电缆接头局部放电在线监测方法
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高压电缆局部放电检测方法分析摘要:对高压电缆接头局部放电进行在线检测,能够及时发现绝缘的受损情况,是保障电力电缆可靠运行的重要手段,具有非常重要的意义。
本文对高压电缆接头局部放电检测方法进行分析。
关键字:高压电缆;局部;放电检测高压电缆由于长时间与空气、水分、土壤等发生接触,电缆绝缘层容易受到腐蚀,出现绝缘老化现象。
此时电缆的电容和电阻都已发生改变,在物理和化学效应下,出现局部放电现象。
在高压电缆运行维护过程中,对局部放电故障点进行排查和检测是一项重要工作,而且具有较高难度,如果选择方法不当,会消耗大量时间,容易导致故障升级。
因此,有必要对其具体检测方法进行研究,提高高压电缆局部放电检测效率和检测结果的准确性。
1高压电缆局部放电的基本原理局部放电是指当外加电压在电气设备中产生的场强足以使绝缘部分区域发生放电,但在放电区域内未形成固定放电通道的一种放电现象,高压电缆的绝缘劣化主要就是由于这个原因。
电缆的绝缘性能决定着其局部放电量,而电缆能否安全、无缺陷地运行一定程度上也正是由其局部放电量的变化决定的。
这种电气设备绝缘内部存在缺陷的局部放电现象放电能量虽然并不大,短时间内不会引起整个绝缘的击穿,但是在长期工作电压的作用下,局部放电会使绝缘缺陷变大,进而会使整个绝缘都发生击穿。
局部放电主要有表面放电、内部放电和尖端放电等。
电缆系统局部放电的基本原理大体相同:当电缆的绝缘本体、电缆接头存在一定缺陷时,有可能会发生局部放电现象,产生脉冲电流信号。
这种信号由于绝缘介质不同特性的原因,所表现的频率大小也各不相同,一般产生高频脉冲信号,其频率在300 kHz以上,会在电缆线路的回路中传播,可以沿高压电缆带电检测有效性评估系统研究着电缆的屏蔽层传播,这样就可以在电缆外层屏蔽的接地线上,通过高频电流互感器来耦合这类高频电流信号。
引起电缆局部放电的原因主要包括:微空穴或不同介质交界面接触不良而产生局部放电、径向不对称而产生局部放电、热效应产生脱层、接头处半导体均压层处理不良、处理半导体均压层时对绝缘产生损伤及外皮接地不良等。
交联聚乙烯电缆绝缘中局部放电测试方法交联聚乙烯电缆绝缘中局部放电测试方法是电气工程领域中最基础、最重要的一个测试方法之一。
这种方法可以对电缆绝缘中可能存在的缺陷进行检测,保证电缆质量和电力系统的稳定性。
本文将从以下几个方面进行介绍:交联聚乙烯电缆绝缘的特点、局部放电的定义、交联聚乙烯电缆绝缘中局部放电测试的原理、测试的方法及步骤、测试结果的分析以及未来的展望。
一、交联聚乙烯电缆绝缘的特点交联聚乙烯电缆绝缘是一种高分子材料,相比于其他绝缘材料,其具有以下特点:1. 交联聚乙烯电缆绝缘具有较高的绝缘强度和耐高电压能力,可以承受电压的冲击和耐受高电场强度;2. 交联聚乙烯电缆绝缘具有良好的机械性能,例如硬度、韧性、耐磨性等,可以减少电缆运输和安装中的损伤;3. 交联聚乙烯电缆绝缘具有优异的耐热性能、耐水性能、耐腐蚀性能等特点,可以适应各种恶劣环境条件下的应用。
二、局部放电的定义局部放电是电气设备中常见的一种故障形态,是由局部缺陷或局部不均匀电场引起的放电现象。
一般来讲,局部放电分为内放电和外放电两种类型,前者是指在电介质内部发生的放电,后者是指在电介质表面或近表面发生的放电。
在交联聚乙烯电缆中,局部放电可能会由于以下原因引起:1. 气泡、裂纹、异物等缺陷导致的局部电场变化;2. 电缆接头安装不当导致的局部放电;3. 电缆在长期使用过程中发生老化、损伤等因素引发的局部放电。
局部放电产生的电流和放电量很小,但随着放电的不断进行,会导致电缆绝缘损坏,最终引起电缆故障。
三、交联聚乙烯电缆绝缘中局部放电测试的原理局部放电测试的原理是通过在电缆绝缘中施加高电压,通过探测器探测出在电缆绝缘中发生的局部放电信号。
测试时定位到放电信号的位置,根据不同的放电类型,可以判断出电缆绝缘中可能存在的缺陷情况。
交联聚乙烯电缆绝缘中局部放电测试的原理是在一个高压测试仪的作用下,施加一定的正弦波电压,使电缆绝缘中存在的缺陷区域形成足够的电场强度,产生局部放电,利用分布式光纤传感技术对电缆绝缘内产生的局部放电信号进行监测和分析。
电缆接头局部放电在线监测系统一、 前言随着我国城市规模的扩大,电缆线路占城市供电线路的比例愈来愈大,供电的重要性也愈加明显,保证城市用电安全是电力部门的首要任务。
电缆线路的故障多发生在电缆接头上。
而电缆接头的故障多数起因于电缆接头产生了局部放电。
通常电缆接头产生局部放电时,它会逐步发展成为电弧,然后击穿闪络,造成系统跳闸。
对运行中的电缆接头进行局部放电在线监测,是电缆状态维修技术开展的依据。
监测电缆接头的局部放电,可防患于未然,避免电缆接头事故扩大,造成停电事故的产生。
武汉利捷电子技术有限责任公司结合变压器局部放电在线监测技术实践经验,对电磁波在电缆的传播规律进行了系列研究,研制了电缆接头局部放电在线监测系统。
二、 电缆接头局部放电检测原理在电缆接头的两端屏蔽层安装两只性能完全一样的高频传感器。
传感器中电缆中局部放电信号与干扰信号的极性可以鉴别。
图1 局部放电信号与干扰的鉴别原理(实线为局部放电信号,虚线为干扰信号)见图1,当电缆接头内发生局部放电时,局部放电信号从放电源处向两边穿过电缆接头的传感器,其方向是相反的。
而外部干扰信号是相同方向的。
利用放电脉冲和干扰信号在电缆接头的传播规律,进行极性判别,可将局部放电信号分离出来。
