基于城區配電網的10kV電纜局部放電在線監測及定位系統分析

溫偉新

（廣東電網有限責任公司江門供電局 廣東江門 529000）

基于城區配電網的10kV電纜局部放電在線監測及定位系統分析

溫偉新

（廣東電網有限責任公司江門供電局 廣東江門 529000）

由于整個社會用電量的不斷上升，城區配電網系統中電纜的應用量在逐步上升，電纜發揮了電能傳輸作用，然而，實際運行中也存在絕緣度下降、局部放電等問題，有必要針對電纜的局部放電加以監測，并提出科學的解決對策。本文分析了配網電纜局部放電基本原理，并分析了在線監測與定位系統的設計原理。

10kV配網系統；局部放電；在線監測；定位

前言

配網電纜局部放電現象是配網運行中面臨的主要問題之一，有必要對局部放電現象加以監測，從而分析問題產生的原因，并及時解除問題，傳統的局部放電監測技術不僅精準度低、而且成本較高，對此則有必要通過綜合利用現代化信息技術、通訊技術等來研制一種全新的在線監測與定位系統，以達到對局部放電現象的在線監測與定位，確保及時發現并解除問題，維護系統的安全、高效運轉。

1 配網電纜局部放電基本原理

配網電纜絕緣體在實際的生產、加工、制造中，內部難免會摻雜、混入一部分氣泡、雜質，該區域的擊穿場強相對較低，從而導致此區域的放電問題。在整個的絕緣系統內部，僅存在局部放電現象，沒有徹底擊穿，這就是所謂的局部放電現象，理論上的局部放電被定義為：導體間絕緣被局部橋接的放電現象，局部放電不僅可能帶來觸電風險，甚至可能導致絕緣體的腐蝕變質，造成絕緣擊穿問題。

為了有效控制局部放電問題，就有必要對其進行在線監測，依靠并利用在線監測系統，來動態監測電纜局部放電情況，提前發現問題和故障，及時作出處理，控制事故問題的出現。

常見的局放現象經常出現在絕緣體中，放電過程大致為：由于受到電場影響，絕緣體中由于混入氣泡與雜質，氣泡內部存在大量的空氣分子，其處于游離狀態，氣泡內部的正電子、負電子等會逐漸朝著兩極聚集，電荷也隨之在兩極附近集聚，當氣泡中場強逐漸上升，氣泡則面臨被擊穿的風險，期間將出現大量的脈沖電流，形成局部放電現象。具體如圖1所示。

圖1 絕緣體內局部放電圖

2 局部放電監測技術與方法

所謂的局部放電監測簡單說就是對電纜局部環節放電現象的檢查與監測，一般局部放電出現在絕緣體中，放電過程中會隨之出現多種現象，例如：脈沖、超聲波、電磁波等，在這一過程中還將隨之發生多種化學反應，產生新的物質。從當前來看，對于電纜局部放電主要采用以下監測技術與方法，例如：脈沖電流法、測溫法、超高頻法等。對于10kV配網系統來說，由于其存在大量的電線電纜，如果斷電檢測則具有一定的困難性、挑戰性，不僅影響檢測精準度，也會為安全用電帶來影響，對此則引入了在線監測與定位系統，用來檢測并定位電纜的局部放電現象。

3 配網電纜在線局部放電在線監測與定位系統的研究

3.1 監測系統的結構與原理

配電網10kV電纜局部放電在線監測與定位系統的架構圖如圖2所示。

由于10kV電纜自身以及附屬設備等都存在某種不足，而且遇到電場應力，可能出現局部放電現象，順著電纜放電脈沖會逐漸朝兩側傳遞，由于兩側設置了接地線，能夠借助脈沖傳感器對應檢查、監測到其中的脈沖電流，而且兩側信息數據不斷發出、接收，發射單元也逐步達到了兩側數據信息的同時、同步采集，兩側的信息系統能夠達到信息的同步采集、分享、儲存與處理，具體的放電監測與定位流程為：

圖2 電纜局部放電在線監測與定位系統結構與原理圖

3.1.1 脈沖傳播速度的測算

3.1.2 定位脈沖

通常來說，局部放電都是出現在某一瞬間，在這一短時間會產生脈沖，此脈沖將沿著電纜朝左右兩側逐步傳輸，需要結合A端所采集提供的波形圖像，可以初步計算出：傳感器A分別在時間t1，t2內收到第一個脈沖、第二個脈沖，那么對應則能夠定位局部放電的具體方位：

3.2 局部放電在線監測系統硬件的研制

在線監測系統通常由多個單元組成，例如：脈沖發射器、高頻電流互感器，信息采集、分析系統等，每個單元都有著自身的性質、功能，發揮著自身的作用，具體體現為：

3.2.1 脈沖發射器與發射器

依托于磁偶極子天線原理，脈沖發射器是由5捆線圈構造而成，電纜初始部位，控制電路將出現高頻電壓，該電壓具有一定的驅動作用，能夠有效驅動來自于天線的電磁波，使其耦合至電纜接地線，脈沖信號則將通過電纜來逐步傳輸，逐漸走向電纜另一側，同時，途徑接地線來逐漸傳輸到大地中。其中，由于接地線中存在一定的脈沖電流，該電流能夠通過HFCT對應被監測，而且其輸出電壓也能觸動控制電路，從而產生脈沖電壓作用于反射器，來自于該反射器的電磁場也將耦合，并沿著相反的方向來朝著電纜的起始位置傳輸，這樣就實現了雙端信號采集系統的同時、同步調運轉。

3.2.2 脈沖發射與反射電路的設計

脈沖發射電路具備信息發射功能，能夠發出巨大的振蕩信號，且頻度較高，具有一定的驅動作用，能夠充分驅動脈沖發射器，使其產生高強度、大規模的脈沖信號，并對應逐步傳輸到電纜線，在地線、金屬線等的耦合作用下，脈沖信號得以逐步沿電纜線傳輸，從一側到另一側。HFCT具有信號觀測、測量功效，能夠及時、準確、高效地測算出來自于發射電路的相關信息、信號，并將其提取，經加工處理最終形成反射性脈沖，這樣就達成了線路兩側的信息通訊、信號定位與定時。

監測系統同樣需要以一定的程序軟件為依靠來實現整個監測過程，此系統則將FPGA用作芯片，發揮控制功能，在這一過程中逐步完成各項工作，實現各項功能，例如：采樣、信息讀取、數據儲存交換等。一旦儲存設備的信息較多，達到某一數量規模時，對應的存儲數據則將逐漸被傳輸到上位機，該機器能對數據加以科學處理。采樣系統則主要包含幾大部分：數據采集模塊、儲存模塊、通訊模塊等。

4 結語

城區配電網10kV電纜局部放電在線監測具有十分重要的意義，其地位也逐漸突出，經過局部放電的監測與檢查，能夠及時發現電纜的質量問題，特別是其絕緣度預測提供了依據，能夠為電網的安全保護創造條件。通過及時監測并發現電纜局部放電問題，并通過監測系統來定位該問題，同時，采取有效措施解決局部放電問題，能夠確保及時排除故障隱患，這樣才能為配網系統創造一個安全、穩定的運行環境。

[1]孫秉國.局部放電的波形和識別[Z].上海杰智電工科技有限公司高壓電纜局部放電檢測培訓資料，2012：17～28.

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[3]劉子玉，王惠明.電力電纜結構設計原理[M].西安：西安交通大學出版社，2014.

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2016-8-19