得非常困难,抗干扰技术的提高显得尤为重要。这些干扰按时域和频域特征的不同,可分为窄带干扰、脉冲型干扰和背景噪声3类。由于干扰强弱、频域特性的不同,抗干扰技术要有一定的针对性。

1) 窄带干扰。

由于其频域特征与局部放电信号的频域特征有较大差异,而且频带十分窄,故大多采用频域滤波的方法进行抑制。

2) 脉冲型干扰。

由于其与局部放电信号非常相似,从单个波形上很难将它们区分开来,目前主要采取时延鉴别法进行鉴别。时延鉴别法是利用外来干扰脉冲及发射波到达测量点的时间差与内部放电及反射波到达测量点的时间差的不同进行鉴别。

3) 背景噪声。

由于其在时域中表现为无规律的随机脉动,在频域中则表现为在整个频带上均匀分布,因而单从频域或时域都不能有效地进行抑制。在小波去噪算法提出之前,往往采用时域平均的方法来抑制这种随机性的背景噪声,但效果并不理想。小波去噪算法的出现可以比较有效地解决这个问题[5,6]。

3 振荡波测试系统的定位技术

对于电力电缆局部放电的定位,早期利用电缆实行扫描式检测来查找电缆的局部放电点,现在利用局部放电脉冲在电缆上的传播特性,用10 MHz以上的高频扫描示波器进行定位测量的方法,该方法叫脉冲反射法。

脉冲反射法是利用脉冲信号在电缆线路中传播时遇到的波阻抗不匹配点产生电磁波反射的原理,由示波器上测得脉冲反射时间和电缆波速,确定电缆故障点的距离。OWTS的电缆局部放电检测和定位装置采用该方法对电力电缆局部放电进行定位。

4 典型案例分析

利用OWTS装置对某10/8.7 kV XLPE三芯电缆进行局部放电检测和定位,该电缆全长383 m,距离测试端100 m处有一个热缩中间接头。

经局部放电检测,发现该电缆在1.7UN时放电量达到10 000 pC左右;0.5UN时放电量达到1 000 pC左右。经定位检测,发现放电缺陷就在中间接头处。某个10 kV电缆现场测试情况如图2所示。图2(a)是在电缆测试端注入放电量为1 000 pC的脉冲信号时系统采集到的波形,图中可看出1 000 pC对应的电压值为80 mV;图2(b)是加压至1.7 UN时采集到的放电波形,可以看出最大放电对应电压幅值达到了800 mV,根据图2(a)的标定结果,可知其放电量达到了10 000 pC;图2(c)是系统分析软件中对单个脉冲进行分析和定位的界面,可以看出图中两个脉冲波形相似,后面幅值小的脉冲波形是前面幅值大的脉冲的反射波,根据定位原理,软件自动计算出该放电脉冲距离测试端的位置为100 m;图2(d)是对所有脉冲进行分析和定位后,将不同放电脉冲的放电位置和放电量大小绘制在一个坐标上,横坐标为放电位置,纵坐标为放电量大小,可以明显看出,几乎所有的放电脉冲都集中在100 m位置,即中间接头位置,放电量可以达到10 000 pC。因此可判断,电缆的放电缺陷在距离测试端100 m处。

经过对电缆解体分析,发现电缆内、外半导电管端口不整齐有突起,且端部未缠绕半导电带形成坡口,外屏蔽层剥离不整齐,有突起是造成严重局部放电的原因,如图3所示。从图3(a)中可见外屏蔽剥削不整齐,有突起,未打磨;从图3(b)中可见外层热缩管是半导电材料,黑层热缩管是绝缘材料。外层热缩管端部不整齐,未用半导电带做过渡形成坡口,且热缩管表面有凹陷,不平滑;从图3(c)中可见里层热缩管与电缆导体接触,表面有凹陷,不平滑;从图3(d)中可见内、外半导电热缩管的端部均没有用半导电带缠绕形成坡口。

5 结语

1) 振荡波测试系统使用方便,适合现场使用,可以有效排除现场环境噪声和外部信号的干扰,能够准确检测电缆的局放情况。

2) 实践证明,OWTS的电缆局部放电检测和定位装置通过采用振荡波电源技术,作用时间短、操作方便、易于携带,可有效检测XLPE电缆中的各种缺陷,且试验不会对电缆造成伤害。

