电力电缆局部放电在线检测技术及其应用石浩

电力电缆局部放电在线检测技术及其应用石浩

石浩

（国网常州供电公司江苏常州213000）

摘要：电力电缆局部放电在线检测的技术是目前发现电力电缆潜在缺陷及潜伏故障的最有效手段之一，同时也是提高电力电缆安全可靠运行的重要措施。目前，电力电缆局部放电在线检测技术主要包括高频脉冲电流法、超高频法和超声波法。鉴于此，本文就电力电缆局部放电在线检测技术及其应用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：电力电缆；局部放电；在线检测；电缆接头；电缆终端

伴随着经济的发展，我们国家的电力市场需求不断增加，为满足各行各业日益增长的用电需求，我们国家电力行业需要建设更大规模的电网。与此同时，电力电缆尤其是交联聚乙烯绝缘电力电缆在电力系统中的应用越来越广泛，用户对供电可靠性的要求越来越高，电力从业者对电缆在线检测技术提出了更高的要求。电力电缆作为电力运输的基本要素，在不影响供电可靠性的基础上开展检测工作是十分重要的，但是现阶段的在线检测技术还存在着种种不足。因此，对电力电缆局部放电在线检测技术的探讨有着鲜明的现实意义。

1、电力电缆局部放电的原理

长期的电力电缆运行检修经验告诉我们，局部放电是造成电力电缆投运以后绝缘遭到破坏最主要的原因。电力电缆的绝缘介质在高电场强度的作用下，会在电极之间产生未贯穿的放电现象。这种放电现象只存在绝缘介质局部之间，不会立即形成贯穿性的通道，我们把这种现象称之为局部放电。并且，这种局部放电的现场是广泛存在的。

当电力电缆在恶劣环境下运行时，比如淹水、高温、油污、腐蚀或者外力作用，电力电缆的绝缘性能将受到不同程度的影响，从而加剧绝缘内部局部放电，最终形成击穿。局部放电瞬间伴随产生的高频脉冲电流和电磁波，通过导体线芯对金属护套的电容进入金属护套，并沿着金属护套传播，在交叉互联系统接地或终端接地线处流入大地，这些现象都为局放检测提供了可靠依据。

凭此特性，我们在交叉互联系统或电缆终端处的接地线上使用高频电流传感器，可将脉冲电流耦合到高频电流传感器中，通过仪器进行信号采集、放大和分析，便可获得电缆局部放电的相关信息。

2、电缆局部放电监测的必要性

按照《国家电网公司企业标准中的高压电缆状态检测技术规范》、《电力电缆局部放电带电检测设备技术规范》等的要求，对于电力电缆交接试验均要进行耐压试验。

目前交联聚乙烯电缆，由于其便于敷设、耐高温、绝缘性能强等优越性而被广泛应用于各种输电线路，取代充油电缆成为当前的主流电缆。然而如果对交联聚乙烯电缆施加直流电压，容易产生和积蓄空间电荷，使得交联聚乙烯介质中的隐患缺陷处产生畸变。这对电缆将来的运行和使用寿命均会造成很大影响，当局部电场场强远高于交联聚乙烯介质的击穿场强，甚至会导致绝缘击穿。故目前在实际中高压交联电缆推荐使用工频及近似工频(30～300Hz)的交流耐压试验方法，或采用1U0、24h交流空载充电的试验方法，而把直流耐压作为交流耐压的替代试验。目前在部分地区对于110kV及以上的交联电缆耐压试验主要是交流变频串联谐振的耐压方式。不过交流耐压试验有其特定的局限性：对电力电缆生产制造过程中带来的微小气隙及安装中存在的微小缺陷在交流耐压试验过程中是无法及时被发现的。而这些缺陷在日后的运行中会逐渐发展，从而成为威胁电力电缆设备安全运行的重大隐患。这一局限性在今年的运行工作过程中已经多次发生。因此在新设备交接试验中引入局放的检测将是必然的发展方向。

4、电力电缆局部放电定位法

电力电缆局放的精确定位，使得局放检测成为当前最精确和可靠的在线状态监测手段之一。现在应用较多的局放点定位方法是时域反射法（TDR）。时域反射法的一般原理是利用局部放电信号耦合脉冲信号在电力电缆中传播时，根据波速和反射时间，确定局放位置的距离。