电缆接头电缆内部放电干扰信号2#高频传感器传感器同名端1#高频传感器三、电缆接头局部放电在线监测系统实施方案1. 电缆进线端接头对于电缆进线端接头,其特点是:它们主要集中在变电站内,为此,采用集中式监测系统。
见图2,电缆接头两侧各安装1只传感器,传感器获取的信号通过同轴电缆进入信号放电和调理单元,然后通过32/1多路模拟开关依次进入A/D 卡进行数字处理。
数字化处理后由计算机采用极性判别软件将电缆接头的信息进行数据处理,剔除干扰信号,将局部放电的脉冲个数,幅值,时间记录下来并用3D 图形显示并存储起来。
系统主机配备无线接收系统,接收电缆引出端接头的监测数据。
图2 电缆进线端接头局部放电在线监测系统框图2. 电缆引出端接头对于电缆引出端接头,其特点由用户的位置确定,方向分散,距离变电站有一定距离(可离变电站几百米或更远)。
附录A(资料性附录)高压电缆高频局部放电带电检测技术的原理A.1电流耦合型传感器方法将电流耦合型传感器直接卡装在电缆金属屏蔽外,或穿过电缆终端、连接头屏蔽层的接地线,通过感应流过电缆屏蔽层的局放脉冲电流来检测局放,也叫电磁耦合法。
电磁耦合法应用于XLPE电缆PD 在线监测比较成功的例子是1998年瑞士研制的170kV XLPE电缆PD在线监测系统,测量位置选在XLPE中间接头金属屏蔽的连接引线上,系统的检测频带在15~50MHz左右,检测灵敏度可低于15pC。
由于宽频带电磁耦合法具有小巧灵活,操作安全,能真实地反映脉冲波形等特点,正在被广泛的研究和应用。
同时XLPE电缆PD信号微弱、幅值很小,外界强电磁场干扰源很多,特别是地线上干扰信号更为复杂,单纯依赖宽频带滤波器和高倍数的放大器很难排除某些类似PD脉冲的干扰,所以电磁耦合传感器关键在于抗干扰技术。
A.2电容耦合型传感器方法在XLPE电缆中间接头两侧,通过耦合剂将2块金属箔分别贴的金属屏蔽上,金属箔与金属屏蔽筒之间则构成一个约为1500~2000pF的等效电容,再在两金属箔之间连接检测阻抗。
金属箔与电缆屏蔽层的等效电容、电缆导体与绝缘间的等效电容与检测阻抗构成检测回路,检测原理如附图A.1所示。
附图A.1电容型电流传感器检测原理图当电缆接头一侧存在局部放电时,由于另一侧电缆绝缘的等效电容的耦合电容作用,检测阻抗便耦合到局部放电脉冲信号。
耦合到的脉冲信号将输入到频谱分析仪中进行窄带放大并显示。
日本电力公司将此原理应用于275kV的XLPE电缆局部放电在线监测中。
该方法的优点是不必加入专门的高压电源和耦合电容,也无需改变电缆连接线,且由于可等效为桥式电路,故能很好地抑制外界噪声。
A.3电磁感应型传感器方法电磁感应型传感器紧贴于电缆本体或附件表面,通过电磁感应的原理,获取局部放电在电缆本体或附件表面的电磁信号。
附录B(资料性附录)检测报告检测单位检测人员检测时间检测环境(温度、湿度)检测线路名称检测仪器型号及规格检测结果序号检测位置测试相位测试方法测试记录检测结论:测试日期工作负责人附录C(资料性附录)高压电缆局部放电的高频电流检测典型干扰信号C.1白噪声干扰信号白噪声一般指线圈热噪声、地网噪声等各种典型随机噪声,在整个频域内均匀分布,幅值变化不大,无工频相关性,无周期重复现象。
高压电力电缆在线局部放电检测典型经验作者:耿宁岳增伟阎炳水来源:《华中电力》2014年第01期[摘要]随着高电压、超高压电缆在电网中比重的增加,电缆供电可靠性是电网安全可靠运行的重中之重。
通过电缆局部放电在线检测,在无需停电的情况下,实现对电缆状态监测,及早发现和定位局部缺陷点,制定检修策略,能够避免造成严重的经济损失和社会影响。
[关键词]高压电力电缆;局部放电;典型经验一、专业管理的目标描述1.1专业管理的理念及策略1.1.1管理理念利用电磁耦合技术和电容耦合技术,实现对电力电缆的局部放电信号检测,高频电流传感器可检测带宽100KHz-4MHz,射频天线传感器可检测带宽为4MHz-100MHz。
依据在线和离线检测手段、定期巡检等手段,获取高压电力电缆局部放电指标的全面信息,为形成电力电缆运行状态的综合评价系统和预警系统提供支持,全面推进高压电力电缆状态检修工作。
1.1.2管理策略采集并分析高压电力电缆局部放电信号的局部放电量、放电次数、放电波形、放电位置等重要指标,同时也能够诊断噪声波形和数值。
通过对脉冲信号的幅值和频率的分析,来确定局部放电量的大小,以及放电次数,进而判断局部放电的严重程度。
采用软件定位法,通过软件计算采集到信号之间的时间差、信号波形的特征等分析和定位电缆的局部放电源。
1.2管理目标通过寻找局部放电指标与电力电缆绝缘缺陷之间的对应关系,建立基于特高频检测的电缆潜伏性故障诊断专家库,为电力电缆绝缘监督提供直接有效的监测手段,通过及时消除电缆的潜伏性故障,有效避免停电事故的发生,保障电网设备的安全稳定运行。
二、专业管理的主要做法通过高压电力电缆在线局部放电检测装置,及时发现设备缺陷,制定状态检修最佳策略,有效消除设备潜伏性绝缘故障,降低检修成本,确保高压电力电缆可靠运行。
2.1专业管理工作流程2.1.1电缆设备缺陷管理流程:节点1:运行人员通过实时监控和日常巡视及时发现变电设备的异常及缺陷,并及时录入缺陷管理系统,本流程形成缺陷记录簿。
高压电缆局放在线监测系统设计方案福州亿森电力设备设备有限公司2016年9月摘要:在XLPE电缆投入运行后,由于绝缘的老化变质、过热、机械损伤等,使得电缆在运行中绝缘裂化,为了防止由于绝缘劣化造成电缆运行事故,需要对电缆的运行状态进行即时监测,监测系统控制着电缆及其附件的质量。
