电缆及其附件局部放电超声波检测技术研究进展

电缆及其附件局部放电超声波检测技术研究进展

高航

国营长虹机械厂 广西桂林 541003

摘要：电力电缆是电力系统中使用的一种绝缘线路，主要用于主干线路，以实现大功率电能的传送和分配。高压电力电缆指的是电压在110～275kV、用于电能传输和分配的绝缘电缆。局部放电(partialdischarge，PD)是由于绝缘劣化以及遭受破坏导致的。每次PD都会对绝缘介质造成损害。PD强度将直接影响绝缘介质损害程度。其损害程度越高，绝缘介质的绝缘强度越低。PD会引发电脉冲、超声波、局部发热等现象，对于电缆的运行和使用均存在较大的安全隐患。因此，PD检测作为可及时发现PD的主要方法，对其进行相关研究非常重要。

关键词：电缆;附件;局部放电;超声波;光纤

引言

电缆线路具有供电可靠性高、安全性好、不占地面空间等优势，已经成为城市配电网建设的主要方向，并逐渐在钢铁、石化、煤矿等工矿企业电网中广泛应用。配电网系统中电缆敷设环境复杂隐蔽，分支众多，一旦发生电缆故障，不易定位，给故障的排查和检修带来诸多不便。目前通用做法是利用配电网自动化系统或故障指示器等设备定位出故障区段，然后在设备停电后再采用离线式测距设备定位故障点，整个过程需要花费大量时间和人力。因此，现场用户更加关注在线监测或定位系统的应用及发展。

1基于压电晶体的局放超声波检测技术

压电晶体传感器称为PZT(压电)传感器和由陶瓷芯片组成的AE(声发射)传感器。当陶瓷芯片两端都有超声波作用时，芯片两端由于负极作用而产生电负荷，用超声波机械振动形成替代电力，超声变化转化为电压变化，通过对电信号的分析得到AE传感器输出信号极低，需要由前置放大器放大，前置放大器通常由三部分组成。第一部分是具有抗干扰性和电击防护的入门级放大器，它需要广泛的动态输出范围，以满足局部超声检测带宽要求；二级设有通滤波器，消除与信号无关的噪声，防止信号被埋在噪声中，提高系统信噪比；第三层是缓冲放大器，其主要功能是扩大信号、降低输出电阻和提高负载能力；此外，由于前置放大器包含许多活动组件，因此需要稳定、低功耗的直流电源。

2电缆金属屏蔽传统测试方法

中低压电力电缆金属屏蔽层等效电路阻抗主要包含电阻、电感参数，而电阻参数可直观反映电缆金属屏蔽连接状态，因此传统检测方法主要采用直流回路电阻法。即在线路停役状态通过注入直流、检测电压参数，获取电缆金属屏蔽回路电阻参数。直流回路电阻法需要将电缆金属屏蔽一侧的接地端断开，注入直流电流测试直流电阻参数。双回路电缆线路金属屏蔽直流回路电阻法原理为:R1+R2=U0/I0。其中，R1，R2分别为第1条、第2条支路电缆金属屏蔽电阻;I0为注入直流电流;U0为直流响应电压。三回路及以上电缆线路金属屏蔽直流回路电阻法原理为:Rij=Uij/Iij=Ri+Rj。其中，i≠j，i和j为电缆金属屏蔽支路序号，均为正整数;Iij为注入直流电流;Uij为注入直流电流对应的直流响应电压;Rij为支路ij电缆金属屏蔽的电阻。中低压电力电缆金属屏蔽传统带电测试方法具有测试干扰小、接地处置灵活等优点，但是需要线路停役并拆除接地引线，测试周期长，不利于大范围普测，为此文中提出一种电缆金属屏蔽接续状态带电测试方法。

3电缆及其附件局部放电超声波检测技术的应用

3.1局部放电监测预警

国内外研究成果和运行经验表明：交联聚乙烯电力电缆绝缘介质的树枝状老化能够决定电缆的使用寿命，建议采用局部放电测量等有效手段来定量分析电缆绝缘的树枝状老化程度[。通过在电缆终端的屏蔽层接地线上安装高频传感器，用于采集局部放电信号；高频传感器和监测定位装置之间通过同轴电缆相连。该监测方案可以对电缆终端头和电缆本体进行局部放电监测。当局部放电的幅值、频次有异常变化时，监测系统及时发出警报，还可通过监视局部放电信号的长期变化趋势，进行趋势报警，在电缆故障前提前发出警告。

3.2基于光纤Sagnac干涉结构的局放超声波检测技术

传统的Sagnac圆形干涉系统(Sagnac)使用平行姿态结构，导致相同的定位结果，对应于光学轨道上的两个对称位置，无法精确定位。在线性Sagnac振动检测系统中，激光器a发射的激光器，通过耦合器b的6个端口，延迟光纤，耦合器c，传感器光纤1，光纤传感器m，传感器光纤2，传感器光纤d，传感器光纤2，光纤传感器m，传感器光纤1，传感器c，传感器b的4个端口，传感器c的4个端口，光纤 m光纤传感器探头，m光纤传感器，m光纤传感器6端口光与开关b干扰形成干扰带，e光电探测器将局部超声信息载体光信号转换为电信号，f数据采集模块采集电信号，最后对收发机进行分析并显示电阻。

3.3护层环流监测预警

当电缆正常带电运行时，会在电缆的金属护层上感应出环流，正常情况下护层环流很小。当发生电缆外护套绝缘下降、接地不良、金属护层接地错误等问题时，护层环流会异常增大，对电缆运行安全造成威胁。护层环流传感器安装在电缆终端的金属屏蔽层接地线上，用于采集护层环流信号，然后送给监测定位装置。当护层环流有异常变化时监测系统及时发出警报，还可通过监视护层环流的长期变化趋势，进行趋势报警，保障电缆安全运行。

结束语

随着现代科技的不断发展，人们对电能的使用需求逐渐提升。为保证人民生产及生活用电，需要重视电能输送电路的保护。高压电力电缆是众多工业企业、煤矿的主要电能输送线路。为保证电缆的安全性，需对PD实行检测。基于此，本文提出WT和SVM相结合的高压电力电缆PD检测方法。经测试，该方法可有效降低PD信号中的噪声，保证了降噪后信号的完整性，实现了精准识别。

参考文献

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