电缆放电

关键词：

电缆放电（精选九篇）

电缆放电篇1

局部放电是导致电缆绝缘老化的重要因素,它与电缆绝缘材料的击穿过程有着密切的联系[1,2]。因此,研究局部放电特征可以有效地提高电缆的运行寿命[3,4]。

国内外的研究表明,局部放电是随机的一个过程,可以用统计学的方法进行研究[2]。对于单一类型的局部放电脉冲来说,它的幅值分布的累积概率分布与两参数的Weibull分布相符合。对于两种类型的混合放电来说,它的幅值分布的累积概率分布符合五参数的混合Weibull分布[5,6]。笔者以此为基础,总结了电缆的几种典型人工缺陷,并对其进行了试验,得到不同的脉冲幅值分布,与两参数的Weibull分布相对比,研究其放电模式识别中的应用。

1 Weibull 分布

Weibull分布作为本研究的理论基础,主要是用来进行可靠性分析及寿命检验,Weibull分布的形式有单参数,两参数,三参数及混合Weibull分布等。其中,两参数的Weibull分布主要决定于两个因素,它们是形状参数 α 和尺度参数 β。其中,形状参数 α决定分布密度曲线的基本形状,尺度参数 β 虽然不影响分布情况,但它起放大或缩小曲线的作用。改变形状参数可以作为近似正态、对数正态、指数等分布,并且可以表示不同阶段的失效情况。

基于以上理论,可以由W( α,β) 表示两参数的Weibull分布来拟合单一局放源产生的脉冲信号,其分布函数见式( 1) :

其中qm为所测放电信号,qs为测量仪器灵敏度[7,8]。

拟合程度可以用克莱姆检验( 式2) 方法来检验,其中N为脉冲个数,X为放电脉冲幅值,一般认为,W2< 0. 5时接受拟合结果,大于0. 5时应拒绝拟合结果。通过拟合出的 α 和 β 可以推算出很多信息,其中包括每周期平均放电幅值,每次放电的平均幅值,每周期放电次数等参量。

2 试验设计

为了设计试验研究Weibull分布与中低压XLPE电缆局部放电的脉冲幅值统计特性的关系,试验对象采用一根30 m长10 k V交联聚乙烯( XLPE) 电缆,设计的缺陷类型包括针尖电晕,悬浮电极,扎针及割伤四类缺陷( 见图1、2) ,每类缺陷又分别设计了三种规格的试验模型。

根据IEC60270的脉冲电流法来测量局放脉冲,试验电路如图3所示,试验过程为: 加压至电缆产生局放停止加压,该电压维持5 min后降至零,然后再次升压至有局放产生,维持电压1 min,待局放稳定后,记录试验数据。每个模型的加压时间约20 min,局放仪能够记录并分析4 000个工频周期的放电脉冲幅值。

2. 1 电缆内芯针尖电晕模型

针尖模型安装在电缆终端内芯导体处,其尖端曲率半径分别为50 μm,100 μm,150 μm,长度为50 mm。空气中的单点针尖电晕只产生负极性的脉冲,其放电量小且集中。对该模型分别加压至2 k V,2. 5 k V,4 k V时产生放电信号,放电量分别为15 p C,21 p C,32 p C。

2. 2 电缆悬浮电极模型

在电缆终端,以圆铜片电极作为悬浮电极。圆铜片直径分别为16 mm,14 mm,12 mm,厚度为2 mm,对其加压至13 k V时开始出现放电,稳定后测得放电量约为100 p C。

2. 3 电缆本体扎针模型

取一个尖端曲率半径为100 um的钢针,扎入电缆本体,它通过刺透外绝缘、铜带、外半导体层,扎入XLPE绝缘层的深度分别为2 mm,2. 5 mm,3 mm。对该模型分别加压至8 k V,5 k V,4 k V时产生放电,放电量依次为20 p C,42 p C,65 p C。

2. 4 电缆本体割伤混合模型

在电缆本体上刮出不规则形状的绝缘损伤,用刀割开外半导体层会同时伤及XLPE绝缘层。该刮伤的深度,长度和宽度分别为深1. 3 mm,长12. 1 mm,宽11. 3 mm,深2. 1 mm,长12. 8 mm,宽12. 4 mm和深3 mm,长18. 8 mm,宽14. 8 mm。起始放电电压分别为8 k V,7 k V和4 k V,产生的放电量分别为200 p C,400p C,500 p C。

3 试验结果及分析

由于不同的放电类型有不同的脉冲幅值,因此Weibull分布的参数能够表征不同的放电类型。分析以上四种模型的实测数据,用Weibull概率函数拟合放电幅值,用极大似然法估计参数,用克莱姆法则检验估计结果。

如下图4 - 7所示,电缆中不同类型的局部放电的脉冲幅值分布显著不同。针尖模型属于空气中的单点电晕模型,起始放电电压及放电量与针尖曲率半径成正比。由于负极性比正极性下更容易起,该模型只存在负极性放电脉冲。因此只对负极性脉冲进行统计及拟合。其 β 值一般大于30,如图4所示。悬浮电极的正负半周均可以检测到放电信号,其正负极性放电脉冲的 α 值差别较大,但是 β 值都在4 ~10之间,如图5( a) 、图5( b) 所示。扎针试验中的缺陷的正负极性的放电脉冲均能测到,其属于绝缘内部缺陷,其 β 值的取值区间一般在10 ~ 30之间,如图6( a) 、图6( b)所示。割伤极大地损伤绝缘,因此放电量很高,一般远大于100p C,而尺度参数 β 值很小,一般在1左右,如图7( a) 、图7( b) 所示。

通过拟合结果可以看出,对于单一类型的放电,经克莱姆法则检验后W2均小于0. 5,这表示其脉冲幅值分布符合两参数Weibull分布。相同类型的放电具有类似的形状参数 β,而与其他不同类型的放电极其不同。其中,β针尖> β扎针> β悬浮> β割伤,且数值差距很大。不同放电类型的Weibull分布拟合结果如表1所示。因此,形状参数 β 可以作为不同放电类型模式识别的依据。

4 结束语

试验表明,电缆的局部放电脉冲幅值分布拟合出Weibull分布参数值受放电类型的影响。不同放电类型的幅值分布拟合出的Weibull分布的尺度参数 β 差别很大。,因此,局部放电脉冲幅值分布拟合的Weibull分布可以用来识别不同放电类型模式。

电缆放电篇2

a.对1.8/3(3.6)kV 以上的PE 或XLPE 电缆和3.6/6(7.2)kV 以上的EPR 或PVC电缆必须作局部放电试验，

对多芯电缆，必须在每一导体和金属屏蔽之间施加电压，应对所有缆芯进行试验，

b.局部放电试验按IEC-540 规定进行，局放测试灵敏度对EPR、PE 和XLPE电缆≤20pC，对PVC 电缆≤40pC，对21/35、26/35kV 的EPR 和XLPE 电缆≤10pC。

电缆放电篇3

关键词：供电企业；局部放电；振荡波；测试系统

中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0144-02

1 概述

现代城市建设越发重视城市空间的利用，这一点在电力线路的布置上显得尤为突出，与传统的架空布置方式相比，现代电力线路开始以地下掩埋的方式来构建城市电网，埋设在地下的高压电力电缆作为城市电网的主要构架在电力系统中发挥的作用也越来越大。这种地下掩埋电缆的电网构建方式推动着配网设备的检测方法也不断发生转变，粗放式巡检或者故障抢修模式已经不适应现代电力事业的发展，转而代之的是电力设备的状态监测模式，这种模式可以通过实时监测及时发现电力设备的缺陷，提前进行检修和维护，未雨绸缪将电力行业的损失降低到最小，振荡波测试系统是这种监测模式中应用最好的一种。