3) 本文OWTS中的小波分析和时延鉴别等抗干扰技术、行波法定位技术可以在现场有效检测出10 kV配电电缆的局部放电水平并对其进行准确定位。

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电缆局部放电检测 篇8

关键词：中压电缆,振荡波,局部放电检测

0引言

电力市场供求的不断发展,对配电网络的可靠性提出了更高的要求。在配电系统运行过程中,电缆和电缆附件内部缺陷或者绝缘老化都有可能造成电缆故障。在配网电缆中有很多故障均是由电缆缺陷部位局部放电逐步发展过来的,这些缺陷主要在电缆附件上集中体现。

电缆绝缘缺陷对配网运行的可靠性造成了比较大的影响,为了保证电网可靠稳定运行,需要使用阻尼振荡电压测试配电网络对电缆绝缘的影响,以帮助管理单位分析电缆存在的缺陷。由此可见,局部放电检测技术对于电网维护成本的控制起到了很大的作用。

1案例介绍

电缆振荡波局放检测对电缆本体以及中间接头在施工过程中工艺缺陷(如尖端放电类、绝缘本体划伤、半导电层搭接不到位)和受潮放电等缺陷有很好的检出效果。

为“加强对电缆及其附件的维护”,进一步规范配网10 k V电力电缆的振荡波局放检测工作,东莞供电局组织制定了10 k V电力电缆振荡波局放检测工作的相关要求,将10 k V电力电缆振荡波局放检测工作作为东莞供电局辖区内配网10 k V交联聚乙烯电缆状态评估、交接试验和电缆附件更换后测试项目的工作内容之一。针对运行中的电缆线路开展振荡波测试,需对测试电缆段进行停电处理。而目前东莞局的配网可转供电率超过70%,在不影响客户用电的前提下,通过环网改变线路运行方式,给测试提供了有利条件。

2开展振荡波测试的意义

针对运行中的电缆进行振荡波测试,主要是为了发现电缆终端头及中间头放电异常数据,并通过制定年度消缺方案,将其及早纳入设备隐患管理,对其进行整改或修复,以减少突发故障的发生,提高供电可靠性。

在对电缆缺陷进行检测时,电缆振荡波局放测试具有加压时间短、损伤性小、便于现场操作等突出优点,和工频电压下的局放检测值非常接近,并能直接定位电缆局部放电发生的具体位置,特别是能及时检测到电缆中间头的缺陷。考虑到近年来电缆发生的故障以绝缘缺陷为主,而东莞配网电缆化率接近70%,开展10 k V电缆及其附件的振荡波测试具有必要性及针对性。

3技术参数介绍

此系统是以LCR阻尼振荡为基本原理,在完成电缆直流电的基础上利用内置的高压实时固态开关、高压电抗器和试品电缆形成阻尼振荡电压波,并在试品电缆上施加和工频相近的正弦电压波,激发出电缆潜在缺陷处的局部放电信号。再利用脉冲电流法的高灵敏度对放电信号进行局部检测,并配合高速采集设备实现局部放电信号的收集、检测和上传。单次测试过程耗时1 min左右,测试效率高,对被测电缆无伤害。在获取局放数据的基础上,数据分析软件能自动完成聚类分析、行波定位,便于用户综合评判电缆状态。

电缆振荡波局放的3种测试功能如下:

(1)耐压测试;

(2)局放测试(局放点定位);

(3)介损测试。

本供电局选择型号为OWTS MV10的设备进行局部放电检测,其技术参数如下:

(1)最大输出电压:30 k V peak/20 k V rms;

(2)振荡电流:最大80 A;

(3)阻尼交流频率范围:50~550 Hz;

(4)电容范围:0.05~4μF;

(5)高压充电电流:10 m A;

(6)局放等级测试范围:1 p C~100 n C;

(7)局放测量标准:IEC 60270;

(8)局放定位带宽:150 k Hz~45 MHz,对于长电缆或短电缆都能自动选择带宽;

(9)介损测量范围:0.1%~10%;

(10)供电电源:115 V/230 V、50/60 Hz;

(11)重量:约55 kg。

4中压电缆振荡波局部放电检测技术的应用

4.1准备事项

在利用OWTS系统进行局部放电测试时,首先用高压电源向被测电缆充电,然后关闭高压开关,使被测电缆和系统内部共同组成一个LC振荡回路,产生一个低阻尼的交流振荡点[1]。因为被测电缆上加载的交流振荡电压时间非常短,所以一般不会破坏电缆的绝缘性,在电压幅值逐渐衰减时,可以将局放起始电压(PDIV)、局放水平、局放终止电压(PDEV)等参数检测出来。

