電力電纜局部放電的在線檢測方法及檢測系統研究

張凌志

（安徽省產品質量監督檢驗研究院，安徽 合肥 230051）

1 國內外研究現狀

（1）交聯電纜的常規試驗方法和局部放電檢測的比較。《DL/T596-1996電力設備預防性試驗規程》對于電力電纜的檢測做了規定，其主要包括電纜的主絕緣電阻檢測，外護套絕緣電阻的檢測，內襯層絕緣電阻的檢測以及主絕緣直流耐壓試驗和銅屏蔽層的電阻和導體的電阻比。其中，對于外護套絕緣電阻、內襯層絕緣電阻、銅屏蔽層的電阻和導體的電阻比需運用傳統的檢測方法進行檢測。而當前很多實驗均表明直流試驗的檢測方式對于交聯聚乙烯電纜（XLPE）產生了一定程度的損害。而局部放電檢測方式則屬于綠色無害檢測方法，其能夠在設備運行的情況下進行檢測，并且檢測設備攜帶方便、輕巧，在現場即可展開檢測，檢測準確，定位精準，是一項經濟高效的檢測手段。

（2）國內對交聯電纜局部放電檢測的研究。國內各研究單位所運用的檢測方法不同，因此對于電纜局部放電檢測的成果也不盡相同。如，西安交通大學，其在寬頻帶內范圍內，進行了電纜局部放電檢測研究；重慶大學，則與之相反，是在窄頻帶內進行局部放電檢測研究；華北電力大學，是以數學分形為基礎，對局部放電進行檢測；華中科技大學，其運用的是羅果夫斯基線圈高頻鉗形傳感器進行研究；上海工地公司則是以實踐為基礎，對局部放電進行研究；

（3）國外對交聯電纜局部放電檢測的研究。國外對此研究較好的則當屬法國，其制訂了IEC60885-3《整根擠包電纜局部放電試驗》標準和GB/T3048.12《電線電纜電性能試驗方法局部放電試驗》標準，兩個標準為電纜局部放電檢測提供了強有力的技術支持。以往的檢測方法有一定的優勢，也同樣具有相應的弊端，其方法包括差分法、方向耦合法、電磁耦合法、電容耦合法、超高頻檢測法、超聲波檢測法等，其中差分法、方向耦合法和電磁耦合法已成功應用于現場測量，并獲得了良好的發展。

2 基于羅氏線圈的寬頻帶電流傳感器的設計

電纜及接頭中產生的局部放電信號一方面沿電纜導體向兩端傳播，另一方面通過分布電容向屏蔽層傳輸電流。其簡化等效圖如圖1所示。

圖1 PD信號沿電纜傳播簡化等效模型

XLPE電力電纜系統絕緣內部的局部放電可以看作是一個脈沖信號源，當局部進行放電的時候，其所產生高頻電磁脈沖沿著電纜導體和電纜金屬屏蔽層同時向不同的方向傳播。經過一段時間距離之后，電流就會均勻地分布在金屬上，VHF頻段的時候，此距離較長，大約有幾百米，而超高頻的時候，此距離較短，僅有幾米長度。此原理應用到電流傳感器中，在測量位置發生磁場變化的時候就會影響到羅戈夫斯基線圈，其感受到脈沖信號，進行測試。

3 寬頻帶電流傳感器的設計

（1）磁芯材料的選取。適當增大線圈的自感，減小線圈的尺寸，減少線圈匝數，通過此種方式改變線圈的作用和性能。因此，在進行磁芯材料作則的時候，要選擇容易發生磁化和退磁的材料作為磁芯，也就是最好選擇軟磁芯作為寬頻帶電傳感器的磁芯。軟磁芯一般包括金屬軟磁材料和鐵氧體軟磁材料兩類，兩種不同種類的磁芯所適用的環境不同。金屬磁芯一般適用于低頻段的需要，鐵氧體軟磁芯則適合高頻段情況使用，并且因為鐵氧體軟磁材料價格較為便宜，使用效果較好，因此得到廣泛的應用。

（2）線圈繞線匝數及自積分電阻的選擇。線圈的頻率由匝數和自積分電阻決定，這兩個因素也決定了線圈的靈敏度。一般情況，線圈由偶數層組成匝數層，并且為一層覆蓋。在進行漆包線選擇的時候，要優先選用較粗的漆包線，防止纏繞過程中發生斷裂。在自積分電阻選擇上，要注意線圈靈敏度的考慮，電阻盡量稍大，避免其他信號的干擾而無法獲得需要獲取的信號。

（3）電流傳感器屏蔽外殼的設計。本設計線圈外需要能夠有效屏蔽外界雜散電磁場的屏蔽體，因此，在進行屏蔽外殼設計的時候，選用鐵材料，外層鍍銀，此設計有效屏蔽電場，同時屏蔽低頻磁場，達到有效的絕緣的目的。這樣就可以使線圈在導磁率高的情況下不會在橫截面位置發生裂縫。

4 局部放電在線檢測系統

如圖2所示，本設計所采用的寬頻帶電流傳感器對交聯聚乙烯電纜局部放電信號進行在線檢測，根據現場條件和電纜局部放電情況進行設計。本系統包括傳感器、放大濾波電路、數據采集卡以及軟件系統三個系統，每個系統根據自身情況進行相應信號的檢測，主要實現的是實現數據采集控制、消除噪聲、譜圖顯示等功能，并獲得較好的測試效果。

圖2 檢測系統示意圖

5 結語

基于羅氏線圈原理的寬頻帶電流傳感器能夠對電纜局部進行在線檢測，并達到較好的效果。本文對于檢測系統的設計進行闡述，希望可以給同行提供一點思路，更好的為電纜局部放電在線監測提供研究方向。