2 电缆局部放电现象分析

电缆局部放电是指在非常高的电场强度的作用下，电极之间发生的一种未贯穿的放电现象。电缆局部放电通常情况下是由电缆内部绝缘存在缺陷导致的，这种缺陷大多是在生产过程中引起的，当电缆因为输电产生很高的电场强度时，就会在缺陷处发生重复击穿现象。电缆局部放电是一种广泛存在的现象，它不会在很短的时间内形成一种贯穿性通道，通常的表现是：绝缘内气体击穿、小范围内介质的局部击穿、金属表面尖角部位出现击穿放电等。这种放电也不会产生很大的能量，所以对于电气设备绝缘强度的影响也是不大的。但是绝缘介质如果持续出现局部放电，这种微弱的能量会因为累积效应劣化绝缘的介电性能，并逐步扩大局部缺陷，最终致使整个绝缘击穿。电缆局部放电现象与电缆绝缘状况是密不可分的，局部放电的变化情况实际上反映了电缆绝缘状况的变化趋势，因此可以通过对局部放电现象进行监测，然后来实时监测电缆的运行情况，及时消除各种安全隐患，延长电缆的使用寿命。

通常情况下，导致电缆局部放电的典型缺陷主要有以下四点：

（1）在绝缘体中或者绝缘层和半导电层界面处存在的气隙，比如说绝缘体中的刀痕、磨损以及裂缝，放电一般不会大于100pC。

（2）电缆和接头连接处的空腔，如果该缺陷引起电缆局部放电时，一般会分为三个阶段：早期的放电量比较小，而且重复率也比较低；随着电痕的增大，开始进入第二个阶段，这一时期放电量逐渐增大，而且重复率也不断提高；最后，在放电现象消失之前，放电量会逐渐变小，但是重复率却逐渐达到最大。

（3）中性线损坏或者绝缘屏蔽，这种缺陷引起的局部放电，其放电量大多在几百至几千pC，但也很少会导致电缆被击穿。

（4）凸出物或者气隙引发的电树，电树一旦形成，电缆是很容易被击穿的，一般在几分钟到数周的时间内。所以说这种情况是必须要避免的，一旦检测到要及时进行抢修。

3 振动波测试系统及应用实例分析

振动波测试系统，即OWTS系统，该系统能够很好地检测电缆的绝缘状况，它通常由控制单元和高压单元组成。控制单元是带有WLAN功能的便携式手提电脑；高压单元由高压源、谐振电感以及晶闸管开关组成，它能够产生测试用的阻尼振荡电压。在高压单元中还集成了高压分压器以及嵌入式控制器，它们可以协助高压单元完成数据的采集以及局部信号的简单处理。局部信号最终是存储在便携式手提电脑上的，而且控制单元还可以对其进行分析评估。

3.1 振荡电压的产生

振荡波测试系统是通过检测高压振荡波传输过程中被试电缆发生的局放来分析电缆的绝缘状况的。首先将压力值达到预设值的直流电压加载在被测电缆端，然后闭合高压开关IGBT，利用设备电感以及被测电缆的电容产生谐振，这样就会在被测电缆端产生阻尼振荡电压。电缆运行时具有等效性，因此振荡波测试系统在阻尼振荡回路中采用固定电感，然后调节电压振荡频率，使其等于工频或者接近于工频，振动波测试系统的测试原理图如图1所示。

3.2 局部位置的确定

振荡波测试系统在确定部位位置时，采用的是脉冲反射法，其原理如图2所示。

如图2所示，测试的电缆的长度为l，加设电缆的局部放电量的大小为Q，该局部放电点距离测试端的距离为x。脉冲产生后会向两个相反的方向进行传播，假设脉冲经过t1时间后到达测试端，相同的脉冲经过一定时间后到达测试端的对端，然后再反向向测试端传播，总共耗时t2。对两个时间进行求差Δt，就可以计算出电缆局部放电发生的确切位置。

式中，v是脉冲在电缆中传播的速度；t1是电缆产生局部放电的位置上脉冲直接到达测试端所用的时间；t2是电缆产生局部放电的位置上脉冲到达测试端对端后反向传播到测试端的时间。

3.3 测试实例分析

3.3.1 被测线路。以某10kV电缆线路作为测试对象，利用振荡波测试系统对其测试，分析电缆的绝缘状况。该电缆的总长度为764m，电缆的型号是YJV22-3×240mm2，电缆投入使用的时间是2002年。加压的步骤定为：标准脉冲校准，背景噪声测试；电缆的额定相电压为0.5×U0、0.7×U0、0.9×U0、1.0×U0（两次）、1.2×U0、1.3×U0、1.4×U0（两次），其中U0是电缆的额定相电压。

3.3.2 测试情况分析。利用振荡波测试系统，对电缆进行测试，在1.0×U0电压下，被测电缆A相的放电信号如图3所示，可见在信号图上其幅值非常大，最高超过了5000pC。利用脉冲反射法确定出局部放电的位置后，发现测试初始段存在很多的放电信号，而且位置很集中，根据经验可以初步判定终端的内部存在放电缺陷。根据检测结果，检修人员进行解体检查，发现在被测试的电缆A相的终端主绝缘的表面确实存在明显的划痕，经过现场处理修复后，再次测试放电现象消失，如图4所示。

振荡波测试系统的诊断结果是以统计学为基础的，经过滤波后单一以及离散的数据对局放的结果影响甚微，因此该测试系统具有很好的抗干扰性，能够准确地反应局放。实践证明，振荡波测试系统应用到电缆绝缘状况测试中，能够准确定位局部放电位置，对于实时监测电缆缺陷起到的作用非常大。

4 结语

粗放式巡检或者故障抢修模式已经不适应现代电力事业的发展，转而代之的是电力设备的状态监测模式，这种模式可以通过实时监测及时发现电力设备的缺陷，提前进行检修和维护，未雨绸缪将电力行业的损失降低到最小。振荡波测试系统以统计学为基础，而且通过滤波技术增强了系统的抗干扰能力，不仅测试方便，而且测试结果准确度高。振荡波测试系统作为先进的局放监测设备，还具有非常好的工频等效性，相信随着科技的进步，其在未来电力系统中发挥的作用会更加突出。

参考文献

[1] 孙波，黄成军.电力电缆局部放电检测技术的探讨

[J].电线电缆，2009.

[2] 郭琦，赵子玉.用于电力电缆局部放电检测的振荡波测试系统的研制[J].中国电业（技术版），2012.

影响交联电缆局部放电水平的因素篇4

局部放电水平是衡量交联电缆品质的一个重要指标，在中高压交联电缆的国内外标准中，都把局部放电试验作为交联电缆出厂试验之一，因此交联电缆制造企业必须严格控制出厂交联电缆的局部放电水平。本公司具有近30年的中高压电缆制造历史，针对中高压电缆局部放电水平的控制过程，制定了一整套严格的质量控制程序，包括对产品的材料质量、工艺和制造过程的严格控制。在本文中将对影响交联电缆局部放电水平的因素进行详细分析，并介绍对其的控制方式，以控制和提高交联电缆的局部放电水平。

1 导体质量

1.1 导体材料

交联电缆的导体材料是影响交联电缆局部放电水平的首要因素。通常交联电缆导体的主要原材料是铜和铝，生产中一般采用由电解铜或铝锭加工而成的直径8mm的铜杆或直径9.5mm的铝杆。外购铜杆和铝杆时，必须严格控制其表面质量，如果铜杆和铝杆表面存在毛刺、皱边、裂纹等质量缺陷，在绞合时导体表面将会产生裂纹或尖刺，影响交联电缆的局部放电水平，造成交联电缆成品局部放电试验不合格。因此，为保证交联电缆的局部放电水平，应选择含氧量低的无氧圆铜线坯或质量好的电工圆铝杆，圆铜线坯表面不应有皱边、飞边、裂纹、夹杂物及其他质量缺陷，圆铝杆表面也应清洁，不应有皱边、错圆、裂纹、夹杂物、扭结等缺陷及其他的质量缺陷;每批材料进货时均应对化学成分、尺寸偏差、力学性能、扭转性能、电性能和表面质量进行严格检验，特别是20℃时的电阻率和抗拉强度，材料的电阻率越小越好。