4.2检测内容

4.2.1测量绝缘电阻

在进行加压之前,先将无关人员清理出场,并告知工作人员操作过程中需要注意的地方,开始试验前先进行短路接地,将残余电荷释放出来。

加压过程中,要严格按照顺序进行操作,并充分进行放电,禁止工作人员用手触摸放电导线。选择2 500 V/5 000 V兆欧表进行检查,为了避免输出电压过高破坏被试设备,需要对兆欧表输出电压档位进行检查。

加压结束后,确认试品已降压、放电、接地后,再进行更换接线工作。

4.2.2电缆测距

开始测量前先将试品短路接地,将残余电荷释放出来,科学选择测距仪量程,保证数据分辨率,入射波和反射波会在显示屏内显示出来。

对增益进行适当的调整,并对中间头进行寻测和记录,对于位置比较可疑的中间头需要标明,完成测量工作后,将被试品短路、放电、接地,保证试品彻底放电。

4.2.3局部放电校准

首先按照系统要求将电缆的基本参数录入到系统中,并根据系统要求将PC校验器连接好,连接要牢固、可靠,接线要准确,并保证高压引线和周围接地部位、带电体之间有足够的安全距离,然后按照从大到小的顺序逐步降低局部放电校准幅值。校准脉冲示意图如图1所示。校准量分别为100 n C、50 n C、20 n C、10 n C、5 n C、2 n C、1 n C、500 p C、200 p C、100 p C,具体操作时可以结合电缆长度进行科学的选择。对于10 k V三芯电缆只需要对其中一相进行校准即可,10 k V单芯电缆需要对每一相都进行校准。

对接线进行检查,达到要求后将高压开关合上,在进行加压之前先清理无关人员,告知工作人员加压过程中需要注意的地方[2]。本体需要接地,并安装漏电保护装置,要使用专用插头,禁止使用导线直接插入取电。加压过程要逐次进行,新投运的电缆(电缆本体及接头都是全新的)需要加压到2.0U0,并在1.7U0与2.0U0加压间增加1.8U0一次、1.9U0一次、2.0U0三次。

加压过程中出现紧急情况时,要第一时间按下安全开关的急停按钮,切断高压电源。如果加压过程中局放量很大,超过2 000 p C时应中止加压,对加压数据进行分析:如有明显集中的局放点,即可停止对该相加压;如没有明显集中的局放点,可按操作及工艺继续对该相加压。

加压结束后,需充分放电才能换相及拆线。当试验电缆长度<300 m时,需要按照图2设置补偿电容,检测完成后对绝缘电阻进行复测。

5检测结果处理

(1)电缆主绝缘的绝缘电阻。采用2 500 V/5 000 V兆欧表对电缆主绝缘的绝缘电阻进行振荡波试验前后、新作终端、接头后电阻>1 000Ω为合格。

(2)电缆振荡波局部放电检测。在电缆更换接头后、投运前交接试验无明显集中局部放电信号为合格[3]。

(3)检测到中间接头位置,但未达到上述条件者,存在集中性的局部放电现象,需要缩短检测周期,通常为一年一次。终端局部放电>5 000 p C时,应在带电情况下采用超声波、地电波、红外等手段进行状态监测;振荡波电压法检测完成后,电缆送电后要对相关开关柜开展一次超声波、地电波监测。

6结语

本文以实际工程为例,对振荡波局放测试意义进行了介绍,选择了合理的OWTS系统;然后对OWTS系统在中压电缆振荡波局放检测中的具体应用进行了分析和探讨,对检测过程中需要注意的地方以及检测结果的处理措施进行了分析,具有一定的借鉴参考价值。

参考文献

[1]李军浩,韩旭涛,刘泽辉,等.电气设备局部放电检测技术述评[J].高电压技术,2015,41(8):2583-2601.

[2]郭灿新,张丽,钱勇,等.XLPE电力电缆中局部放电检测及定位技术的研究现状[J].高压电器,2009,45(3):56-60.

