高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究

高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究

张剑彪

国网山西省电力公司太原供电公司，山西省太原市 030000

摘要：高压属于电力系统重要组成部分，高压电缆局部放电带电检测技术受到重视。虽然局部放电带电检测技术已经具有了一整套技术体系，但是高压电力电缆试验方法与检测技术的现场使用效果还有待提高。本文针对目前带电试验与检测中抗干扰性能中的问题，提出了新的基于改进措施。

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。

1电缆的局部放电及其原理

局部放电是指当外加电压在电气设备中产生的场强足以使绝缘部分区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电通道的一种放电现象，高压电缆的绝缘劣化主要就是由于这个原因。电缆的绝缘性能决定着其局部放电量，而电缆能否安全、无缺陷地运行一定程度上也正是由其局部放电量的变化决定的。

这种电气设备绝缘内部存在缺陷的局部放电现象放电能量虽然并不大，短时间内不会引起整个绝缘的击穿，但是在长期工作电压的作用下，局部放电会使绝缘缺陷变大，进而会使整个绝缘都发生击穿。局部放电主要有表面放电、内部放电和尖端放电等。

电缆系统局部放电的基本原理大体相同：当电缆的绝缘本体、电缆接头存在一定缺陷时（如微孔、杂质及半导电电极表面突起或凹陷），有可能会发生局部放电现象，产生脉冲电流信号。这种信号由于绝缘介质不同特性的原因，所表现的频率大小也各不相同，一般产生高频脉冲信号，其频率在300kHz以上，会在电缆线路的回路中传播，可以沿着电缆的屏蔽层传播，这样就可以在电缆外层屏蔽的接地线上，通过高频电流互感器来耦合这类高频电流信号。引起电缆局部放电的原因主要包括：微空穴或不同介质交界面接触不良而产生局部放电、径向不对称而产生局部放电、热效应产生脱层、接头处半导体均压层处理不良、处理半导体均压层时对绝缘产生损伤及外皮接地不良等。

2现有高压电缆带电检测中存在的主要问题

在现有的高压电力电缆检测技术条件下，随着检测信号频率的增加，信号的幅值衰减愈加严重，信号的迟滞效果愈加明显。也就是说，局部放电信号中的高频成分衰减现象明显，其相位也发生了极大偏移，采集到的高压电力电缆波形的畸变问题突出。

目前被广泛应用的自动聚类方法主要存在的问题有：

（1）聚类数量的选取存在一定的问题，聚类数量的人工选取方式，还存在一定的弊端，例如，很难得到最优聚类个数。

（2）聚类算法通过不断迭代，最终逼近最优解。其对初始值的选取比敏感，若初始值不合适，常常无法逼近全局最优解，迭代过程只能徘徊于局部最优解处，导致分类错误或失败。

（3）对数据集样本的要求比较高，难以对任意两个聚类簇有一定交集的样本集进行处理，数据簇合理分离能力较弱。

对于局部放电检测来说，常规模糊聚类方法己经不能满足当前的自动化、智能化需求。因此，本文采用交互式自动聚类算法，以实现多放电源信号自动分离功能，以及多种聚类方法和聚类个数之间的自动优化功能，选择最佳优化效果，从而更适应局部放电聚类分离中实际面临的复杂问题。

3高压电缆局部放电检测应用技术分析

（1）局部放电仪

由HFCT传感器、信号处理采集单元和终端显示笔记本计算机组成，计算机上有数据测试软件和分析诊断软件。

（2）接线步骤

①主机DC5V电源接口与电源模块用电源线相连；②主机SYN接口与同步器用同步线相连，一般选择电源同步；③HFCT传感器与主机通过数据线相互连接，4个通道CH1～CH4可任选一个；④主机NET网口与电脑笔记本用网线连接，并将主机接地螺栓用引线接地；⑤将HFCT传感器卡到电缆本体上，接近终端头或中间接头处。

（3）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。

（4）试品测试

①设置数据保存路径；②数据采集：点击“开始”进行数据采集，并同时调整参数到最佳位置，仪器默认数据采集数20000点刷新一次，接近20000点时点击“存储”，分别保存波形文件（.wfma）和参数数据（.chra）；③点击“暂停”停止数据采集。

（5）注意事项

①电磁干扰一般来源于电源，测试前加电源同步器；②线圈卡的时候注意方向，ABC三相方向应一致，用于放电信号的相位定位。

4高压电缆局部放电检测应用技术分析

4.1电感耦合法

电感耦合法是通过高频传感器从局部放电信号产生的磁场中提取信号，并将检测到的脉冲电流信号转化成电压信号。电缆附件绝缘缺陷产生的部分局部放电信号将沿着电缆接地线或者交叉互联线进行传播，会在垂直于电流传播方向的平面上产生磁场，电感耦合法正是从该磁场中提取放电信号。电感耦合法以宽频带罗氏线圈型电流传感器技术最为成熟，应用最为广泛，其核心检测频率范围在3-30MHz之间。

电感耦合法由于其技术成熟、现场安装方便，操作简单，且抗干扰能力较好，现已广泛应用于电缆附件局部放电缺陷检测与定位。

4.2特高频检测法（UHF）

当设备内部产生局部放电时，会沿着设备非金属屏蔽表面泄露出特高频电磁波信号，通过特高频传感器可对该部分电磁波信号进行提取。特高频检测法核心检测频带在300MHz-3GHz之间，特高频检测技术在变压器与GIS局部放电检测方面应用较为广泛。

通常情况下，高压电缆中间接头均存在金属外壳，当电缆中间接头内部缺陷产生局部放电信号时，由于金属外壳的信号屏蔽作用，仅有非常少的局部放电信号能够泄露出来，因此特高频局部放电检测法在高压电缆中间接头局部放电检测应用较少。与电缆中间接头存在金属外壳结构不同，高压电缆终端接头有环氧树脂法兰，电缆中间接头内部产生的局部放电信号可以从环氧树脂法兰泄露出来，特高频局部放电检测方法现已成为高压电缆附件局部放电普测的重要手段。

UHF检测方法一个主要的优点在于能够进行局部放电定位，通过使用两个或两个以上的UHF传感器，能够较好地对局部放电源进行定位。UHF传感器不需要接触到导体及电缆终端的高压部分，且UHF传感器可以进行移动检测，适用于带电检测。UHF的主要缺点是容易受到现场空间电磁信号的影响，但是对于现场检测来说，可以通过专家系统来识别。

结语

高压电力电缆高频电流检测法检测中，多源放电的情形非常复杂，很难找到一种可解决所有多源放电问题的方法。抗干扰工作必然是多种抗干扰算法结合使用，才能达到最优解。需要指出的是，时频聚类分离算法仍然是最常用的高频电流检测法抗干扰手段，本文所提的分频聚类方法只能作为一个补充手段。

参考文献

[1]石峰．交联聚乙烯电缆耐压试验方法[J]．东北电力技术，2010(1)：47-49．

[2]张名军．单芯电力电缆外套故障寻测方法[J]．东北电力技术，2006(9)：28-30．

[3]廖华年．提高电力电缆工程质量的措施[J]．东北电力技术，2004(10)：16-19．