電纜中間接頭局部放電非電量檢測方法探討

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對供電可靠性的要求也越來越高，對運維單位的日常運行維護(hù)也出現(xiàn)了新的變化和新的要求。目前，城市配網(wǎng)的電纜化率越來越高，電纜中間頭大量運用。其中，電纜冷縮中間接頭，因其安裝便利、絕緣性能好、耐高溫及酸堿性能的特點，在配網(wǎng)當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但隨之而來的電纜中間接頭故障問題也在上升，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行，甚至造成饋線跳閘。交聯(lián)聚乙烯電纜(cross-linked polyethylene，XLPE)因結(jié)構(gòu)簡單、載流量大與敷設(shè)方便等特點，在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。但由于施工、安裝質(zhì)量參差不齊，運行維護(hù)粗糙，造成電纜故障問題比較突出。局部放電是造成交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣破壞的主要原因。局部放電量的變化預(yù)示著影響電纜穩(wěn)定運行的缺陷，因而能夠較為全面、靈敏地反映電氣設(shè)備的絕緣狀況。

1 電纜中間接頭局部放電在線檢測儀器技術(shù)簡介

電纜故障檢測技術(shù)有分布式光纖溫度檢測技術(shù)、局部放電在線檢測技術(shù)、紅外熱成像熱故障檢測技術(shù)、接地電流檢測技術(shù)及介質(zhì)損耗檢測技術(shù)等。其中，局部放電檢測技術(shù)是最主要的而且是研究最為廣泛和深入的檢測技術(shù)。然而，現(xiàn)有的電纜及電纜中間接頭的絕緣情況和局部放電故障都基于電量參數(shù)變化檢測，主要用于電纜及中間接頭性能測試和驗收，很難實現(xiàn)在線檢測和監(jiān)測。

為掌握電纜中間接頭的絕緣狀態(tài)和故障情況，我們研發(fā)了電纜和電纜中間接頭局部放電在線檢測儀器。能夠?qū)崿F(xiàn)電纜連接頭局部放電的非電量檢測。該檢測儀通過光纖熒光體敏感交聯(lián)聚乙烯電纜中間接頭局部放電釋放的特征氣體，實現(xiàn)局部放電強度以及對絕緣材料的破壞程度的檢測，實現(xiàn)電纜連接頭局部放電特性的長期在線檢測，保證電網(wǎng)運行安全。發(fā)明的局部發(fā)電監(jiān)測儀由光纖熒光檢測儀和檢測光纖光纜組成，檢測部分主體為絕緣的光纖，為非電量的局部放電檢測，儀器結(jié)構(gòu)簡單、可靠、性能穩(wěn)定、安裝方便，可實現(xiàn)所有安裝條件的交聯(lián)聚乙烯電纜中間接頭局部放電檢測。

圖1為電纜中間接頭局部放電在線檢測儀器核心技術(shù)光纖熒光檢測模塊的基本結(jié)構(gòu)。圖中1為光纖熒光檢測模塊；2為光纖連接器；3為檢測光纖光纜；4為熒光探頭；5為電纜連接頭；6為防水防爆殼體；7為激勵激光；8為驅(qū)動電路；9為光光測器；10為前置放大器；11為CPU系統(tǒng)；12為顯示和接口；13光耦合分光器。

圖1 光纖熒光檢測模塊

光纖熒光檢測模塊的工作原理：激勵激光7由相連的驅(qū)動電路8提供電流驅(qū)動，驅(qū)動電路參數(shù)由相連CPU系統(tǒng)11設(shè)定。光探測器9生成的光電流通過電連接傳到前置放大器10被放大，通過電連接送入CPU系統(tǒng)11采集和處理，實現(xiàn)熒光特性的提取和分析，檢測結(jié)果存儲到CPU系統(tǒng)11，同時送到顯示&接口12顯示。光耦合分光器13將激勵激光7發(fā)出的激光導(dǎo)出到檢測光纖光纜，將返回的熒光導(dǎo)入到探測器9。

2 電纜中間接頭局部放電在線檢測儀器的組成及工作原理

電纜中間接頭局部放電檢測儀分兩大部分組成，其中光纖熒光檢測模塊1，光纖連接器2組成局部放電檢測分析部分，檢測光纖光纜3、熒光探頭4組成局部放電熒光探測部分。熒光探頭4與檢測光纖光纜3的一端連接，安裝在電纜連接頭5的防水防爆殼體6中，實現(xiàn)電纜中間連接頭局部放電的檢測。如圖2所示。

圖2 局部放電檢測儀

如圖2，電纜連接頭5由交聯(lián)聚乙烯材料實現(xiàn)保護(hù)絕緣，當(dāng)出現(xiàn)局部放電時，會使局部材料溫度上升，進(jìn)而破壞材料的結(jié)構(gòu)，釋放特殊的特征氣體，導(dǎo)致光纖纖熒光探頭發(fā)出的熒光光譜和強度發(fā)生對應(yīng)變化，測量光譜和強度的變化便可實現(xiàn)局部放電狀況的檢測。檢測光纖光纜3的另一端為光纖連接器2，通過光纖接口與光纖熒光檢測儀1連接，將熒光探頭4產(chǎn)生的熒光導(dǎo)入光纖熒光檢測模塊1。光纖熒光檢測模塊1發(fā)出短波長激勵光，通過檢測光纖光纜3傳輸?shù)綗晒馓筋^4，激發(fā)熒光探頭4中熒光材料發(fā)光，熒光材料與局部放電產(chǎn)生的氣體相互作用后，熒光壽命和強度會發(fā)生變化，變化的熒光由檢測光纖光纜3導(dǎo)入熒光檢測模塊1，通過分析熒光壽命及強度的變化，獲取電纜中間接頭的局部放電情況，光纖熒光檢測模塊1存儲檢測結(jié)果，同時輸出檢測結(jié)果。光纖熒光檢測模塊1和檢測光纖光纜3通過光纖連接器2連接，與電插接情況類似，可以根據(jù)需要連接或斷開。

其中，檢測光纖光纜3主要起傳光的作用，可以采用傳光光纖或傳光光纖束。其一端制作管連接器2，另一端連接熒光探頭4，各部分材料均為高絕緣材料，對電纜中間連接頭5不產(chǎn)生影響，而且信號載體為光，對電磁干擾不敏感，抗干擾能力強。

3 結(jié)語

本文采用非電量的光纖熒光檢測技術(shù)實現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯電纜中間接頭局部放電檢測方法，選用的材料為對局部放電特征氣體敏感的熒光材料，優(yōu)選高分子聚合物熒光材料制作光纖熒光探頭，靈敏度高，效果好。通過測量熒光光譜及其強度的變化檢測局部放電強度和對絕緣的影響，各部分材料均為高絕緣材料，對電纜中間連接頭不產(chǎn)生影響，而且信號載體為光，對電磁干擾不敏感、抗干擾能力強，能實現(xiàn)長期在線檢測和監(jiān)測。與相比傳統(tǒng)的電量檢測技術(shù)，結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高，克服了傳統(tǒng)技術(shù)不能實現(xiàn)有效的在線檢測的問題，從而達(dá)到長期有效的監(jiān)測電纜中間接頭的運行狀況，根據(jù)實際情況可以提前做好預(yù)防措施，大大降低線路故障率，減少用戶停電時間，為線路運維人員減負(fù)，提高供電可靠性。