高壓電纜局部放電在線監測系統 電壓/電流/電荷放大器

一、背景介紹

       由于交聯聚乙烯（XLPE）電纜具有絕緣性能好、易于制造、安裝方便、供電安全可 靠、有利于美化城市等優點，在 60 年代初問世以來的 50 余年中得到了迅速發展。在中 低壓領域幾乎替代了油浸紙絕緣電纜，并已在高電壓等級中使用。近十年來，我國城市 電網中大量采用 XLPE 電力電纜輸配電。但是這種電纜的絕緣結構中往往會由于加工技 術上的難度或原材料不純而存在氣隙和有害性雜質，或者由于工藝原因，在絕緣與半導 電屏蔽層之間存在間隙或半導電體向絕緣層突出，在這些氣隙和雜質處極易產生局 部放電（PD），同時在電力電纜的安裝和運行過程當中也可能會產生各種絕緣缺陷導致 局部放電。由于 XLPE 等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕 緣材料不斷老化最終導致絕緣擊穿，造成嚴重事故。 

       據有關資料統計，電力系統中的電力電纜的事故主要發生在其接頭處，事故原因很 大程度上取決于接頭的施工條件和施工技術。為了保證電力電纜的安全運行，要求在接 頭做好后進行耐壓和局部放電的試驗。同時，對已經進入運行的電纜也能經常測量其局 部放電以評估其絕緣狀態。因此，對電纜接頭進行現場局部放電監測，對實現電力系統 的安全運行，進而對經濟發展、社會穩定都有重要的意義。 

       公司生產的電纜接頭局放測量系統已應用到國內多個供電局，經過多年的技術積累， 我公司已完成對國內近百個不同電壓等級電纜接頭的帶電檢測。通過對這些數據的對比 分析，發現電纜接頭處的局部放電水平與監測的脈沖幅值有密切的聯系。在此基礎上， 擬對原有的局放測量系統進行簡化設計，只以接頭處接地線上的脈沖幅值大小以及接地 電流值作為主要監測參量，進行實時監測，從而以較低成本，并有效方便地實現對電纜 接頭局放水平的在線監測。

二、檢測原理 

     當電纜線芯中有電流流過時，將會使金屬護套上產生感應電勢。在護套開路時，這 個感應電勢可能會很大，有時不但會危及人身安全，還會擊穿金屬護套的外護層，尤其 是電纜線路發生過電壓及短路故障時，在金屬護套上會形成很高的感應電壓，使電纜外 護套絕緣發生擊穿，故應在金屬護套的一定位置采用特殊的連接方式和接地方式。 當護層兩端都接地時，就和大地形成一個通路，從而產生了接地環流。護層接地方 式不當時，這個環流大小甚至可以達到線芯電流的 50%或者更高，使得金屬護層上產生 大量的損耗，影響了電纜的載流量并且使得電纜絕緣加速老化，同時電纜線路的許多故 障會表現為金屬護層接地環流的變化，比如護層絕緣損壞引起的多點接地、護層接地系 統遭到破壞（接地線或者交叉互聯線被偷盜）等，所以有必要對電纜金屬護層的環流進 行相關的分析計算。而當護層單端接地時，接地線中將有電容電流流過，因為可以將單 芯電纜線芯和線芯外面的金屬護套，看作是一個圓柱形的電容器，使得接地電流成分中 含有電容電流，這個電容電流在電纜主絕緣狀態發生變化時也隨之發生變化。當電纜主 絕緣存在水樹時，由于水樹的整流作用，將會有直流電流成分通過接地線，而電纜主絕 緣或者接頭處存在缺陷的而產生的局部放電信號電流也會流經電纜護層的接地線，這些 不同類型的接地電流成分不僅可以反映電力電纜金屬護層自身的狀態，也可以反映主絕 緣的品質狀態（如老化以及缺陷等）引起的局部放電在內的多類故障。 電纜內部局部放電產生的電流脈沖還可以激發出電磁波，包括中低頻和 UHF 段 (0.3-1.5GHZ)電磁波，然后根據接收的信號來分析局部放電的嚴重程度及其位置。該方 法特別適合在電纜頭位置處檢測，電纜頭是局放發生概率最高的位置，且 UHF 信號更容 易傳出來被檢測到，可定制合適的頻帶來實現抗干擾的目的，也能對故障實現定位。 超聲信號也是伴隨著電纜局放產生的衍生物，通過電纜表面超聲信號的檢測也能實杭州頓恒科技有限公司 電纜局放在線監測系統技術方案 - 4 - 現對局放信號的檢測。 HFCT 是常規的電纜脈沖電流局放檢測方法，我們還可以提供脈沖電流法、UHF 和 超聲等多方法同時檢測方案。多種方法同時對局放信號進行檢測可以實現檢測結果互相 印證，減少單一方法因為干擾信號引起的誤報警。

三、系統構成 

典型系統包括： 

? 主站計算機系統（軟件平臺） 

? 前端采集部分 ? 傳感器部分（局部放電傳感器） 

? 電纜本體感應取電部分 

? 綜合檢測柜

3.1 局部放電信號傳感器

     HFCT 局放傳感器由磁芯、羅高夫斯基線圈、濾波和取樣單元以及電磁屏蔽盒組成。 線圈繞在高頻下具有較高導磁率的磁芯上。濾波及取樣單元的設計，兼顧測量靈敏度和 信號響應頻帶的要求。為了抑制干擾，提高信噪比，并考慮到防雨、防塵等要求，羅高 夫斯基線圈及濾波采樣單元都安裝在金屬屏蔽盒中。屏蔽殼設計有自鎖扣，可通過按壓 開啟，很大地提高了傳感器安裝的便利性和運行過程中的安全性。

3.2 局放在線檢測單元 

    電力電纜局放檢測單元是本系統最重要的組成部分，其作用包括：數據采集、數據 存儲和處理。并能驅動光纖局域網或通過 WIFI 以及 4G 等無線通信方式傳輸部分進行數 據傳輸，同時負責監控多組接頭（即 A B C 三相）的局部放電信號和接地電流信號，設 備可以安裝在測點附近端子柜或者自立室外端子箱里。由于環境比較惡劣，需要外加防 水箱。檢測裝置外殼為不銹鋼材質，對高頻和工頻屏蔽較好。由于在室外安裝需要安裝在 防水箱體內，防水等級為 IP68，工作溫度范圍：-45℃至 75℃。 當利用局放在線檢測單元對電力電纜進行局放檢測時，可直接就地取電源，保證在 線檢測單元的正常工作；當對溝槽內的高壓電纜進行局放檢測時，可利用感應線圈從供 電電纜獲取電源為檢測單元進行供電。