1.2 紧压导电线芯的质量

导电线芯绞合紧压时的紧压系数、圆整度和光洁度，以及在绞合紧压过程中产生的金属粒屑，均会影响交联电缆局部放电水平。紧压导电线芯的制造方法有压轮紧压工艺和紧压拉模工艺两种。本公司采用紧压拉模工艺紧压导电线芯，紧压时所用的纳米紧压模是由本公司和上海交通大学共同研发的，该模具可将紧压系数控制在90%左右，可提高紧压导电线芯的圆整度和表面质量，确保紧压线芯表面无毛刺、飞边、跳股等缺陷。为避免紧压过程中产生的金属粒屑黏附在紧压导电线芯上，造成其表面电场畸变，本公司还在绞线机牵引轮之前安置了一台自动除屑装置，当紧压导电线芯通过此装置时，可清洗掉紧压导体在绞合过程中产生的铜屑。这样可使导电线芯表面电场分布均匀，从而大大减少导电线芯表面局部放电的可能性，提高了交联电缆局部放电水平。

1.3 紧压导电线芯的现场存放环境

紧压导电线芯现场存放环境中的灰尘颗粒也会影响交联电缆局部放电水平。如果导电线芯绞合完毕后的储存环境不清洁，导电线芯表面就会黏附灰尘颗粒，这些灰尘颗粒将使导电线芯表面电场产生畸变，造成交联电缆局部放电试验不合格。为此，本公司在紧压导电线芯从绞线机收线架下盘后，立即盖上塑料薄膜防护罩，以防止灰尘或潮气进入紧压导电线芯;并且特别将车间地面制作成环氧地坪，加强车间的定置管理，经常进行车间清洁，以保持车间环境的卫生整洁，图1为导体绞合车间整洁卫生的环境的照片;把紧压导电线芯盘存放到安全地点，避免线盘前后滚动和相互碰撞，确保紧压导电线芯不受损。通过上述措施，可大大减少因紧压导电线芯表面黏附灰尘颗粒，而造成交联电缆局部放电试验不合格的可能性，提高了交联电缆的局部放电水平。

2 交联挤塑质量

2.1 交联挤塑前导电线芯的清洁

如果导电线芯上仍有金属粉末残留，当导电线芯表面电场较高时，也会引起导电线芯表面电场发生畸变，加大线芯表面局部放电的可能性。为了进一步保证导电线芯的表面质量，本公司在交联机组放线辅助牵引之前，安装一台铜丝刷轮清粉装置，以进一步去除导电线芯上黏附的铜、铝金属粉末。该铜丝刷轮清粉装置是由本公司自行设计的，其由三对铜丝刷轮组成，每个铜丝刷轮直径为130mm，宽度为40mm，三对铜丝刷轮均以约120r/min的速度转动，铜丝刷轮的转动方向与导电线芯前进方向相反。通过铜丝毛刷清粉，可进一步将黏附在紧压线芯间隙内的金属粉末去除，降低导电线芯表面局部放电的可能性，提高交联电缆的局部放电水平。

为了进一步保证导电线芯表面干燥清洁，在紧压导电线芯进入三层共挤机头之前，在上牵引处还安装了一个热风装置。该热风装置由一台低速风机沿着与导电线芯前进方向相反的方向将电热丝加热的热风吹在导电线芯上，热风温度控制在60～90℃范围内。该热风装置可进一步吹去有可能残留在导电线芯表面的潮气、金属粉末、灰尘等杂质，使导电线芯以洁净的状态进入挤出机，如图2所示。此外，热风装置还可预热导电线芯，提高内半导电层与导电线芯的黏附程度，从而消除了导电线芯与内半导电层之间的空隙，避免在高电场作用下因空隙产生游离放电，降低交联电缆局部放电不合格的可能性，提高了交联电缆的局部放电水平。

2.2 绝缘线芯挤出质量的控制

交联电缆绝缘线芯挤出时，挤出质量的控制十分重要，应避免因绝缘中存在老胶杂粒(疙瘩、焦化粒子)或脱节等造成交联电缆局部放电不合格，降低交联电缆局部放电水平。绝缘中会存在老胶杂粒或脱节等现象大多是因为未能控制好挤出时交联绝缘料的温度，造成上述现象的原因有：a.挤出速度过快，螺杆转速越快，螺筒内交联绝缘料剪切作用力越强烈，这样使机身局部温度升高，导致绝缘出现老胶现象。因此，挤出时的出线速度应严格执行工艺规范要求，在挤出速度变化后一定要密切关注挤塑机温度的变化。b.交联绝缘料在机筒内停留时间过长，导致一部分绝缘料过早交联，使绝缘线芯在出模时表面出现凹凸不平。由于交联绝缘料在115℃以上环境中停留超过15min就会逐步出现预交联，时间稍长就会形成块状物，因此交联绝缘料在机筒内的停留时间应严格执行工艺规范要求，且挤出温度不能过高，温度变化应尽可能小。c.交联绝缘料中基料质量太差，挤出时易造成绝缘老胶。因此，采购绝缘料时应对其质量加以严格监控，以确保挤出时绝缘线芯的质量。d.过滤网衬垫位移造成了分流板处的交联绝缘料压力分布不均匀，形成流道死角，易产生绝缘老胶，当过滤网位移或过滤网层数、目数不够，失去了部分过滤作用，经过长时间生产后，上述绝缘老胶逐渐积累在螺杆头部，最终在挤出绝缘时被带出。挤出的绝缘层内混入的绝缘老胶杂粒，使绝缘线芯表面凹凸不平，出现突起块状物，这些均会造成交联电缆局部放电不合格。因此，在挤出时应确保过滤网衬垫、过滤网不发生位移，选择合适的过滤网层数、过滤网目数，以确保挤出时绝缘线芯的质量。此外，还应严格控制挤出的半导电层质量，确保其塑化均匀，表面光滑、圆整、外径均匀一致。只有严格控制绝缘线芯和半导电层的挤出质量，才能避免因老胶杂粒或脱节等造成交联电缆局部放电不合格的可能性，提高交联电缆的局部放电水平。

3 金属屏蔽质量

提高金属屏蔽质量是提高交联电缆局部放电水平的关键。交联电缆局部放电水平的高低，在很大程度上取决于金属屏蔽的质量。目前三芯交联电缆基本上都是采用厚0.1mm，宽35mm的软铜带进行金属屏蔽。在铜带的韧炼过程中应保证温度分布均匀，严格控制韧炼温度的升温、保温和冷却时间，避免铜带出现严重氧化及翘边现象。在铜带的韧炼、搬运和复绕过程中应避免机械损伤，特别要防止铜带出现卷边现象。在铜带绕包过程中应保持绕包平整、紧密、搭盖均匀，没有皱折。如果铜带存在严重的卷边现象，在绕包时铜带的卷边会嵌入屏蔽层内，严重时甚至会嵌入绝缘层内，造成电缆的局部放电试验不合格。据统计，导致电缆半制品局部放电试验不合格的原因有30%左右是屏蔽时所用的铜带(或铜丝)出现皱折和卷边。因此，在铜带的韧炼、搬运、复绕以及绕包过程中应尽量避免铜带(或铜丝)出现皱折和卷边的现象，以降低交联电缆局部放电不合格的可能性，提高交联电缆的局部放电水平。

