高壓電纜附件局部放電超高頻檢測與分析

林相華

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

上個世紀60年代，交聯聚乙烯開始了極其漫長的發展，隨著城市電網建設的不斷擴大，交聯電纜的應用越來越廣泛。同時高壓交聯聚乙烯電力電纜附件的內部存在大量復合界面和電場應力集中現象，電纜附件的質量和壽命往往受到制作工藝以及人工經驗的影響。因此，本文對高壓電纜附件局部放電超高頻檢測進行研究分析有著一定的理論價值和現實意義。

一、高壓電纜局部放電檢測的目的及意義

現如今，電纜在其投入與運行的過程中，由于長時間與土壤、水分、潮氣接觸進而使得電纜的絕緣受到一定的腐蝕滲透。同時電纜制造以及其附件安裝過程也存在一定的缺陷，導致了高壓電纜絕緣的老化，從根本上使得電力電纜的電阻和電容發生了實質性的改變。但是電力電纜的絕緣擊穿在一定程度上由于物理和化學效應的產生逐漸表現為局部放電，這一過程的實現為高壓電纜局部放電的檢測提供了一定的必要依據。

然而，為了更好的實現高壓電纜局部放電檢測，就要從根本上對電力電纜發生的故障點進行查找，但是就其實質性而言，故障點的查找過程是相當困難的，如果不能及時的對故障點的位置進行一定的查找，可能會造成極大的浪費與損失。同時為了對事故的發生有效加以抑制，往往通過對高壓電纜附件局部放電超高頻進行檢測進而保證電力電纜的正常運作。總之，發現電纜故障隱患最有效的方法則是對局部放電進行一定的檢測，從根本上保障電力電纜安全可靠的運行。

二、高壓電纜附件局部放電的基本原理、產生的原因以及檢測方法

（一）高壓電纜附件局部放電的基本原理

圖1 仿真高斯電流脈沖波形和頻譜

由于交聯電纜的絕緣體內部在其制造施工的過程中難免存在一些氣泡殘留和其它雜質的滲入，進而造成了局部擊穿場強遠遠低于平均擊穿場強，甚至還會存在放電的現象。同時在電場的作用下，由于存在局部的放電現象進而產生了一種局部的放電。往往這種局部放電在一定程度上使得導體間的絕緣局部短接進而造成導電通道的堵塞,然而，每一次的局部放電難免影響著絕緣介質，高強度的局部放電在一定程度上降低了絕緣強度。

（一）高壓電纜附件局部放電產生的原因

第一、絕緣體中局部區域的電場強度在一定程度上超過擊穿場強時，就會產生一定的局部放電。

第二、由于導體的直徑相對太小，往往導體附近的電場相對集中時也會形成一定的放電。

第三、往往浮動電位的金屬體在某種程度上出現感應放電。

（三）高壓電纜附件局部放電超高頻檢測的方法

高壓電纜附件局部放電超高頻檢測的方法主要有脈沖電流法、高頻電流法、超聲波法以及化學檢測法、射頻檢測法以及光測法等方法。

三、高壓電纜附件局部放電超高頻檢測的系統設計

（一）中間接頭物理模型的構建

一般情況下，對于電纜物理模型的構建主要是針對于電纜纜心的構建，進一步的分析內部電磁信號的傳播特性。往往在其構建的過程中通過借助于一種中間接頭實現對電纜的連接，同時為了更好地保護內部電場分布的情況，往往將導電線芯和連接管有機的相連接。則在對等效電氣參數進行選擇的時候，一方面要從根本上對仿真條件進行滿足；另一方面則要對半導電層對中間接頭內部局部放電脈沖的影響進行考慮。

（二）激勵源與便捷條件的設置

在對高壓電纜附件局部放電的激勵電流源進行模擬的時候，通常采用脈沖高斯函數，其脈沖峰值為10mA，脈沖的寬度則為1ns，1GHz為半峰值頻率，激勵源時域波形和頻譜如圖1所示。

然而，計算機的容量有一定的限制，往往需要在計算機區域的截斷邊界處給出吸收邊界條件進而對計算的空間加以限定。而匹配層作為一種特殊的介質層，其波阻抗與相鄰介質波阻抗是完全的匹配，進而入射波將直接的穿過分解進而進入匹配層。

（三）網格劃分和邊界條件

一般情況下。影響局部放電信號傳播最主要的因素則是半導電層，由于完全匹配層是一種特殊的介質層，在匹配層的波阻抗無任何反射直接傳入完全匹配層時，在一定使得介質有所損耗，同時在介質進入匹配層之后，透射波將會迅速的衰減，而有限的基層匹配層介質對于入射波有著良好的吸收效果。

四、仿真結果分析

（一）檢測位置對局部放電超高頻信號的影響

使得監測點位于接頭、本體橫截面上，并且在一定程度設置其角速度=90°，并間隔排列在金屬護套內側圓周上，通過對各個電場分量的比較，進而發現各個監測點電場強度在徑向方向較大，同時其縱向分量相對較小，在一定程度上可以直接的忽略。最主要的原因則是電磁波在主絕緣投射進入半導電層時容易發生折射現象，但是由于半導電層的厚度相對較小，往往其折射可以忽略。總之局部放電電磁波在電纜內部主要是通過準TEM波傳播的。

（二）接收距離對局部放電超高頻信號的影響

（三）金屬護套尺寸對局部放電超高頻信號的影響

一般來說，不同尺寸的波導在一定程度上對超高頻電磁波的傳播有著不同的截止頻率，而局部放電超高頻信號能量的多少直接影響著截止頻率。就其實質性而言，電力電纜的電壓等級相對較低，從根本上說，金屬護套更適應于局部放電超高頻信號的檢測，但是同樣也加大了傳感器尺寸設計的難度。

（四）半導電層尺寸對局部放電超高頻信號的影響

一般情況下，半導電層主要是局部放電陡脈沖傳播的影響因素。本體中的局部放電超高頻信號畸變相對嚴重，同時其波頭較為平緩，復制和振蕩頻率也有所降低，其原因主要是半導電層相對主絕緣，其電導率和介電常數相對較大，同時又是一種非線性頻變的有耗介質，往往不同頻率的局部放電的電磁波能夠在該界面產生不同的折射和反射，進而導致能量衰減和波形畸變。

結語

總而言之，通過本文對高壓電纜局部放電檢測的目的和意義以及其基本原理作了主要的分析探討，進而對高壓電纜附件局部放電超高頻檢測方法和系統設計作了主要的說明，同時通過對半導電層和多層復合介質對局部放電超高頻信號影響模型的構建，并對其仿真研究分析，進一步的對超高頻信號內部絕緣缺陷產生的局部放電信號進行了有效的檢測。

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