局部放电是目前比较有效的在线监测方法,局部放电检测目前相应有电磁耦合法、超高频法和超声波法、光学测量法等,本文将着重论述这些方法各自的优势与不足,同时对目前发展起来的PD混沌监测方法进行讨论。
关键词:XLPE电缆;在线监测;局部放电;混沌法0引言随着电力系统的飞速发展以及旧城改造工程的进行,电力电缆在电力网络中的应用愈发广泛。
电力电缆的基本结构包括线芯、绝缘层、屏蔽层和保护层四个部分。
其中线芯即导体,是电力电缆中传输电能的部分,是电缆的主要结构。
绝缘层将线芯与外界电气上隔离。
屏蔽层包括导体屏蔽层和绝缘屏蔽层,一般存在于15kV及以上电缆中。
保护层是用来防止外界的杂质和水分的渗入和外力的破坏[1]。
电力电缆按照电压等级分类有低压电缆(35kV及以下输配电线路)、中低压电缆(35kV及以下)、高压电缆(110kV及以上)、超高压电缆(275~800kV)、特高压电缆(1000kV及以上)。
按照绝缘材料电力电缆可以分为塑料绝缘电缆和橡皮绝缘电缆。
其中油纸绝缘电缆应用历史最长。
它安全可靠,使用寿命长,价格低廉。
主要缺点是敷设受落差限制。
塑料绝缘电缆主要用于低压电缆,常用的绝缘材料有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯。
橡皮绝缘电缆弹性好,适合用于移动频繁弯曲半径小的敷设地点。
我国早期使用的多是油纸绝缘电缆,但自1970 年以来,交联聚乙烯(XLPE)电力电缆得以广泛应用,并逐渐取代了油纸绝缘电缆的地位。
XLPE电缆电气性能优越,具有击穿电场强度高、介质损耗小、载流量大等优点因而得到了广泛的应用。
在线检测电缆故障的方法有很多,如直流分量法、损耗电流谐波分量法、局部放电法等,其中,局部放电法是目前用于现场比较有效的在线检测方法。
电缆接头局部放电在线监测方法夏向阳;贺运九;唐洁;郑鹏;杜荣林;杨超【摘要】近年来城市配电网广泛采用地埋电缆,提出一种地下电缆接头局部放电在线监测方法。
该方法在信号处理阶段采用平均放电数量及放电相区数作为判定参数,将这2种参数投射到坐标系形成的轨迹,作为电缆接头绝缘层状态的判断依据。
通过对电缆接头进行模拟故障试验得到绝缘层状态与局放信号参数之间规律,实现对电缆绝缘状态的评估,达到在线监测的目的。
该方法的核心研发模块:监测模块,由1个峰值检测电路及1个接收转换局部放电信号的DSP(数字信号处理器)组成,经过去噪以及峰值保持等过程,将 DSP 处理过的信号数据传送到远程计算机进行下一步分析处理。
分析结果证明了该方法的可行性,具有一定的实际推广价值。
%In recent years,underground cable is widely used in distribution system.An on-line mo-nitoring method for underground cable j oint was proposed in this paper.The average discharge and discharge phase region were used as the reference parameters,and the two parameters were plotted in coordinate system to form a track.The track can reflect the state of the insulation at ca-ble j oint.The fault experiments occurred at cable j oint was carried out to conclude the connection between partial discharge parameters and insulation aging station.It can realize partial discharge on-line monitoring for distribution underground cable joint.The monitoring unit consisted of a peak-hold circuit and DSP with function of receiving discharge signal and converting signal.After de-noising and peak holding,the signal transformed by DSP was further dealt with in a remotecomputer.The experimental results show that the proposed method is feasible,and has a practical <br> value for further application.【期刊名称】《电力科学与技术学报》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】7页(P143-148,167)【关键词】在线监测;绝缘评估;局部放电;电缆接头【作者】夏向阳;贺运九;唐洁;郑鹏;杜荣林;杨超【作者单位】长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;衡阳市产商品质量监督检验所,湖南衡阳 421001;衡阳市产商品质量监督检验所,湖南衡阳 421001;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004【正文语种】中文【中图分类】TM247地下电缆在城市电网中是非常关键的一环,因而电缆线路上的故障都可能会造成严重的经济损失以及影响对用户的供电。