4 电缆生产过程中的防护

本公司严格规定每盘交联电缆都要进行两次局部放电检测，一次是在金属屏蔽后，对全部电缆半成品进行局部放电试验，局部放电试验不合格的半成品将不得进入下道工序;另一次是在成品后进行，对全部整盘交联电缆进行成品出厂局部放电试验，不合格者不准出厂。有时在交联电缆两次局部放电检测中发现，金属屏蔽后半成品交联电缆的局部放电试验测得的数据很好，但到了成品交联电缆检测时，局部放电试验不合格。我们对引起上述现象的原因进行了分析，发现局部放电试验不合格的成品交联电缆有40%左右是在成缆或装铠生产过程中遭受过碰撞或擦伤等外界机械损伤，其他或因电缆端头过分弯曲而遭受损伤。因此，在交联电缆生产时应加强现场定置管理，防止绝缘线芯半成品在车间现场搬运、储存过程中撞伤或擦伤;加强操作工的技术、管理、责任心的培训教育，提高其技术及现场管理水平，严防交联电缆半成品在生产过程中遭受磕、碰、撞等外界机械损伤。这样才能避免因生产过程中外界机械损伤造成交联电缆局部放电不合格的可能性，提高交联电缆的局部放电水平。

5 试验室环境质量

5.1 试验室油污染的控制

目前，中压交联电缆的局部放电试验一般都采用油终端，所用的油大部分采用变压器绝缘油。虽然每次试验过程中油用量不大，但长时间使用，油内会慢慢积累一些铜屑脏物，如没有及时更换油，将会使局部放电试验时测得的试验数据偏大，导致测试数据不真实。为此，在局部放电试验时应注意油终端的清洁程度，如发现油中有杂物，必须及时更换，以确保交联电缆局部放电试验结果的真实可靠。

同时，局部放电试验室中还应配备接油装置或器具，避免油污染试验场地，当需要测试的电缆数量较多时，试验人员在安装试验油杯时应特别注意，避免试验场地的地面上多处积油，以免试验人员滑倒。如果局部放电试验室地面长期积油，会逐渐腐蚀绝缘地坪，造成地面坑洼不平，影响试验环境的整洁卫生。为了保护绝缘地坪，本公司在绝缘地坪表面覆盖了一层钢板对水泥地坪加以保护，并且把试验室地面做成环氧地坪，保持地面的整洁卫生。图3为洁净卫生的局部放电试验环境。因此，保持局部放电试验室的环境整洁卫生，是确保交联电缆局部放电试验顺利进行不可忽视的一个环节。

5.2 试验室潮气的控制

为了防止局部放电试验设备受潮，需经常进行设备卫生清洁。特别是本公司地处长江三角洲，靠近杭州湾，每年的5月底至7月初是黄梅季节，局部放电试验室环境非常潮湿，易造成局部放电试验设备内的某些部件在试验时突然短路烧毁，严重影响了局部放电试验的正常进行。为此，本公司在局部放电试验室内特地安装了除湿机和烘干机，及时消除潮气，并经常保持设备的清洁卫生，防止试验设备出现受潮短路现象。因此，保持局部放电试验室的环境整洁干燥，是确保交联电缆局部放电试验顺利进行不可忽视的又一个环节。

6 结束语

交联电缆生产和测试时，除了严格控制上述几种因素外，还应合理采取其他一些措施，以提高交联电缆局部放电水平，例如加料间采用全密封式，并安装100级空气净化与空调装置;进出人员必须严格执行换衣、换鞋制度;加料间门口安装风淋装置，并严格执行风淋制度;内外屏蔽材料和绝缘材料运进、运出料房时，必须严格执行相关制度等。

综上所述，只要严格控制原材料的进货质量及每道工序的过程质量，采用正确的生产工艺，严格执行工艺步骤去分析和控制，严格执行工序控制制度，排除各种不利因素，就能确保产品的质量，最终提高交联电缆的局部放电水平。

参考文献

[1]蒋佩南.提高交联电缆产品质量的途径[C]//交联电缆论文集.上海:上海电缆研究所信息中心,2008.

[2]蒋佩南.交联聚乙烯电力电缆生产工艺规范[C]//交联电缆论文集.上海:上海电缆研究所信息中心,2008.

[3]钱志明.浅析高压交联电缆绝缘线芯质量缺陷的控制[J].电力建设,2006(9):66-67.

电力电缆局部放电模式识别技术分析篇5

关键词：电力电缆,局部放电,模式识别

由于各方面原因导致电力设备出现一定故障时, 会对人们生产和生活造成十分严重的影响, 轻则会出现大范围的停电, 严重时可能导致电力系统的崩溃。因此, 在电力资源的供应过程中, 急需一种完善的电缆绝缘程度的测试系统, 通过运用这类测试系统, 可使技术人员及时掌握电力电缆的实际情况, 并及时发现可能存在的安全隐患, 为电力电缆的维修和保养提供依据, 从而有效减少电力电故障发生的几率, 从根本上提高电力资源供应的稳定性和可靠性。

1 传感器设计

1.1 线圈匝数

在对线圈匝数进行设计时, 不仅需要对信号强弱进行充分了解, 还要结合线圈的自积分条件, 另外还需对这两项因素对信息传输时间的不同影响进行全面分析。各物理量之间的数学表达式为:

在公式 (1) 中, p代表线圈之间的匝间距;L代表线圈框架横截面的实际周长。由数学表达式课件, 传感器的线圈匝数 (N) 与信号传输时间 (T) 呈正比例关系。如果目标导线的位置并没有处在传感器线圈的中央, 则在传感器线圈中, 不同位置上的电动势时间会存在一定的差异, 进而导致信号出现不同程度的畸变。在信号的传输过程中, 线圈会在原有信号的基础上施加一定程度的振荡, 振荡引起的效果将在4T后逐渐消失, 因此要将信号传输时间控制在电流上升时间的4倍之内, 从而降低振荡对信号传输的影响。另外, 在线圈之间会存在一定匝间电容, 绕线的层数通常仅为一层, 因此在确定线圈匝数时还应对磁环骨架进行充分考虑。线圈匝数并不是越多越好, 还需对线圈灵敏度及信号传输频率进行全面考究。

1.2 线圈骨架

对于线圈的螺线管而言, 通常可选用不具有磁性的材料作为线圈的骨架。在确定线圈骨架之前, 还应对线圈的内阻、互感及误差等因素进行全面考虑, 在实际情况中, 圆形线圈的应用较为广泛。线圈骨架的材料可根据线圈的自积分条件进行选取, 主要分为绝缘和磁性材料。通过分析和研究得知, 具有一定磁性的线圈骨架在应用时会发挥出最佳效果, 较为常见的骨架磁性材料有锰锌铁氧体。由此这种线圈骨架材料具有一定导磁率, 并可用频率函数表达, 所以该磁性材料具有截止频率, 如果实际频率超过限度, 磁性材料的导磁率随之受到影响, 通常情况下, 导磁率与频率呈反比关系。与锰锌铁氧体相比, 镍锌磁性材料具有更低的导磁率初值。所以, 在高频信号传输的方面, 镍锌磁性材料的应用较为广泛, 然而在低频信号传输领域中, 锰锌铁氧体磁性材料具有显著的效果。根据电力电缆局部放电的特性, 应选用镍锌磁性材料制成线圈的主体骨架。由于各匝线圈存在一定程度的串扰, 所以应在磁环和漆包线之间均匀涂上一层绝缘漆。为确保导线的均匀分布, 防止震动引起的影响, 应选用固定胶对导线加以固定。

