【电力电缆局部放电信号的检测技术】局部放电测试

　　摘要:电力电缆在长期运行后,电缆绝缘会发生老化乃至产生局部放电,局部放电信号的检测对于电缆绝缘状态的评判具有重要的参考价值。本文对电力电缆局部放电的检测技术进行了总结,分析了电缆局部放电检测中常见的干扰及其种类,提出了软件及硬件两方面的去噪措施。
　　关键词:电缆 局部放电 检测
　　中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00
　　
　　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.
　　[4] 王晓宁.现场局部放电信号中周期性窄带干扰的抑制.高电压工程,2003(4):16-18.
　　
　　作者简介:任建柱(1971年3月 )、男、大学学历、河北冀中能源邢台东庞顺达煤电有限公司邢东热电厂。
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