电力电缆局部放电带电检测技术摘要:当电力电缆由于各种原因而出现绝缘劣化时,就会产生局部放电现象。
伴随着现代电力系统完善程度、先进程度的持续提升,电力电缆在其中发挥着不可或缺的功能。
现实中,电力电缆内部的大量电线往往会由于热、光等因素,而发生化学反应,从而导致了电力电缆故障的产生,进而阻碍了电力电缆的平稳、正常运行。
基于此,积极开展电力电缆局部放电检测工作,对于确保电力系统的高效、持续运行,进而推动现代电力事业的蓬勃发展,具有现实意义。
关键词:电缆局部;放电带电;电力系统引言随着电缆投运时间增长,会受到环境影响而发生局部绝缘退化等“老化”现象。
与传统架空输电线路不同,电力电缆故障后的故障定位工作困难,即便及时找到故障点,电缆的抢修工作量也非常大。
因此,一旦主要电力传输通道电力电缆发生故障,势必引起长时间的停电,供电可靠性和电力安全性均得不到保障。
1、电力电缆诊断现状1.1国内外现状在“状态检测”概念出现之前,供电企业普遍通过耐压试验来检验电缆的绝缘、老化状况,即通过对电缆施加几倍于正常运行电压的高电压来击穿电缆上的缺陷点,从而发现故障隐患。
但耐压试验的结果受缺陷类型的影响较大,准确性不稳定。
另外,耐压试验虽然可以检查出电缆的部分缺陷,但由于对电缆施加的电压较高、试验时间较长等,容易产生新的缺陷,对电缆造成二次伤害。
随着研究的逐步成熟,局部放电作为度量新电缆缺陷的一种方法被业界接受。
局部放电现象普遍存在,当它的放电水平和放电频次达到一定程度时,会促使绝缘状况进一步恶化,直到将绝缘击穿。
很多电缆故障都是由局部放电导致的。
通过测量电缆局部放电量沿电缆长度的分布,就可以对电缆的绝缘有1个直观的判断。
一般来说,所施加的电压越高、频率越大,就越容易激发局部放电。
局部放电是电缆发生故障的前期征兆,在局部放电易发期,检测电缆绝缘局部放电的程度,根据检测结果判断电缆的绝缘健康状况,同时,利用电缆局部放电信号,结合行波测距方法,对放电位置进行精确测定,并采取相应的解决措施,对电缆乃至电力的安全运行有着重要的意义。
电缆中间接头局部放电非电量检测方法探讨摘要:电缆中间接头局部放电是造成交联聚乙烯电力电缆绝缘破坏的主要原因。
针对电缆中间接头局部放电敏感交联聚乙烯电缆中间接头局部放电释放的特殊气体实现局部放电强度及其对绝缘材料的破坏程度的检测,实现电缆连接头局部放电特性的长期在线检测,保证电网运行安全。
关键词:电缆中间接头;局部放电;放电强度;在线监测引言随着经济的发展,人们对供电可靠性的要求也越来越高,对运维单位的日常运行维护也出现了新的变化和新的要求。
目前,城市配网的电缆化率越来越高,电缆中间头大量运用。
其中,电缆冷缩中间接头,因其安装便利、绝缘性能好、耐高温及酸碱性能的特点,在配网当中得到了广泛的应用。
但随之面来的电缆中间接头故障问题也在上升,严重威胁电网的安全、稳定运行,甚至造成馈线跳闸。
交联聚乙烯电缆(eross-linkedpolyethylene,XLPE) 因结构简单、载流量大与敷设方便等特点,在电网中得到广泛应用。
但由于施工、安装质量参差不齐,运行维护粗糙,造成电缆故障问题比较突出。
局部放电是造成交联聚乙烯电力电缆绝缘破坏的主要原因。
局部放电量的变化预示着影响电缆稳定运行的缺陷,因而能够较为全面、灵敏地反映电气设备的绝缘状况[1]。
电缆中间接头局部放电在线检测仪器技术简介电缆故障检测技术有分布式光纤温度检测技术、局部放电在线检测技术、红外热成像热故障检测技术、接地电流检测技术及介质损耗检测技术等。
其中,局部放电检测技术是最主要的而且是研究最为广泛和深人的检测技术。
然而,现有的电缆及电缆中间接头的绝缘情况和局部放电故障都基于电量参数变化检测,主要用于电缆及中间接头性能测试和验收,很难实现在线检测和监测。
为掌握电缆中间接头的绝缘状态和故障情况,我们研发了电缆和电缆中间接头局部放电在线检测仪器。
能够实现电缆连接头局部放电的非电量检测。
该检测仪通过光纤荧光体敏感交联聚乙烯电缆中间接头局部放电释放的特征气体,实现局部放电强度以及对绝缘材料的破坏程度的检测,实现电缆连接头局部放电特性的长期在线检测,保证电网运行安全。
高压电缆接头局部放电检测方法研究
高压电缆接头是电力系统中重要的连接部件,其可靠性对电力系统的稳定运行具有重要影响。
而局部放电是导致电力设备绝缘击穿的主要原因之一,因此对高压电缆接头的局部放电进行检测和监测是十分必要的。
高压电缆接头的局部放电检测方法可以分为两类,一类是在线监测方法,另一类是离线检测方法。
在线监测方法是指在高压电缆接头运行时进行局部放电检测,其优点是能够实时监测接头的状况,及时发现问题。
常用的在线监测方法有电磁波法、电荷法和红外热像法等。
电磁波法是一种非接触式的局部放电检测方法,通过接收和分析电缆接头周围空气中发射的电磁波信号来判断是否存在局部放电现象。
电磁波法具有检测灵敏度高、无需拆卸接头和不干扰电缆运行等优点,但需要专门的电磁波传感器设备。
红外热像法是一种基于红外热像设备的局部放电检测方法,通过测量接头表面的温度分布来判断是否存在局部放电现象。
红外热像法具有快速、无损检测的优点,但只能检测到局部放电产生的热量,无法直接判断局部放电的性质。
高压电缆接头局部放电检测方法有在线监测方法和离线检测方法两类,每种方法都有其适用的场景和特点,根据实际情况选择合适的方法进行检测是保证电缆接头可靠运行的关键。