电缆局部放电检测 篇9

关键词 局部放电；窄带干扰；FFT自动阈值

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)121-0016-02

局部放电（PD）是电力设备绝缘劣化的重要征兆和原因之一。进行PD在线检测时，现场干扰信号有时比PD信号大2-3个数量级，大大降低了检测的灵敏度。因此，抑制干扰是局部放电在线监测的关键技术。

局部放电检测现场干扰，按时域波形特征可分为周期性窄带干扰、脉冲干扰和白噪声三类。周期性窄带干扰包括：①电力系统载波通信和高频保护引起的干扰；②无线电干扰。

对于周期性窄带干扰（又称离散谱干扰，DSI），已有多种抑制方法，如FFT阈值滤波法、数字陷波器法、自适应滤波法、小波滤波法、数学形态滤波器、傅立叶级数法以及这些方法的结合，如小波分频后施以自适应滤波、小波分解后通过数学形态滤波器。

为了更好的根据PD信息诊断电力设备放电类型和严重程度，本文提出一种FFT自动阈值法，即先对信号进行FFT变换，得到信号的频谱分布，计算振幅的均值与方差之和作为门限值，把所有大于门限的幅值替换为该门限值，然后进行反傅立叶变换（IFFT）返回时域信号。

1 FFT自动阈值法抗干扰原理

本文克服了常规FFT阈值滤波法的门限难以选取、PD能量损失严重的缺点，提出了基于振幅谱均值及标准偏差的自动阈值算法。均值是统计学中常用的统计量，用来表明样本中各值相对集中较多的中心位置。标准差S是反映样本数据与均值差异大小的一个统计参数。从S可了解样本数据的变异程度及样本均值代表性的可靠程度，S越大说明各变数的变异程度越大，

基于上述原理，可通过下述步骤实现抗干扰：①对PD和DSI的混合信号进行FFT，得到信号的频谱分布，即振幅谱；②计算振幅谱中振幅的均值和标准差之和μ作为阈值，大于μ的振幅用μ代替，小于μ的振幅保持不变；③通过反傅立叶变换返回时域得到去干扰后信号。

由于该方法对振幅谱中占60%以上比例的低幅值的PD未做任何处理，而对DSI干扰振幅阈值处理成幅值很小同一振幅，这样就在尽可能去除DSI干扰的前提下最大程度的保留了PD信号的重要特征。

2 FFT自动阈值法仿真计算

1）抗干扰效果指标。局部放电检测一方面要求最大程度的抑制干扰，另一方面应尽量保持原始PD信号波形、峰值、相位等重要信息。采用均方误差（mean square error， MSE）以及幅值误差（magnitude error， ME）来表征抗干扰效果，定义如下：

        （1）

          （2）

            （3）

式中，S(i)和R(i)R分别为PD原始信号和消噪后信号序列，AS和AR分别消噪前后PD信号幅值，AI为加入的DSI干扰的幅值，N为信号长度。MSE、ME越小说明去干扰效果越好。

2）PD脉冲信号的仿真。PD脉冲具有极快的上升沿，宽度也很窄。实际测量到的PD脉冲波形与原始PD脉冲波形、脉冲在电力设备中传播的畸变、检测器的带宽限制、放大器的带宽限制等因素有关。因此常用双指数衰减振荡形式来仿真PD脉冲：

   （4）

式中，A为信号幅值；t为衰减系数；fc为衰减振荡频率。

图1为t为0.8μs，fc为1MHz，峰值为1的仿真PD波形。采样频率为10MHz，脉冲持续约8μs。

图1 仿真局部放电信号

3）DSI干扰的仿真。DSI干扰频率为140、520、680、830、1120kHz，初相位随机，叠加后形成幅值为1的DSI干扰，利用10MHz的采样速率采样0.1s，20μs长的干扰信号如图2所示。

图2 DSI干扰仿真波形

4）FFT自动阈值法抗干扰效果。PD仿真信号与DSI信号叠加后形成的混合波形如图3所示，PD脉冲被叠加在干扰波形的10μs处，此时SNR为1。

图3 DSI干扰与图1 PD脉冲的叠加波形

图4 SNR=1，去DSI后的PD波形

按照FFT自动阈值法的步骤，提取的PD信号波形如图4。处理后的MSE为9.31×10-7，ME为-0.018%，脉冲起始位置不变，极性保持不变，去DSI效果令人满意。

