電纜中間接頭局部放電非電量檢測(cè)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(jì)的發(fā)展，人們對(duì)供電可靠性的要求也越來(lái)越高，對(duì)運(yùn)維單位的日常運(yùn)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(lái)越高，電纜中間頭大量運(yùn)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(diǎn)，在配網(wǎng)當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但隨之而來(lái)的電纜中間接頭故障問(wèn)題也在上升，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)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(jiǎn)單、載流量大與敷設(shè)方便等特點(diǎn)，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(yùn)行維護(hù)粗糙，造成電纜故障問(wèn)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(yùn)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(cè)儀器技術(shù)簡(jiǎn)介

電纜故障檢測(cè)技術(shù)有分布式光纖溫度檢測(cè)技術(shù)、局部放電在線檢測(cè)技術(shù)、紅外熱成像熱故障檢測(cè)技術(shù)、接地電流檢測(cè)技術(shù)及介質(zhì)損耗檢測(cè)技術(shù)等。其中，局部放電檢測(cè)技術(shù)是最主要的而且是研究最為廣泛和深入的檢測(cè)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(cè)，主要用于電纜及中間接頭性能測(cè)試和驗(yàn)收，很難實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。

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(cè)儀器。能夠?qū)崿F(xiàn)電纜連接頭局部放電的非電量檢測(cè)。該檢測(cè)儀通過(guò)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(shí)現(xiàn)局部放電強(qiáng)度以及對(duì)絕緣材料的破壞程度的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)電纜連接頭局部放電特性的長(zhǎng)期在線檢測(cè)，保證電網(wǎng)運(yùn)行安全。發(fā)明的局部發(fā)電監(jiān)測(cè)儀由光纖熒光檢測(cè)儀和檢測(cè)光纖光纜組成，檢測(cè)部分主體為絕緣的光纖，為非電量的局部放電檢測(cè)，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、性能穩(wěn)定、安裝方便，可實(shí)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(cè)。

圖1為電纜中間接頭局部放電在線檢測(cè)儀器核心技術(shù)光纖熒光檢測(cè)模塊的基本結(jié)構(gòu)。圖中1為光纖熒光檢測(cè)模塊；2為光纖連接器；3為檢測(cè)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(lì)激光；8為驅(qū)動(dòng)電路；9為光光測(cè)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(cè)模塊

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

2 電纜中間接頭局部放電在線檢測(cè)儀器的組成及工作原理

電纜中間接頭局部放電檢測(cè)儀分兩大部分組成，其中光纖熒光檢測(cè)模塊1，光纖連接器2組成局部放電檢測(cè)分析部分，檢測(cè)光纖光纜3、熒光探頭4組成局部放電熒光探測(cè)部分。熒光探頭4與檢測(cè)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(shí)現(xiàn)電纜中間連接頭局部放電的檢測(cè)。如圖2所示。

圖2 局部放電檢測(cè)儀

如圖2，電纜連接頭5由交聯(lián)聚乙烯材料實(shí)現(xiàn)保護(hù)絕緣，當(dāng)出現(xiàn)局部放電時(shí)，會(huì)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(qiáng)度發(fā)生對(duì)應(yīng)變化，測(cè)量光譜和強(qiáng)度的變化便可實(shí)現(xiàn)局部放電狀況的檢測(cè)。檢測(cè)光纖光纜3的另一端為光纖連接器2，通過(guò)光纖接口與光纖熒光檢測(cè)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(cè)模塊1。光纖熒光檢測(cè)模塊1發(fā)出短波長(zhǎng)激勵(lì)光，通過(guò)檢測(cè)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(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，變化的熒光由檢測(cè)光纖光纜3導(dǎo)入熒光檢測(cè)模塊1，通過(guò)分析熒光壽命及強(qiáng)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(cè)模塊1存儲(chǔ)檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)輸出檢測(cè)結(jié)果。光纖熒光檢測(cè)模塊1和檢測(cè)光纖光纜3通過(guò)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(kāi)。

其中，檢測(cè)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(duì)電纜中間連接頭5不產(chǎn)生影響，而且信號(hào)載體為光，對(duì)電磁干擾不敏感，抗干擾能力強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用非電量的光纖熒光檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯電纜中間接頭局部放電檢測(cè)方法，選用的材料為對(duì)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(guò)測(cè)量熒光光譜及其強(qiáng)度的變化檢測(cè)局部放電強(qiáng)度和對(duì)絕緣的影響，各部分材料均為高絕緣材料，對(duì)電纜中間連接頭不產(chǎn)生影響，而且信號(hào)載體為光，對(duì)電磁干擾不敏感、抗干擾能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。與相比傳統(tǒng)的電量檢測(cè)技術(shù)，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可靠性更高，克服了傳統(tǒng)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)有效的在線檢測(cè)的問(wèn)題，從而達(dá)到長(zhǎng)期有效的監(jiān)測(cè)電纜中間接頭的運(yùn)行狀況，根據(jù)實(shí)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(shí)間，為線路運(yùn)維人員減負(fù)，提高供電可靠性。