收稿日期:2016-03-19基金项目:湖南省自然科学衡阳联合基金(2016J J 5018)通讯作者:夏向阳(1968 ),男,博士(后),教授,主要从事电力系统保护与控制等研究;E -m a i l :s u mm e r 719@s o h u .c o m ;第31卷第4期2016年12月电力科学与技术学报J O U R N A LO FE I E C T R I CP O W E RS C I E N C EA N DT E C H N O L O G YV o l .31N o .4D e c .2016电缆接头局部放电在线监测方法夏向阳1,贺运九1,唐 洁2,郑 鹏2,杜荣林1,杨 超1(1.长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410004;2.衡阳市产商品质量监督检验所,湖南衡阳 421001)摘 要:近年来城市配电网广泛采用地埋电缆,提出一种地下电缆接头局部放电在线监测方法㊂该方法在信号处理阶段采用平均放电数量及放电相区数作为判定参数,将这2种参数投射到坐标系形成的轨迹,作为电缆接头绝缘层状态的判断依据㊂通过对电缆接头进行模拟故障试验得到绝缘层状态与局放信号参数之间规律,实现对电缆绝缘状态的评估,达到在线监测的目的㊂该方法的核心研发模块:监测模块,由1个峰值检测电路及1个接收转换局部放电信号的D S P (数字信号处理器)组成,经过去噪以及峰值保持等过程,将D S P 处理过的信号数据传送到远程计算机进行下一步分析处理㊂分析结果证明了该方法的可行性,具有一定的实际推广价值㊂关 键 词:在线监测;绝缘评估;局部放电;电缆接头中图分类号:TM 247 文献标识码:A 文章编号:1673-9140(2016)04-0143-06R e s e a r c ho no n -l i n em o n i t o r i n g o f p a r t i a l d i s c h a r ge f o r d i s t r i b u t i o n u n d e r g r o u n d c a b l e jo i n t X I A X i a n g -y a n g 1,H EY u n -j i u 1,T A N GJ i e 2,Z H E N GP e n g 2,D U R o n g-l i n 1,Y A N GC h a o 1(1.S c h o o l o fE l e c t r i c a l a n d I n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ,C h a n g s h aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,C h a n gs h a 410004,C h i n a ;2.H e n g y a n g P r o d u c t sQ u a l i t y S u p e r v i s i o n I n s p e c t i o na n d I n s t i t u t e ,H e n g y a n g 421001,C h i n a )A b s t r a c t :I n r e c e n t y e a r s ,u n d e r g r o u n d c a b l e i sw i d e l y u s e d i n d i s t r i b u t i o n s ys t e m.A n o n -l i n em o -n i t o r i n g m e t h o d f o ru n d e r g r o u n dc a b l e j o i n tw a s p r o p o s e d i nt h i s p a p e r .T h ea v e r a g ed i s c h a r ge a n dd i s c h a r g e p h a s e r e g i o nw e r eu s e d a s t h e r ef e r e n c e p a r a m e t e r s ,a n d t h e t w o p a r a m e t e r sw e r e p l o t t e d i n c o o r d i n a t e s ys t e mt o f o r ma t r a c k .T h e t r a c k c a n r e f l e c t t h e s t a t e o f t h e i n s u l a t i o n a t c a -b l e j o i n t .T h e f a u l t e x p e r i m e n t s o c c u r r e d a t c a b l e jo i n tw a s c a r r i e d o u t t o c o n c l u d e t h e c o n n e c t i o n b e t w e e n p a r t i a l d i s c h a r g e p a r a m e t e r s a n d i n s u l a t i o na g i n g s t a t i o n .I t c a nr e a l i z e p a r t i a