5）现场实测信号去DSI干扰。图5为某变电站220kV变压器高压侧接地线上测量得到的5个工频周期波形及局部展开图，采样频率为10MS/s。

可见，现场DSI干扰很强烈（用示波器测得峰峰值达2V），PD信号已被完全淹没。对该信号进行FFT振幅谱分析如图6所示，主要窄带干扰频率为819kHz、1035kHz，为当地两个中波广播电台，其振幅谱是以主频为中心，两倍调制频率为宽度的脉冲波形。

图5 五个工频周期信号及局部展开图

图6 图5信号的振幅谱

经上述方法抑制DSI干扰后的波形如图7所示。原始信号经本方法去DSI干扰后信噪比有了很大提高，固定周期脉冲干扰已经显现，再经极性鉴别和小波变换分别去除脉冲干扰和白噪声后，就能提取出PD信号。

图7 去DSI干扰后信号

3 小结

FFT自动阈值法实现了振幅谱阈值的自动计算，克服了常规FFT阈值法的缺点，具有良好的自适应能力，能够去除DSI干扰的同时，最大程度的减小PD信号的波形失真、峰值失真、具有很好的实用性。

参考文献

[1]谢良聘,朱德恒.FFT频域分析算法抑制窄带干扰的研究[J].高电压技术,2000,26(4):6-8.

[2]杨永明,孙才新,高大全,等.用直接陷波法抑制局部放电检测系统中周期性干扰的研究[J].中国电机工程学报,2001,21(3):62-64,69.

[3]Khan S Z.A new adaptive technique for on-line partial discharge monitoring[J] .IEEE Trans.on Dielectric and Electrical Insulation,1995,2(4):700-705.

[4]唐炬,孙才新,局部放电信号的白噪声和窄带干扰[J].高电压技术,2002,28(12):8-10.

[5]刘云鹏,律方成,李成榕,等.基于数学形态滤波器抑制局部放电窄带周期性干扰的研究[J].中国电机工程学报,2004,24(3):169-173

电缆局部放电检测 篇10

电缆系统的绝缘故障多发生于电缆附件部分,随着交联聚乙烯电缆(Cross-linked Polyethylene,XLPE)在电力网络中地位的不断提升,由电缆附件的绝缘故障引发的电力事故也在不断的增加,并影响着电力网络的安全可靠运行。由于XLPE电缆多采用地下敷设的方式,给其状态检测和故障定位带来了一定的难度。因此,如何快速有效地判断电缆附件的绝缘状况,及时准确地诊断电缆附件的绝缘故障,具有非常重要的现实意义[1,2]。

当XLPE电缆绝缘内部存在缺陷时,会导致电缆内部局部放电的发生。通过检测电缆内部的局部放电水平,可以间接地反映XLPE电缆的绝缘状况。本文通过多传感器的联合检测技术,对XLPE电缆的局部放电进行带电检测,并实现XLPE电缆附件的故障定位。多传感器的联合应用,使得各传感器优势互补,增强了局放检测的抗干扰能力和检测效率,具有很好的实用价值。

1 XLPE电缆局部放电检测技术

局部放电是一种在电场作用下于绝缘内部局部区域发生的仅被部分桥接的电气放电的现象[3]。通过检测电缆绝缘内部发生局部放电时所产生的声、光、电信号及化学物质,可以实现对XLPE电缆局部放电的检测和定位。

1.1 高频电流法

高频电流法是电缆局部放电检测中的常用方法,通过在XLPE电缆接头接地线上或电缆本体上安装高频电流传感器(HFCT)可以耦合高频脉冲电流流经通路上所产生的电磁场信号[4]。高频电流法的检测频带通常在几百k Hz到几十MHz,能够有效地获取局部放电信号。高频电流传感器安装方便,是一种非侵入式的检测方法,安全可靠。

利用高频电流法实现XLPE电缆的局部放电定位,目前应用较多的是时域反射法(Time Domain Reflectometry,TDR)[5]。该方法计算同一局部放电脉冲直接到达和经反射到达传感器的时间差,同时结合局部放电脉冲在XLPE电缆中的传播速度和被测电缆的物理与电气连接结构等参数,确定局部放电源的位置[6,7],如图1所示。