2 电力电缆局部放电抗干扰

2.1 局部放电信号自消耗

如果电力电缆发生局部放电, 则会出现一系列的关联影响。在电力电缆的局部放电过程中, 由于能量会在短时间内得到释放, 所以会出现超声波等类似的现象。这项特征为电力电缆局部放电的监测提供了突破点, 在监测时可选用特定的传感装置获取电力电缆的局部电信号, 从而到达监测的目的。在一定情况下, 将多台传感装置的电信号进行结合, 可有效减低局部放电监测的误差。目前, 常用的电信号传感器主要有三种, 分别为电流型传感器、电容耦合型传感器以及电磁波性传感器, 在使用的过程中, 可将两台或者是多台传感器进行配合使用, 达到测试电信号产生到终止所需时间的目的, 由于局部放电信号存在一定自消耗, 所以可以此为基础建立滤波器, 从而大幅提高电信号的信噪比。

2.2 屏蔽滤波器自销噪

在对局部放电信号进行屏蔽滤波器自销噪研究时, 为达到电信号销噪的目的, 还需在原有电流型传感器上添加另外两类传感器, 测量系统及设备。在测量过程中, 录波仪会将传感器的不同电信号进行获取及储存, 录波仪的采样频率为10MHz。将电力电缆局部放电的信号与其自噪声的信号进行叠加, 得到信号。局部放电信号实质上就是录波仪所获取的传感器电信号, 然而对于信号的自噪声而言, 通常会选用一个平稳的高斯随机过程进行对应的描述, 并通过计算机仿真技术进行操作和实现。

3 基于神经网络的电缆局部放电模式

3.1 模式识别

在计算机技术迅速发展的影响下, 相应的技术和方法也得到了快速的应用, 模式识别就是一种基于计算机技术的设备故障诊断法。通常情况下, 可将存在一定共性的模式集合称作模式类。模式识别实际上就是借助计算机技术来完成对应的识别任务, 该方法还能将目标对象的模式进行科学分类。

3.2 结构算法

由于神经网络的结构、算法及性能存在一定差异, 所以可根据具体功能将神经网络进行分类。根据结构要求进行分类, 可将神经网络分为反馈型及前馈型;然而如果根据性嗯呢该进行分类, 则又可将神经网路分为连续性及随机性。如今, 较为常见的神经网络有BP、Hamming及ART等。

3.3 局部放电模式识别

在局部放电模式识别中, 通常选用BP神经网络。BP神经网络运用梯度下降法, 达到权值修正的目的, 进一步进行收敛, 局部放电模式识别的计算过程主要为两个阶段, 分别为前向传播和反向传播, 重复这两个阶段的运算, 直至完成收敛, 最后通过BP神经网络, 带入信号的特征相量, 完成局部放电的模式识别。

4 结束语

在经济不断发展的影响下, 人们的生活水平得到了显著的提升, 这也推动了电力行业的快速发展, 使其成为我国重要的支柱性产业。相应的电缆绝缘程度的测试技术也得到了长足的进步, 尤其是电力电缆局部放电模式识别技术, 相信通过不断的努力, 该技术水平会上升到新的高度。

参考文献

[1]王晓蓉等.电力设备局部放电测量中抗干扰研究的现状和展望[J].电网技术, 2011 (06) :11-15.

电力电缆局部放电信号的检测技术篇6

关键词：电缆,局部放电,检测

1 概述

电力电缆在投入运行之后, 会受到电、热、机械和化学等的因素影响而发生老化, 从而影响其寿命。经过了一定的使用年限之后, 高压电缆的绝缘性能都会呈现不同程度的劣化。电缆劣化主要表现在电缆绝缘电阻的下降, 绝缘介质损耗的增加, 泄露电流的增加, 严重时会在绝缘劣化的部位产生局部放电。

电力电缆在发生局部放电时, 会发出频带很宽的电信号, 激发电磁波。通过对运行中电缆局部放电信号的检测, 可以实现对电力电缆绝缘状态的有效评估。本文在对电缆局部放电的现有检测技术的基础上, 重点分析了电磁耦合法对电缆局部放电信号的检测技术, 并对电缆局部放电检测中常见的干扰及其种类做了总结分析, 提出了软件及硬件两方面的去噪措施。

2 电缆局部放电的检测方法

电缆局部放电的检测就是完成对电缆绝缘劣化部位所可能发生的频域很宽的放电信号进行检测。常用的电缆局部放电检测的方法主要有差分法, 电容传感器法等[1,2]。

2.1 差分法

差分法就是在电缆绝缘连线盒两边的护套上各贴一对金属箔电极, 通过这些电极进行局部放电信号的采集。差分法局部放电在线检测如图1所示。图中C1为外护套线芯与金属箔电极间的电容;C2为金属护套处线芯与金属箔电极间的电容;C3、C4为外接电容, Zd为外接阻抗。差分法检测电缆局部放电不必加入专门的高压源和耦合电容, 也无需改变电缆的连接方式。

采用差分法检测电缆局部放电, 当绝缘连接盒一侧的电缆发生局部放电时, 另一侧的电缆可以充当耦合电容, 将局部放电脉冲耦合至高阻抗Zd上, 耦合的信号经放大后输入示波器、频谱分析仪等仪器进行分析处理。在差分法检测过程中, 信号采集、检测的频率范围约为3-12MHz。若频率高于12MHz, 则能量损耗将导致高频信号大幅衰减, 从而明显降低检测的灵敏度。差分法检测电缆局放信号由于可等效为桥式电路, 故对外界噪声有很好地抑制作用。

2.2 电容耦合法

电容耦合法是将靠近接头的电缆剥去部分金属护套, 将金属箔缠于露出的电缆外半导电层上作为耦合传感器。耦合传感器的安装并没有破坏到电缆的主绝缘。电容耦合法的结构图如图2所示。通过调整剥去护套的长度、金属箔长度、以及金属箔和护套之间的长度, 可以获得最佳的传感器信噪比, 并且可以通过研究信号到达两个传感器的时间差来实现对局放信号的定位。

3 电缆绝缘局部放电信号的电磁耦合法检测

除了上述的电力电缆局部放电信号的检测方法中, 在其他局部放电检测中广为应用的电磁耦合法也得到了广泛的关注[3]。电力电缆绝缘系统内部的局部放电源可以看成是一个点脉冲信号源, 即由放电产生电磁扰动, 并随时间变化而在空间产生的电磁波。电磁耦合法是将电缆接地线中的局部放电信号通过电磁耦合线圈与测量回路相连, 不需要在高压端通过耦合电容器来取得局部放电信号, 因此适用于电缆敷设后的交接验收试验和运行中的在线监测。此外, 电磁耦合法是通过电磁耦合来测量局部放电电流, 由于在高压电缆和测量回路间没有直接的电气连接, 从而能很好地抑制噪声。

对电缆局部放电信号进行电磁耦合检测有明显的优点, 可以极大提高测量灵敏度, 有效消除外界干扰并可看清局部放电脉冲的真实形状, 从而有利于判断绝缘系统中放电的性质和来源。由于电磁耦合法具有宽频带、小巧灵活、操作安全、抗干扰性较强等特点, 能更加真实地反映脉冲波形等优点, 正在被广泛的研究和应用。

考虑到我国电力电缆的实际情况及电缆绝缘中局部放电的特点, 电磁耦合法的传感器可以选用宽频带罗氏线圈, 来感测高压电力电缆中的局部放电信号。罗氏线圈是由一组导线圈绕在一个非磁性骨架组成, 主要是基于安培环路定理和电磁感应定律测量电流。与传统的电流互感器相比, 罗氏线圈本身并不与被测电流回路存在直接电的联系, 因此它与电气回路有良好的电气绝缘。线圈骨架采用非铁磁材料加工而成, 使传感器没有磁饱和现象, 即使被测电流的直流分量很大, 它也不饱和;测量范围宽, 可以测量几安培到数百安培的电流, 且线性度好, 稳定可靠。这种线圈结构简单, 易于加工和安装, 同时具有从几Hz到几百MHz的响应频率范围, 因此可用于电缆局部放电信号的检测。