l d i s c h a r g e o n -l i n em o n i t o r i n g f o rd i s t r i b u t i o nu n d e r g r o u n dc a b l e j o i n t .T h e m o n i t o r i n g un i tc o n s i s t e do fa p e a k -h o l d c i r c u i t a n dD S Pw i t h f u n c t i o no f r e c e i v i n g d i s c h a r g e s i g n a l a n d c o n v e r t i n g s i gn a l .A f t e r d e -n o i s i n g a n d p e a kh o l d i n g ,t h e s i g n a l t r a n s f o r m e db y DS P w a s f u r t h e rd e a l tw i t h i na r e m o t e c o m p u t e r .T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e p r o po s e dm e t h o d i s f e a s i b l e ,a n d h a s a p r a c t i c a lv a l u e f o r f u r t h e r a p p l i c a t i o n.K e y w o r d s:o n l i n em o n i t o r i n g;i n s u l a t i o nd i a g n o s i s;p a r t i a l d i s c h a r g e;c a b l e j o i n t地下电缆在城市电网中是非常关键的一环,因而电缆线路上的故障都可能会造成严重的经济损失以及影响对用户的供电㊂尽管电缆在生产到出厂过程中都有一系列严格的监测标准,但敷设的失误以及电缆使用寿命的问题才是导致电缆故障的主要原因㊂目前对于电缆接头的老化过程研究处于起步阶段,因此现阶段对于电缆意外故障的预防研究非常重要㊂在电缆产生故障时将会引起一些参数的大幅变化,利用这些参数信号可以很好地监测电缆的绝缘状态并且做好预防故障的工作㊂近年来,世界各国专家一致认为局部放电在线监测法拥有极大的研究潜力,因为其对参数变化的敏感度较高,可以更直观地反映出电缆绝缘层的工作状态,从而达到监控及预防电缆绝缘故障的目的㊂文献[1-3]介绍了2种信号的采集方法,一种是用来采集信号的波形,另一种是用来检测信号的峰值㊂采集波形的方法是使用一种高速的模数转换器来记录完整的脉冲波形从而进行进一步的滤波及频谱分析㊂文献[4]采用基于电磁耦合法的VH F 宽频带钳形电流传感器与基于阿基米德螺旋天线的UH F传感器相配合的方法,提出一种适用于交叉互联X L P E电缆接头局放在线监测方法㊂文献[5]介绍内置式局部放电UH F传感器的布置方法及应用效果,并结合南方电网的发展趋势,解决了目前在数字化变电站应用中存在的G I S局放测试系统与其他在线监测系统配合不够完善,存在多套系统并列运行等问题㊂现有的电缆接头的局放监测方法主要还有脉冲电流法,其拥有较高测量灵敏度,但因为干扰严重而不适用于电缆接头的在线监测㊂震荡波测试法[6]基本能实现无损检测,但前提是在电缆离线时对接头进行测试㊂目前电缆接头局放在线监测的主要难点在于接头绝缘劣化过程与局部放电表征的关系[7],电树枝化的过程是一种绝缘介质劣化的微观物理过程,而局部放电是电树枝化过程的一个宏观表现[8-9],对此两者之间的对应关系目前没有成熟的理论可以说明,因此难以对其进行实时监测㊂1新型监测方法长期的大规模在线监测需要大量的测量设备,并且需要耐久寿命长的配件,电缆接头上的测量装置也要考虑成本及实用性,能够保证正常工作与远程的计算机通信㊂因此,该文设计的局放在线监测单元采用高频电流法,其整体结构如图1所示,其中,V a和V b是接头两侧传感器的局放电压信号,V v是电缆电压信号,监测单元将持续性地对电缆的运行状态进行监测㊂笔者提出的接头绝缘状况判断方法根据电缆缺陷模型的放电过程,对电缆接头绝缘劣化过程进行分析,通过平均放电量以及放电相区2个参数反映出每个过程的特点,并得到其参数轨迹图与电缆接头绝缘状况之间的规律㊂图1实验整体结构F i g u r e1 E x p e r i m e n t a l s t r u c t u r e d i a g r a m采用的参数可以直观准确地表示电缆接头内部放电情况,因而这种方法非常精确并且灵敏度高,在发生故障时,能够更加迅速有效地向相关维护人员发出提示警报㊂该文提出采用平均放电量Q a与放电相区D2个参数来表示这一过程㊂在实验中,将一个周期电循环的信号分成多个时间片段,称为相位窗[10]㊂每一个相位窗可当成一个矩阵㊂Q N是表示所有矩阵中非零矩阵的个数,也就是信号中有放电的相位窗的个数,Q s表示所有放电量之和㊂因此,平均放电量表示所有非零矩阵的放电量平均值[11],可表示为Q a=Q S Q N㊂(1)放电相区D表示局放信号放电量的相位窗范围,将同一相位窗在一次测量中40个电循环的放电量叠加,也就是将40ˑ800的矩阵变为1ˑ800的矩阵,得到每个相位窗的总放电量,从而可以得到一次测量中对应相位窗的放电量,其中D+与D-为局放信号中的2个集群,分别代表正极与负极的放电相区㊂放电相区可以表示为441电力科学与技术学报2016年12月D =D ++D -㊂(2)因此,这2个参数结合可以更为全面准确地反映电缆接头内部的放电量情况,能够作为电缆接头绝缘状态的诊断依据㊂相比于传统方法,该方法灵敏度较高,并且能够根据轨迹的变化对电缆接头绝缘状况进行实时监控并做出预警,对进一步研究接头绝缘劣化过程与局部放电之间的对应关系有一定意义㊂该监测单元成本相对较低,所采用的是D S P 处理器㊂该在线局放监测单元主要负责监测信号,并将得到的信号传输至终端的计算机,对监测设备的精度要求也不高㊂1.1 监测单元组件设计1.1.1 传感器电压信号传感器是一片置于电缆接头半导体层外侧的金属箔,用来接收电缆接头的半导体层与导体层之间因电容效应产生的电压信号㊂局放信号传感器由一个R o g o w s k i 线圈(罗氏线圈)与一个R C 电路并联[8],所采用的高频电流互感器拥有200k H z 的中心频率及100k H z 的带宽㊂局放信号的脉冲分辨时间为10μs㊂1.1.2 硬件部分局放在线监测单元的电路框图如图2所示,其中,实线表示模拟信号,虚线表示数字信号㊂图2 局部放电监测单元电路框图F i gu r e 2 C i r c u i t d i a g r a mo fP D m o n i t o r i n g u n i t 框图各部分功能介绍如下:1)滤波器㊂采用低通滤波器对电压频率信号进行滤波,防止在零序点监测时出错㊂2)极性检测㊂判别电压信号的极性来检测局放信号的零序点相角㊂3)微分电路与绝对值电路㊂该微分电路将所得的V a 和V b 相减来抑制电缆接头的干扰信号,相减所得结果的绝对值为V P D ㊂4)阈值检测㊂如果得到的V P D 高于设定的阈值V T ,则得到的信号被认定为有效信号,否则将被认定为干扰信号㊂阈值必须提前设定好,根据去噪常用的矢量阈值法来确定阈值,达到去噪的效果㊂得到的阈值V T 为0.1V ㊂5)峰值保持㊂在D S P 发送重置指令之前保持V P D 的峰值(V P )㊂6)电荷检测㊂D S P 发出重置指令之前,在每一个保持峰值的时间段(T R )内比较V P D 与V P ㊂若V P D >V P ,则表示出现了更高的脉冲峰值㊂7)D S P ㊂采用高性能的T M D S D S K 33型号的处理器,其计算速度为150MH z ,32位的浮点数㊂该处理器能够在局放传感器的单脉冲分辨时间内完成信号的接受及计算处理㊂8)数模转换器㊂最大采样频率为48k H z,输入电压范围为0~1.5V ㊂1.1.3 软件部分基于之前提及的模拟电路提供的详细信息,局放在线监测单元的信号采集过程如图3所示㊂由于D S P 处理数据的速度150MH z 远大于数模转换器采样频率的48k H z,因此,程序采用循环图3 信号采集流程F i gu r e 3 F l o wc h a r t o f s i g n a l a c q u i s i t i o n 541第31卷第4期夏向阳,等:电缆接头局部放电在线监测方法编程而不是中断模式,从而保证了数模转换器不会产生遗漏转换数据的情况㊂图3中C n 为测量电周期信号的周期数,设定为40次,T m 为2次连续测量的时间间隔,设定为15m i n ㊂每个周期的电周期信号根据时间分成800段,每一段之间的时间间隔T W 为20.83μs㊂其中,初始化是指对时间计数(T )以及循环计数(C )进行复位,峰值检测将局放监测信号中符合条件的V P 分配到每个周期的电周期信号相应的相位窗㊂如图4所示,T R 的默认值为相位窗时间间隔T W 的2倍㊂若在峰值保持时间(T R )内没有其他脉冲信号,则保持的V P 为特定相位窗的有效值,并且D S P 在一个相位窗时间T R 末向峰值保持电路发出复位指令㊂否则V P 以及复位时间必须随以下条件进行调整:若在T R 内出现了幅值更高的脉冲信号,如图5所示,则之前保持的V P 将无效㊂为了防止脉冲信号重叠而导致的误差,复位指令将在出现V P D >V P情况的相位窗之后2个相位窗发出㊂若T R 内出现了其他脉冲信号但没有超过V P ,则保持的V P 是有效的㊂但若在T R 后监测到V P D >V T ,则复位指令将在下一个相位窗之后发送㊂1.2 峰值电路功能验证用实际得到的波形验证之前提到的2种需要调整复位时间情况㊂在V P D >V P 情况下,图5上半部分是V P D 与设定阈值V T ,下半部分V P 是上半部分2个参数经过峰值保持电路所得㊂由于在一个相位窗内V P DP ,可以从图中看出复位的时间被推迟图4 峰值与重置时间曲线F i gu r e 4 D e t e r m i n a t i o n c u r v e s o f p e a kv a l u e a n d r e s e t t i m e 到2个相位窗之后,与之前所描述的功能相符㊂如图6所示,V PD <V P ,但在T R 之后可以看到V P D >V T ,因此,复位指令在下一个相位窗之后发送,与之前复位时间调整的描述相符㊂图5 V P D >V P 情况下峰值电路的实际波形F i gu r e 5 P r a c t i c a lw a v e f o r mo f t h e p e a k -h o l d c i r c u i t w h e n V P D >V P图6 V P D <V P 情况下峰值电路的实际波形F i gu r e 6 P r a c t i c a lw a v e f o r mo