在现场局部放电的测试中,由于外部信号的干扰、高频电流信号在电缆内传输时的衰减、频散和反射特性,单纯的TDR方法一般只适用于短距离电缆局放测试。因为电缆的局放故障多发生于电缆附件位置,可以利用多个HFCT传感器,采用到达时间分析法(Arrival Time Analysis,ATA)对故障电缆接头进行定位。ATA法通过比较局放脉冲到达各个HFCT传感器的时间,判断局放源的位置。基于ATA法的局部放电检测技术,可以在每个电缆接头处安装HFCT传感器,使用同步采样技术,进行长距离电缆的局部放电检测,也可以在某电缆接头附近,安装两个HFCT传感器,判别局放源的方向。

1.2 超高频法

XLPE电缆超高频法(UHF),通过在电缆中间接头或终端接头处放置的超高频天线耦合电缆的局部放电电磁波信号[8]。局部放电激发的超高频电磁波的频带通常在几百MHz到几GHz,检测超高频信号可以有效地避开低频段的噪声及干扰,具有较高的检测灵敏度。

超高频信号在电缆中传播时衰减很大,外置式的UHF传感器可安装于电缆接头附近,若传感器检测到局放信号,即可断定局放源位于电缆接头附近。为准确判断局放源在电缆附件中的位置,可以借助时差法进行定位[9]。局放源辐射的电磁波以一定的速度在电缆附件内传播,并辐射出电缆接头到达传感器。通过在不同位置设置多个UHF传感器,根据电磁波的传播速度和同一局放脉冲到达各个传感器的时间差,确定局放源的位置。

1.3 声发射法

声发射法(AE)通过安置在电缆附件附近的声发射传感器,检测局部放电所激发出的超声波信号。声发射传感器一般采用压电晶体的结构,其检测带宽通常在几十千赫兹到几百千赫兹。声发射传感器与电缆之间无电气联系,可以有效地避免电磁干扰,具有较好的抗电磁干扰性能[10]。

XLPE电缆的局放检测中可以使用空气耦合方式的声发射传感器。在电缆附件附近的空间中,传感器可以耦合到局放源所激发出的超声波信号。由于声发射传感器的检测有效范围较小,可以在电缆附件周围架设多个声发射传感器,用以判断该处电缆接头是否存在局部放电,并通过时差法对局放源进行定位。

2 多传感器局部放电联合定位技术

在现场对XLPE电缆接头或终端接头进行局部放电检测时,单一的检测和定位方法,常易于受到外部信号的干扰[11],其应用具有一定的局限性。本文结合了高频电流法、超高频法和声发射法,提出了多传感器联合检测的局部放电定位方法,以实现对XLPE电缆附件的局部放电源进行定位。多种传感器的联合检测,可以有效地识别出局放信号和外部的干扰信号,提高检测系统诊断的正确性、定位成功率和定位精度[12]。联合检测系统三种传感器的实物如图2所示。

考虑到XLPE电缆附件的电气和机械结构,将HFCT传感器套接在电缆中间接头或电缆终端处的接地线上、或临近电缆附件的电缆本体上,超高频外置式传感器和声发射传感器安装在电缆中间接头或电缆终端的附近,联合定位系统的检测原理如图3所示。

使用三种传感器对XLPE电缆附件的局部放电进行联合检测,并实现对局放源的定位,具体的定位步骤如下:

1)巡检时,使用超高频传感器和HFCT传感器对各电缆中间接头或电缆终端进行检测,判断局放源的大致范围。

2)在有疑似故障的电缆中间接头或电缆终端安装超高频传感器和HFCT传感器。使用两个HFCT传感器判别局放源的方向。

3)对于电缆中间接头或电缆终端处的局部放电,通过HFCT传感器和声发射传感器进行联合的局放源定位。

3 试验研究

为验证多传感器联合检测技术在XLPE电缆附件局部放电定位中的有效性,在实际的XLPE电缆中人工模拟局部放电信号进行检测和定位。

3.1 XLPE电缆反射波试验

为准确对电缆的局部放电进行定位,首先需准确获取电缆内高频脉冲信号的传播速度。试验中电缆试样的电压等级为8.7/15 k V,横截面积35 mm2,电缆总长300 m,搭建试验电路如图4所示。使用脉冲发生器PG模拟局放信号,在电缆的近端向电缆线芯注入脉冲信号,电缆远端开路,电缆外屏蔽层接地,在近端的接地线上安装HFCT传感器。