通过罗氏线圈, 可以在很宽的频域范围内感测电缆局部放电信号。对于网状屏蔽的电力电缆, 将线圈直接置于电缆上, 可以通过漏磁场直接检测到放电信号;对于金属屏蔽层将电缆完全包裹的情况, 可将检测线圈置于电缆接头和附件接地线上。

4 电缆局部放电检测中常见干扰的分析

4.1 局部放电检测中干扰的来源及分类

当高压电缆的绝缘层发生老化时, 它就可能会产生局部放电现象, 但在通常情况下, 局部放电量的大小是随着电缆老化的加剧而越来越强烈的, 直到最后绝缘层被击穿为止。由于刚开始的放电量很小, 但在检测现场的干扰却很强烈。因此, 局部放电信号就可能被淹没在噪声中而无法提取出来, 因此有效地消除和抑制干扰是电缆局部放电测量的重要环节。

在电缆局部放电检测的现场, 电磁环境复杂。一般而言, 现场干扰的来源有很多, 电缆自身发热产生的热噪声, 其他电力设备产生的放电干扰, 线路的电晕放电, 传感器耦合到的周围其它设施发射的电磁干扰, 各连接处接触不良带来的干扰、接地系统的干扰以及某些有源设备发射的电磁干扰等[4]。根据干扰来源的不同, 把它分为内部干扰跟外部干扰两类。根据干扰在时域的波形的不同性质, 可以分为白噪声, 周期性窄带干扰和脉冲型干扰。检测过程中干扰的种类、时域波形和频谱分布均比较复杂, 还存在一定的随机性, 电磁耦合法所采集的信号也主是高频信号, 信号的衰减非常迅速, 因此有效的抗干扰措施非常重要。

4.2 抗干扰措施

为消除或抑制这些干扰, 保证电缆局部放电信号测量的可靠性, 提高电缆局放检测的灵敏度, 在电缆局部放电的现场测量中必须在硬件及软件上都采取相应的措施。在硬件方面, 除了注意现场各元件的电磁屏蔽设计及安装外, 可选择性地提取较高频段的局部放电信号, 这可以在一定程度上消除干扰的影响。同时在最有可能发生局部放电的电缆附件附近多安装一些电磁耦合测量传感器, 并在耦合信号的传感器一侧安装滤波器, 这样可以滤除一定的干扰信号。

随着数字信号处理技术的迅速发展, 人们越来越广泛的考虑小波分析法进行信号软件去噪。小波分析是一种信号的时间—尺度 (时间—频率) 分析方法, 它具有多分辨率分析的特点, 而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力, 在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率, 在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率。通过把捕获的电缆局部放电信号传输到计算机中, 利用小波对局放信号进行有效的数字处理分解与重构, 从而消去噪声, 获得所需要的电缆局部放电信号。在实际的电缆局部放电信号处理中, 我们对干扰信号的抑制可以通过把硬件去噪和软件去噪两类方法相结合, 来完成对局部放电信息的有效提取。

5 结语

本文主要针对电力电缆局部放电的检测技术进行了探讨分析。在电缆局部放电的现有检测技术的基础上, 重点分析了电磁耦合法对电缆局部放电信号检测的优势, 并对电缆局部放电检测中常见的干扰及其种类做了总结分析, 提出了软件及硬件两方面的去噪措施。在硬件方面有效地进行电磁屏蔽设计, 在靠近可能放电部位增加传感器的布置。在软件方面, 借鉴最新的数字信号处理技术, 采用小波分析实现对局部放电信号的有效识别。

参考文献

[1]陆志雄, 沈谅平.XLPE电力电缆局部放电检测技术综述.湖北电力, 2004.

[2]韩伯锋.电力电缆试验及检测技术.中国电力出版社, 2007.

[3]罗俊华, 邱毓昌, 马翠娇.基于局部放电频谱分析的XLPE电力电缆在线监测技术.电工电能新技术, 2002 (1) :38-40.

电力电缆局部放电测量小波降噪技术篇7

中压(M V)和高压(H V)电力电缆已越来越多地应用于电力系统。传输和安装过程易造成电缆本体及其附件的故障或者缺陷。安装后,电缆绝缘和附件可能包含小的孔隙、污染和不同界面的尖角。到目前为止,新电缆的安装后测试和老电缆的诊断测试一般包含耐压测试、tanδ测试、等温松弛电流(IRC)测试、介电谱测试、回复电压测试和局部放电测试等,而较常用的方法为耐压测试和局部放电测试。局部放电检测不仅能发现缺陷而且能评估缺陷的严重程度,被证明是最有效的电缆绝缘评估技术。小波变换技术能实现时域和频域的同时局部分析,被广泛应用于信号处理领域。

1 现场电缆的局部放电测量和小波降噪

1.1 测试方法

电力电缆的现场P D测量开始于对电缆加电压应力,在增加的电压应力下,缺陷产生局部放电。局部放电信号通过P D测量系统提取。迄今为止,有国际标准(IEC60270)支持的商业应用PD测量系统采用脉冲电流测量法和基于相位的统计分析法,一般实现离线测量,需要外加电源。主要的测试方法为振荡电压波法(OVW)、超低频法(VLF)和变频谐振测试法(FTR),其电压波形分别如图1 a、b、c所示,用于模拟电缆运行时的电压应力。前2种方法一般用于M V电缆,后1种方法用于H V电缆。局部放电测量的O V W电压振荡频率典型值从几十到几百赫兹,VLF电压的典型频率为0.1Hz,FTR电压的典型频率为30~300Hz。

1.2 信号提取

缺陷放电将产生电流,IEC60270测量系统是通过检测电路将电流转换为电压信号实现P D测量。典型放电脉冲的上升时间只有几纳秒,而且脉冲宽度仅1 0纳秒级。放电脉冲的形状是由缺陷的形状和大小以及应用的检测电路决定的。通常,检测电路为R C阻抗电路或者RLC阻抗电路,如图2a和b所示。

R C阻抗电路的输出电压脉冲一般用衰减指数脉冲(DEP)表示,而RLC阻抗电路用衰减振荡脉冲(DOP)表示,其数学模型为:

式中,A表示脉冲峰值,t1、t2为衰减系数,fc为振荡频率。相应的脉冲波形如图3 a和b所示。

1.3 局部放电测量的离散小波降噪技术

从信号中移出干扰和噪声是D W T技术的应用之一,通常采用如下3个步骤来实现:信号分解;采用阈值法对高频系数进行修改;信号重构。D W T能遵循多分辨分析(M R A)方法用不同的频率分辨率将受污染的信号进行分解。D W T多分辨分析的实质等效为借助一对滤波器对时域原始信号进行滤波,即分解高通滤波器(D H F)和分解低通滤波器(D L F)。分解时,原始信号通过D H F产生高频系数,而通过D L F产生低频系数。低频系数按照分解尺度进一步分解直到频率分辨率满足要求。信号小波分解后,通常一些系数能量与噪声和干扰有关,而另一些系数能量与实际的有用信号有关。而实际上,从D W T系数把噪声干扰能量和信号能量分开是相当困难的,甚至是不可能的。因此,小波降噪通常采用阈值法来减小噪声系数,保留信号系数。阈值法分为硬阈值法和软阈值法,其表达式为:

式中,x为被分解的系数,T为阈值,y表示阈值化后的系数。信号的重构为分解的逆过程,即I D W T变换。低频系数和各尺度经过阈值化修改的高频系数通过重构低通滤波器(RLF)和重构高通滤波器(RHF),最终有用信号被提取。小波d b 3 0的分解滤波器对和重构滤波器对如图4所示。

2 小波降噪的关键因素和现场应用的局限性

2.1 小波降噪关键因素

母小波、小波分解尺度、小波阈值的选择是小波降噪技术的关键点,其值的优劣直接影响到降噪的效率和灵敏性。

选择一个最优的基本小波函数(母小波)是D W T降噪的第一个关键因素。因为,母小波与局部放电信号越相似,则与局部放电相关的系数就越高。传统的母小波选择一般是通过大量的实验,比较局部放电信号和各种小波函数的相关系数γ,最终,相关系数最大的小波函数作为母小波函数。根据这种选择方法,一些研究提出Daubichies小波更适合用于局部放电测量,如采用Daubichies-2(db2)[1]和Daubichies-30(db30)[2]。而另外的研究认为应该采用双正交函数如Bior1.5作为母小波。

对于分解尺度,一般认为分解尺度越大,降噪效果越好,特别是对低信噪比(S N R)的局部放电信号更是如此。Zhou等[3]采用最大分解尺度7层来分析局部放电信号,Zhang等[4]采用10层分解来从噪声中提取局部放电信号。

选择合理的阈值是D W T最困难的事情,阈值法的目的是移出与噪声相关的小波系数,而保留与局放信号相关的小波系数。最终,保留的系数通过小波重构从而恢复局部放电信号。如今局部放电小波降噪大多采用中值阈值算法,即M a等[1]提出的依赖于尺度的自动阈值选择算法:

式中,λj为低频系数或者高频系数在尺度j的阈值;mj为低频系数或者高频系数在尺度j的中值;nj表示尺度j的信号长度。

2.2 现场应用的局限性分析

由于长距离衰减和高频损耗,以及测试现场强的噪声和干扰,电力电缆局部放电信号具有较低信噪比,因此,要求降噪技术具有较高的灵敏性和效率。

由于是离线测量,检测电路(如图2所示)对输入的局部放电脉冲电流波形积分,从而产生如图3所示的典型波形。当检测电路以及元器件参数确定后,输出局放脉冲波形的形状已知。因此,采用相关系数法来比较筛选最优的母小波函数是可行的。较困难的是小波分解尺度的选择和阈值算法的选择。

以D E P脉冲为例,在确定的采样率下,计算小波系数在每个分解尺度的系数能量来分析小波分解尺度的选择。系数能量计算表达式如下:

式中,EDk表示高频系数在尺度k的能量和;lk表示在尺度k的信号长度;cdi表示小波系数。

母小波选择db10,DEP脉冲信号的高频系数相对于分解尺度的能量分布如图5所示。

从图5可见,D E P脉冲的系数能量主要集中在尺度5~15,而在尺度1~5和尺度15以上几乎为零。因此,DWT分解当最大分解尺度选得过低,如小于7时,小波系数主要是噪声系数,中值阈值计算后易损失有用信号;而当分解尺度选得过大,如1 5,将严重影响计算速度。

传统阈值算法的阈值计算取中值过程同时包含噪声系数和信号系数,并非纯粹的现场噪声估计。这对于单纯白噪声及高信噪比的情况具有较好的降噪效果。但是如果现场具有较强的脉冲干扰和窄带周期干扰时,将使得阈值过大,造成过估计的缺陷,同样使得局放信号损失而不容易提取。

摘要：从主要测试方法、信号提取电路和信号波形、离散小波变换(DWT)的滤波器本质特性实例分析了电力电缆局部放电的现场测量和降噪分析技术。根据离散小波降噪的母小波选择、分解尺度选择和阈值算法等3个关键因素,分析了DWT降噪应用于电缆局放现场信号处理的局限性,并对DWT降噪应用于在线局放检测的前景进行了展望。

关键词：离散小波变换,电缆,局部放电,滤波器

参考文献

[1]X.Ma,C.Zhou,I.J.Kemp.Interpretation of wavelet analysis and its application in partial discharge detection[J].IEEE Trans.Diel.Elect.Insul.,2002,9:446-457

[2]I.Shim,J.J.Soraghan,W.H.Siew.Detection of PD Utilizing Digital Signal Processing Methods Part3:Open-Loop Noise Reduction[J].IEEE Electr.Insul.Mag.,2001,1(71):6-13

[3]X.Zhou,C.Zhou,I.J.Kemp.An Improved Methodology for Application of Wavelet Transform to Partial Dis-charge Measurement Denoising[J].IEEE transactions on dielectrics and electrical insulation,2005,1(23):586-594

电缆放电篇8

关键词：高压电缆附件,局部放电,超高频检测,分析

上个世纪60年代, 交联聚乙烯开始了极其漫长的发展, 随着城市电网建设的不断扩大, 交联电缆的应用越来越广泛。同时高压交联聚乙烯电力电缆附件的内部存在大量复合界面和电场应力集中现象, 电缆附件的质量和寿命往往受到制作工艺以及人工经验的影响。因此, 本文对高压电缆附件局部放电超高频检测进行研究分析有着一定的理论价值和现实意义。

一、高压电缆局部放电检测的目的及意义

现如今, 电缆在其投入与运行的过程中, 由于长时间与土壤、水分、潮气接触进而使得电缆的绝缘受到一定的腐蚀渗透。同时电缆制造以及其附件安装过程也存在一定的缺陷, 导致了高压电缆绝缘的老化, 从根本上使得电力电缆的电阻和电容发生了实质性的改变。但是电力电缆的绝缘击穿在一定程度上由于物理和化学效应的产生逐渐表现为局部放电, 这一过程的实现为高压电缆局部放电的检测提供了一定的必要依据。

然而, 为了更好的实现高压电缆局部放电检测, 就要从根本上对电力电缆发生的故障点进行查找, 但是就其实质性而言, 故障点的查找过程是相当困难的, 如果不能及时的对故障点的位置进行一定的查找, 可能会造成极大的浪费与损失。同时为了对事故的发生有效加以抑制, 往往通过对高压电缆附件局部放电超高频进行检测进而保证电力电缆的正常运作。总之, 发现电缆故障隐患最有效的方法则是对局部放电进行一定的检测, 从根本上保障电力电缆安全可靠的运行。

二、高压电缆附件局部放电的基本原理、产生的原因以及检测方法

(一) 高压电缆附件局部放电的基本原理

由于交联电缆的绝缘体内部在其制造施工的过程中难免存在一些气泡残留和其它杂质的渗入, 进而造成了局部击穿场强远远低于平均击穿场强, 甚至还会存在放电的现象。同时在电场的作用下, 由于存在局部的放电现象进而产生了一种局部的放电。往往这种局部放电在一定程度上使得导体间的绝缘局部短接进而造成导电通道的堵塞, 然而, 每一次的局部放电难免影响着绝缘介质, 高强度的局部放电在一定程度上降低了绝缘强度。

(一) 高压电缆附件局部放电产生的原因

第一、绝缘体中局部区域的电场强度在一定程度上超过击穿场强时, 就会产生一定的局部放电。

第二、由于导体的直径相对太小, 往往导体附近的电场相对集中时也会形成一定的放电。

第三、往往浮动电位的金属体在某种程度上出现感应放电。

(三) 高压电缆附件局部放电超高频检测的方法

高压电缆附件局部放电超高频检测的方法主要有脉冲电流法、高频电流法、超声波法以及化学检测法、射频检测法以及光测法等方法。

三、高压电缆附件局部放电超高频检测的系统设计

(一) 中间接头物理模型的构建

一般情况下, 对于电缆物理模型的构建主要是针对于电缆缆心的构建, 进一步的分析内部电磁信号的传播特性。往往在其构建的过程中通过借助于一种中间接头实现对电缆的连接, 同时为了更好地保护内部电场分布的情况, 往往将导电线芯和连接管有机的相连接。则在对等效电气参数进行选择的时候, 一方面要从根本上对仿真条件进行满足;另一方面则要对半导电层对中间接头内部局部放电脉冲的影响进行考虑。

