高壓電纜局部放電帶電檢測系統研究

余仁鑫

摘要：高壓電纜局部放電是一種較為常見的電力故障，準確定位高壓電纜放電部位，對保障電力線路的安全穩定運行具有非常重要的意義。為了能夠保證高壓線路的可靠性，建立可靠的高壓電纜局部放電帶電檢測系統是非常有必要。文章就高壓電纜局部放電帶電檢測系統的設計以及研制進行研究，旨在給讀者一些思考。

關鍵詞：高壓電纜;局部放電;帶電檢測;系統設計;研制

前言

保障高壓電纜正常工作的一個關鍵因素就是要提升對高壓電纜的絕緣檢測效果與維護。以往的高壓電纜絕緣檢測大多是采用離線檢測，這種檢測方式的弊端在于需要斷電檢測，影響到供電的持續性。因而，帶電檢測逐漸成為了高壓電纜絕緣檢測的發展趨勢。

1、局部放電帶電檢測系統的設計

高壓電纜局部放電帶電檢測要求快速、準確、短時，所以檢測時必須采用較為精準的傳感器，通常情況下我們采用Rogowski線圈電流傳感器來檢測高壓電纜中的PE線，Rogowski線圈電流傳感器既可以滿足局部放電檢測要有即時性、快速，又能夠滿足準確性的要求。圖1為高壓電纜局部放電帶電檢測設計原理。

在電網的實際運行過程中，在沒有調度令的情況下是不允許隨意更改其運行狀態的，所以要想判斷每一臺設備的運行狀態，就必須選取靈敏度較高的傳感器。在高壓電纜發生局部放電時，由于放電部位的電流很微弱，放電頻率和范圍較為廣泛，對傳感器靈敏度要求較高，文章采用的Rogowski線圈電流傳感器，能夠滿足帶電檢測時對傳感器靈敏度的要求。綜上所述，要想提升高壓電纜局部放電帶電檢測效果傳感器的設計是關鍵也是難點。

2、寬頻帶電流傳感器的設計

2.1 Rogowski線圈原理

電力電纜中的局部放電的電流非常微弱，防電脈沖時間非常短，放電頻率和范圍非常廣泛，所以對傳感器靈敏度要求很高。Rogowski線圈相當于I/V轉換器，通常情況下Rogowski線圈是長方形或者是圓形空心骨架，線圈均勻纏繞在骨架上。當有電流通過線圈時，線圈的每一匝都會產生電磁，線圈中的電流和磁場互相影響，不斷的發生變化，產生不同的電勢，電勢隨著電流的增大而增大。

2.2 電流傳感器的設計

電流傳感器的主體是Rogowski線圈，要想提升帶電檢測的效果就必須設計出合理的適用的Rogowski線圈，線圈設計時需要從以下幾個方面入手。（1）線圈匝數的設計。線圈的匝數的自積分條件、線圈輸出信號的強弱、信號在線圈中傳輸時間長短都會影響到線圈產生的電磁。如果被測導線在線圈的正中間，那么信號傳輸時間與線圈匝數成正比。如果被測導線在線圈外面，那么需要在輸出電壓的信號上疊加一個震蕩。根據實驗得出，信號的傳輸時間小于被測電流上升時間的4-5倍時，疊加震蕩對線圈的影響才會消失。（2）線圈骨架的設計。股價選擇的是圓形骨架，骨架材料選用磁性材料為最佳，例如可以選用鎳鋅鐵氧體或者是錳鋅鐵氧體，磁骨架表面與漆包線之間涂上絕緣漆以避免線圈之間產生串擾，使用導線固定膠水將導線固定在磁骨架上。（3）傳感器屏蔽層的設計。為了防止其他電磁場的干擾，Rogowski線圈需要加設一套屏蔽外殼，在外殼的內側預留出2mm的空隙，保證被測電流核心磁場能夠進入線圈中。

2.3 傳感器探頭設計

傳感器中最為重要的一部分就是探頭，探頭的接觸面由CIS檢測點而確定，傳感器的作用就是用來接收局部放電信號，所以為了防止干擾，除了防止傳感器的地方之外，其他地方必須都用屏蔽遮擋住，這樣便可以保證所采集信號的純凈度。經過實驗，綜合各個參數，最終選擇導磁率為200的鎳鋅鐵氧體作為傳感器探頭磁芯的材料，選擇積分電阻為1kΩ，線圈的匝數為10，這樣可以最大程度上保證最高的靈敏度，同時又可以保證傳感器具有寬工作頻帶。將纏繞好的傳感器線圈用鋁制的屏蔽盒包裝起來，為了能夠使的電流信號與線圈耦合，要在鋁制的屏蔽盒內部預留1mm的縫隙。

2.4 數據采集系統設計

根據前文的分析我們可知，電纜局部放電的電流非常微弱，頻率高，范圍廣，如果要想得到精準的數據，就必須給帶電檢測系統配備一套高速精準的數據采集裝置，這樣放電信號可以直接進行采集最終進入到數據管理系統中，及時地進行運算分析。為了能夠滿足上述的要求，我們可以在檢測點上安裝一套寬帶頻率為15kHz-20MHz的信號放大器，利用信號放大器對監測點的局部信號進行放大，這樣可更加保證所采集信號的準確性。根據上述要求，結合LabVIEW平臺研發出局部放電帶電檢測系統軟件，該系統具有數據采集、分析、保存等功能。

3、局部放電帶電檢測系統的應用

高壓電力電纜在長時間的運行之后，由于受到外力等作用，電纜的絕緣層失效，容易發生局部放電，導致電纜被擊穿。某工業園區的高壓輸電線路，在正式運行之后，經常發生電纜擊穿事故，給當地的電力企業帶來了巨大的損失。因此，他們需要借助局部放電帶電檢測系統來提升日常運維的效果。該分管電力公司，根據現場的實際情況，設計出了符合本站情況的局部放電帶電檢測系統，利用局部放電帶電檢測系統分別對110kV變電站以及220kV變電站內的電纜出線進行了實際檢測。經過系統分析之后，快速的得出了110kV變電站的線路存在明顯的局部放電信號，說明該線路的電纜存在一定的缺陷，需要進一步進行分析確定準確位置。通過使用局部放電帶電檢測系統，該供電公司的運維檢修效率大大的提升，極大的提高了輸電的安全性。

總結：

綜上所述，電纜局部放電的電流非常微弱且頻率較高范圍較廣，高壓電纜局部放電帶電檢測系統是提升電纜運維效果的一個重要手段。局部放電帶電檢測系統的重點內容在傳感器的設計，這是整個帶電檢測系統的關鍵。電纜局部放電帶電檢測系統，可以在不斷電的情況下快速的檢測出可能存在的缺陷，極大的提升了輸電線路的穩定性。

參考文獻

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