脉冲发生器模拟局部放电信号,其传播到电缆远端会发生全反射,并沿着线芯传播回电缆近端。利用反射法,计算直达脉冲与反射脉冲的到达时间。在实际的电缆信号传播分析中,由于信号的频散特性,脉冲信号在传播过程中会发生畸变,脉冲的起始沿不易于直接分辨,本文采用AIC法分析信号的脉冲初至时刻,以实现对脉冲到达时间的精确计算,提高定位精度。

AIC方法由日本统计学家赤池提出,是一种衡量统计模型拟合优良性能的标准,可以权衡所估计模型的复杂度和模型拟合数据的优良性[13]。分步的AIC方法首先从脉冲信号中提取特征函数波形CF,为同时反映脉冲信号的幅值与频率变化,CF曲线的提取形式如下所示:

观察得到的CF曲线,选取脉冲初至时刻的一个邻域,计算其间每点的AIC值,并得到AIC特征曲线为

其中:k的取值范围是1~N;σ2m,n表示第m个点到第n个点之间数据的方差。在AIC曲线上搜寻最小点,该点对应的时间坐标即为AIC方法估计的脉冲初至时刻[14]。

使用AIC方法分析电缆反射波试验的脉冲信号波形。HFCT传感器检测得到的信号波形如图5(a)所示,对检测数据使用AIC方法计算其脉冲初始时刻,得到的AIC曲线如图5(b)所示。

从分析结果可以看出,直达脉冲与反射脉冲的到达时间差为3.575μs。电缆试样长度为300 m,由此可以得到HFCT局放信号在该电缆中的传播速度为:通常电缆中局放脉冲的传播速度为160~180 m/μs,试验分析结果与之较为相符。

3.2 XLPE电缆局放源方向的判别

在电缆中间接头或电缆终端的局部放电检测过程中,当发现疑似故障时,可以利用超高频传感器和HFCT传感器对存在疑似故障的电缆附件进行进一步的局部放电分析,并通过两个HFCT传感器信号的ATA法判断局放源的方向。

本文在XLPE电缆近端设置局放缺陷,在电缆近端附近,使用两个一致性良好的HFCT传感器对局部放电源的方向进行判别,试验接线图如图6所示。两个HFCT传感器间距离约为10余米。HFCT传感器检测得到的信号波形如图7所示,并用AIC方法对其到达时间进行分析计算,得到结果如图8所示。

从图中分析结果可以看出,局放信号到达两个HFCT传感器的时间差为70 ns,局部放电信号在XLPE电缆中的传播速度按照电缆反射波试验中计算得到的167.8 m/μs计算,两HFCT间的距离为:l=167.8 m/s×70 ns=11.8 m,计算结果与两传感器间的实际距离较为相符。

3.3 XLPE电缆附件的局部放电定位

当判断局部放电来自电缆中间接头或终端接头时,可以使用HFCT传感器和声发射传感器对电缆附件内的局部放电源进行定位,判断存在局部放电的电缆线路和故障相。

本文在XLPE电缆A相近端使用电子打火器模拟局部放电信号,利用多传感器联合检测技术对上述放电源进行定位,试验电路如图9所示。

HFCT传感器安装在电缆终端本体上,超高频传感器和声发射传感器置于电缆终端附近,其中声发射传感器距离A相电缆端部31.4 cm。三种传感器检测到的放电信号如图10所示。

检测结果中可以看到三种传感器的检测信号。利用AIC方法对局部放电超声波信号的到达时间进行分析,并将其与HFCT传感器信号进行对比,得到分析结果如图10(c)所示。

从图中分析结果可以看出,超声波信号与HFCT信号的到达时间差为912.6μs,由于声发射传感器采用空气耦合的方式,忽略超声波信号在电缆终端内的传播时间。在空气中超声波信号的传播速率按340 m/s计算,局放源距离声发射传感器的距离为:l=340 m/s×912.6μs=31.03 cm,计算结果与实际情况较为相符。

4 总结

多传感器联合检测技术,综合应用了HFCT传感器、超高频传感器和声发射传感器,实现对XLPE电缆附件的局部放电检测和定位。联合检测技术参考多个传感器的检测信号对XLPE电缆的局放源施行分步式的定位方法,提高了电缆附件的局部放电定位效率。由不同的传感器耦合方式对局部放电信号进行检测,可以有效地识别出局放信号与干扰信号,提高定位的准确性和可靠性。