(二) 激励源与便捷条件的设置

在对高压电缆附件局部放电的激励电流源进行模拟的时候, 通常采用脉冲高斯函数, 其脉冲峰值为10m A, 脉冲的宽度则为1ns, 1GHz为半峰值频率, 激励源时域波形和频谱如图1所示。

然而, 计算机的容量有一定的限制, 往往需要在计算机区域的截断边界处给出吸收边界条件进而对计算的空间加以限定。而匹配层作为一种特殊的介质层, 其波阻抗与相邻介质波阻抗是完全的匹配, 进而入射波将直接的穿过分解进而进入匹配层。

(三) 网格划分和边界条件

一般情况下。影响局部放电信号传播最主要的因素则是半导电层, 由于完全匹配层是一种特殊的介质层, 在匹配层的波阻抗无任何反射直接传入完全匹配层时, 在一定使得介质有所损耗, 同时在介质进入匹配层之后, 透射波将会迅速的衰减, 而有限的基层匹配层介质对于入射波有着良好的吸收效果。

四、仿真结果分析

(一) 检测位置对局部放电超高频信号的影响

使得监测点位于接头、本体横截面上, 并且在一定程度设置其角速度=90°, 并间隔排列在金属护套内侧圆周上, 通过对各个电场分量的比较, 进而发现各个监测点电场强度在径向方向较大, 同时其纵向分量相对较小, 在一定程度上可以直接的忽略。最主要的原因则是电磁波在主绝缘投射进入半导电层时容易发生折射现象, 但是由于半导电层的厚度相对较小, 往往其折射可以忽略。总之局部放电电磁波在电缆内部主要是通过准TEM波传播的。

(二) 接收距离对局部放电超高频信号的影响

检测点设置于=90°附件和本体内, 进而与电缆轴方向水平, 此时局部放电在附件内的能量主要集中于超高频段, 然而, 本体中的能量主要在超高频能量的影响下逐渐向低频方向移动, 同时本体衰减较附件平缓, 由于本体传播的局部放电信号主要是以低频信号为主, 而低频分量衰减的幅度远远小于超高频分量, 同时能量的衰减相对不大。

(三) 金属护套尺寸对局部放电超高频信号的影响

一般来说, 不同尺寸的波导在一定程度上对超高频电磁波的传播有着不同的截止频率, 而局部放电超高频信号能量的多少直接影响着截止频率。就其实质性而言, 电力电缆的电压等级相对较低, 从根本上说, 金属护套更适应于局部放电超高频信号的检测, 但是同样也加大了传感器尺寸设计的难度。

(四) 半导电层尺寸对局部放电超高频信号的影响

一般情况下, 半导电层主要是局部放电陡脉冲传播的影响因素。本体中的局部放电超高频信号畸变相对严重, 同时其波头较为平缓, 复制和振荡频率也有所降低, 其原因主要是半导电层相对主绝缘, 其电导率和介电常数相对较大, 同时又是一种非线性频变的有耗介质, 往往不同频率的局部放电的电磁波能够在该界面产生不同的折射和反射, 进而导致能量衰减和波形畸变。

结语

总而言之, 通过本文对高压电缆局部放电检测的目的和意义以及其基本原理作了主要的分析探讨, 进而对高压电缆附件局部放电超高频检测方法和系统设计作了主要的说明, 同时通过对半导电层和多层复合介质对局部放电超高频信号影响模型的构建, 并对其仿真研究分析, 进一步的对超高频信号内部绝缘缺陷产生的局部放电信号进行了有效的检测。

参考文献

[1]任志刚, 段大鹏, 等.高压电缆附件局部放电检测技术分析[C].全国第九次电力电缆运行经验交流会论文集.2012:255-260.

[2]戴仁德.基于超高频法的GIS局放在线监测软件的设计与研发[D].湖南大学, 2013.

电缆放电篇9

XLPE电力电缆具有的绝缘性能好、供电安全可靠、易于制造和安装方便等特点, 被广泛应用于电力系统各个电压等级的输电线路中。但XLPE绝缘电缆本体或附件绝缘中存在一点或多点缺陷会造成绝缘介质的树枝状老化, 严重时会发展成电缆绝缘击穿事故。电缆局部放电测量能够定量分析树枝状劣化程度, 也是反映电缆绝缘长期电气性能重要指标之一。

2 电缆局部放电的原因

高压电力电缆及其附件在生产和安装过程中可能存在各种缺陷, 这是产生局部放电的主要原因。常见的缺陷有:电缆内部绝缘局部放电, 主要是绝缘中存在缺陷, 如绝缘中有气孔、杂质等, 或电缆本体绝缘受到外部损伤;电缆终端安装不到位;电缆中间接头施工时在导电层和绝缘层之间混有杂质, 绝缘层有损伤等。

3 高频电流耦合局放测试方法

绝缘电缆本体或附件绝缘中存在一点或多点缺陷, 使该点的局部场强增强, 当其超过所处绝缘介质的耐电强度时会发生局部放电, 并会产生频率在500 kHz ～30MHZ之间的高频脉冲信号, 信号会沿着电缆的屏蔽层传播, 在电缆外层屏蔽的接地线上, 可以通过高频电流互感器来耦合这类高频电流信号。高频电流耦合法通过电磁耦合来测量局部放电电流, 由于在高压电缆和测量回路间没有直接的电气连接, 从而能很好地抑制噪声, 灵活方便、操作安全、抗干扰性强, 利用频率响应50kHz～30MHz的高频电流传感器耦合电缆接地线上的脉冲信号, 并通过增益和阀值调节去除干扰, 利用分析软件图形方式表示局部放电的大小、数量、相位、趋势。

4 模拟试验实例

4.1 试品的制备

用2根新的各10米长的110kV单芯XLPE电缆作为试品, 编号为1号电缆和2号电缆, 其中1、2号电缆各有两个终端头, 2号电缆有中间接头, 分别人为制造几种不同缺陷以模拟电缆线路在制造、敷设安装和实际运行中的绝缘品质缺陷, 在模拟一种缺陷时, 先前的缺陷将被还原, 见表1。

4.2 试验接线

为了更好的模拟高压电缆运行时的电压和电流情况, 将两根电缆连接成一个回路, 终端头之间用铜排连接, 并在终端头设有直接接地线, 试验连线如图1所示。

分别在电缆不同缺陷时对试品加不同交流工频电压及电流, 使其产生局部放电, 并最终被击穿, 使用高频电流耦合法测试仪记录局部放电情况及大小并进行分析。

5 结论

1) 要提高XL PE 绝缘电缆线路绝缘品质和长期可靠的运行性能, 必须采用高品质的, 无内部绝缘缺陷的电缆, 施工质量特别是电缆接头的施工质量要保证优良。

2) 不同电缆缺陷表现为不同的局部放电类型, 对电缆的绝缘效果影响也不同。

3) 高频电流耦合法在线测量局部放电的方法是有效, 且可行的。运用此原理的测试仪器通过增益和阀值的调节能够很好的去除干扰, 正确测量电缆的局部放电大小和趋势。

摘要：分析了影响XLPE电力电缆正常运行的主要缺陷, 在实验室情况下对110kVXLPE电力电缆不同缺陷时运行状况进行了模拟, 并利用高频电流耦合法实时测量电缆局部放电大小及特征。

关键词：XLPE电力电缆,局部放电,高频电流耦合法