在电缆一端设置局放信号耦合装置，可通过脉冲电流法的检测阻抗，或者高频电流传感器等措施检测得到放电脉冲信号。当电缆线路中的隐患或缺陷处发生放电时，产生的局放脉冲形成两个幅值相等的信号，在电缆线路内分别沿着相反的方向传播。通过分析两个信号(直接传播到近端的脉冲A和经远端反射后到达的脉冲B)到达的时间差，并结合电缆中脉冲的传播速度等参数，可以估算出局放脉冲发生的位置。同样，在电力电缆的在线检测中，传感器上也能检测到类似的脉冲群信号，通过脉冲群信号的方向可以判断局放源的具体位置。

5、局部放电检测技术

日常运行检修数据体现，电缆的局部放电主要出现在电缆附件如电缆中间接头和终端位置上，电缆本身则很少发生绝缘故障。因此对于电缆的在线检测也主要是对电缆的附件进行检测，主要内容包括电缆终端和电缆头是否有局部放电产生。而电缆的在线检测主要方法有三种:高频脉冲电流检测法（HFCT）、超高频局放检测法和超声波检测法。

5.1、高频脉冲电流法（HFCT）

在现阶段的电力电缆局部放电检测技术中高频法是最为常见的检测方法，其检测的主要部位是电缆本体及电缆接地的地线。其主要基本原理是:当电缆内部发生局放时，部分电流会沿着电缆中间接头或者终端的接地线流入大地。因此，通过在接地线上安装高频电流传感器（HFCT）检测高频电流信号可以实现局放检测。HFCT使用罗科夫斯基线圈方式，在环状磁芯材料上围绕多圈导电线圈，高频电流穿过磁芯中心而引起的高频交变电磁场会在线圈上产生感应电压。HFCT传感器的测量回路与被测电缆电流之间并无电气联接，属于非侵入式检测法，被测电缆不需要停运。

然而在日常应用中，该方法存在若干缺陷。一是外界信号干扰多导致波形复杂：试验设备内部存在其他放电干扰、接地系统干扰、线路连接处放电干扰；二是高频脉冲信号在电力电缆中反射衰减，导致该方法不适用于过长的电缆线路；三是由于当前局放测试尚无统一的处理判断标准及准确量化的局放信号对应缺陷情况，因此需对存在疑似局放的电缆设备应进行定期测试，根据历史局放检测信号比对判断，再制定相应的处理方法。

5.2、超高频检测法（UHF）

超高频检测法通过超高频传感器传感电力电缆局部放电所产生的超高频电磁波信号，从而实现局部放电的检测和定位。

相比高频脉冲电流法，由于超高频传感器拥有超高的检测频率（该方法测量频率最高为600MHz，检测灵敏度为10～20pC，较传统方法高出一个数量级。），可以有效抵抗周围电磁干扰。

同时由于其超高频率的特性，导致其衰减非常严重，一般更多用于电缆终端和中间接头的局放检测。

5.3、超声波检测法

超声波检测法是依靠超声波传感器接收电力电缆局部放电产生的超声波，由此来检测局部放电的大小和位置。普通超声波传感器可以通过人为选择频谱中所占比重较大的频率范围作为测量频率，以提高检测灵敏度。

超声波检测法的优越性有：一是抗干扰能力比较强；二是一般超声波局放检测设备体积小，携带方便；三是可以远距离非接触式测量，安全性能高，并且可以在运行中或耐压试验时检测局部放电，适合预防性试验的要求。同时近年来随着电子放大技术的发展，超声波检测法的灵敏度有了较大的提高。

然而由于超声波波长非常短，并且具有一定的定向传播性，衰减非常严重，同样只适用于电缆终端及中间接头等设备的局放检测。

结束语：

局部放电对电力电缆的危害巨大，严重威胁着供电可靠性。然而在实际的长期开放运行环境中，电力电缆的局部放电往往是由多种缺陷共同引发。因此检测得到的信号也是多处缺陷同时反射的信号的综合。由于当前局放测试尚无统一的处理判断标准，需要运行检修人员定期开展局放检测工作，积累运行检修数据，从而对检测结果开展比对和判断。

参考文献：

[1]王琳媛，白迪.配网电力电缆绝缘性能诊断技术[J].山东工业技术，2017，(22):168.

[2]丁书国，侯炳涛.高压电缆接头局部放电检测方法分析[J].通讯世界，2017，(18):132-133.