f t h e p e a k -h o l d c i r c u i t w h e n V P D <V P2 模拟电缆故障实验与分析由于电缆接头是电缆线路极易发生故障的薄弱点,在此模拟一种电缆接头在现场安装时的一种缺陷㊂电缆的连接点将人为地移到左边,使得电缆绝缘层不会被接头的内部半导体覆盖㊂从而导致了电缆出现2个缺陷,如图7所示㊂缺陷1是在接头绝缘和中心导体之间留下的一段空白;缺陷2是电缆绝缘层有一部分没有被电缆接头外半导体所覆盖,局放信号会因2种缺陷的出现而开始出现变化㊂这样的缺陷极易导致电缆在气隙中产生电树枝造成绝缘劣化[12]㊂641电力科学与技术学报 2016年12月实验整体结构示意如图1所示,实验次数与电压的变化过程如图8所示,其中,横坐标代表测量次数㊂局部放电起始电压为20k V ,为了缩短测试时间,在第156次将电压从25k V 提高到36k V ㊂如前所示,测量记录信号的40个周期每隔15m i n 一次,直到发生明显的绝缘击穿㊂在第106次实验之后P D 信号开始变弱,这说明电缆接头内部由于缺陷已经开始放电,为了加速电缆劣化,随后再进行了50次测量,然后将测试电压调高到36k V ㊂随后的162次测量中,由于缺陷1导致了电缆接头绝缘故障的出现,最后导致绝缘完全失效㊂在发生故障后对电缆进行分析,在实验的前期,由于缺陷的出现,内部的放电从中心导体泄漏到电缆接头绝缘层,导致电缆表面放电,一段时间后2个绝缘层之间形成了电树枝(图7中电缆绝缘与接头绝缘间的黄色曲线),最终穿透电缆接头绝缘层并形成一道碳化轨迹,如图9所示㊂图7 电缆接头结构和缺陷F i gu r e 7 I n t e r n a l s t r u c t u r e a n dd e f e c t s d i a g r a mo f c a b l e jo i nt 图8 实验外加电压波行F i gu r e 8 E x p e r i m e n t a l a p p l i e dv o l t a g ew a v e f o rm 图9 电树枝导致的接头绝缘层碳化轨迹F i gu r e 9 C a r b i d e t r a c ko f c a b l e j o i n t i n s u l a t i o n 平均放电量与放电相区数在模拟故障实验中的变化过程如图10所示㊂接头绝缘劣化过程分为3个阶段[13]:①由于缺陷的出现产生电树枝并产生反向电场,因而此时监测的局放信号会减弱;②由于外加电压不变,电树枝与气隙叠加形成的电容趋于饱和,所以局放信号强度有所增加;③随着电树枝进一步的生成,最终导致电树枝延伸至接头绝缘层导致其碳化击穿㊂而外绝缘的击穿必然会导致内部监测局放信号的急剧减弱,绝缘的破损是一个渐变的过程[14],这样的过程将会使得电缆在长时间运行时突发很多不可预料的故障,导致绝缘击穿以及漏电等危险情况的发生[15-16]㊂为了研究参数与图7中故障形成之间的规律,将平均放电量Q a 与放电相区数D 合并为一个随实验次数的轨迹,如图11所示,N 为实验次数㊂可以看到轨迹基本与之前分析吻合,整体监测放电量先呈大幅下降趋势,这说明已经有产生电树枝的可能㊂在第125次实验,此时内部放电量几乎为0,这说明电树枝与气隙形成电容基本饱和,随后局放信号开始加强,直到第204次实验,此时接头绝缘已被电树枝击穿产生碳化轨迹,内部局放信号开始急剧减弱,第318次已经产生了明显碳化轨迹,实验停止㊂可以看到这一轨迹变化过程与之前描述的绝缘接头劣化过程基本对应㊂因此,为了监测接头绝缘层工作情况,在第个拐点(该实验为次)的时候应该图10 故障实验曲线F i gu r e 10 E x p e r i m e n t a l c u r v e s 图11 故障电缆接头绝缘状况判定轨迹F i gu r e 11 D e t e r m i n a t i o n t r a c k s o f f a u l t y c a b l e j o i n t i n s u l a t i o n c o n d i t i o n741第31卷第4期夏向阳,等:电缆接头局部放电在线监测方法发出警报,若之后轨迹开始有大幅下降趋势则表示接头绝缘开始受损㊂该型号电缆接头在正常工作下去毛刺后所得参数轨迹如图12所示,与图11进行对比,可以看出,故障时平均放电量与放电相区数变化较正常工作情况下要更加明显㊂图12正常电缆接头绝缘状况判定轨迹F i g u r e12 D e t e r m i n a t i o n t r a c k s o f n o r m a l c a b l e j o i n ti n s u l a t i o n c o n d i t i o n3结语笔者提出一种针对城市地下电缆的局放在线监测方案,在电缆接头两端提取局放信号并滤去干扰信号,通过一系列数模混合电路得到信号中的峰值部分㊂通过在高压实验室模拟故障电缆并进行通电实验来寻找参数与电缆绝缘状态之间的关系,采用平均放电量及放电相区数作为参考参数来评估电缆的绝缘状态㊂这种方法为电缆绝缘状态评估提供了一种依据,可以根据该方法进一步增加故障模型数据,建立一个故障数据库,辅以对轨迹的图像处理技术,从而更全面地评估电缆绝缘状况,达到准确在线监测电缆接头的目的㊂参考文献:[1]V u d h i c h a m n o n g R,T h o n g p h u a k 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