高壓電纜局部放電智能在線監測系統的研究與應用

梁瑩 張風平 張公楨

摘 ?要：本文介紹了一種高壓電纜局部放電在線監測系統，分析了電纜頭局部放電的產生機理，并對信號采集裝置測量原理及數據傳輸原理進行分析。重點介紹了局部放電智能在線監測系統的原理和組成及網絡構架，通過運用該系統對110KV變電站電纜終端接頭進行加裝高壓電纜局部放電在線監測裝置，實時準確地監測電纜的運行狀態，檢測效果良好。

關鍵詞：變電站;局部放電;脈沖電流法;在線監測

引言

隨著我國電力事業不斷發展，裝機容量大幅度增加，尤其是城區電纜入地工程的開展，交聯聚乙烯電纜在電網建設與電網改造中得到越來越廣泛的應用。電纜及接頭因為施工工藝問題，或達到一定年限以后，常常會發生絕緣被擊穿而造成事故。因為電壓高、容量大，每次事故都可能造成重大的經濟損失。為確保輸電網絡的安全，對XLPE電纜的檢測技術受到了國內外眾多專家的注意，對XLPE電纜進行局部放電的在線監測是目前公認的有效預防電纜故障的方法。

1電纜局部放電產生機理

局部放電一直是電纜絕緣非破壞性電氣檢驗的主要項目。從50年代后期開始，世界各國專業人士紛紛致力于高靈敏度的局部放電檢測儀器的開發來對高壓電纜絕緣進行局部放電的檢測。在以后的發展中，主要是圍繞局部放電測量中的抗干擾問題和局部放電點的定位兩個方面展開。隨著電子技術的發展，在傳統的脈沖電流法的基礎上發展了基于寬頻帶檢測技術，應用數字信號處理方法進行抗干擾、定位和譜圖分析的計算機輔助的局部放電測量技術，大大推動了電纜局部放電測量技術的發展。

局放研究是通過傳感器耦合電纜接地線的信號，對電纜的局部放電進行監測數據采集，將其采集到的局部放電參量傳送到監測中心，對電纜的運行狀態進行分析評估，實現電纜運行狀態的實時監控。由于交聯聚乙烯電纜在永久性主絕緣故障發生以前，會在故障點產生大量的局放信號，如能盡早監測到主絕緣自恢復故障及其位置，即可達到高壓電纜在線監測與故障預警的目的，從而為電力部門有效的預防事故災害的發生提供有力的的保障。

本文旨在通過研究高壓電纜局放監測抗干擾、定位和譜圖分析等計算機輔助的局部放電測量技術對110kv變電站的監測效果，實現高壓電纜接頭局放監測、預警及故障定位功能，為110kv變電站電纜絕緣狀態評估及故障診斷提供依據。

2.高頻局部放電檢測技術基本原理

2.1羅氏線圈基本知識

羅格夫斯基線圈（Rogowski coils），簡稱羅氏線圈，又被稱為磁位計，最早被用于磁路的測量。一般情況下羅氏線圈為圓形或矩形，線圈骨架可以選擇空心或磁性骨架，導線均勻繞制在骨架上。

羅氏線圈的原邊為流過被測電流的導體，副邊為多匝線圈。當有交變的電流流過穿過線圈中心的導體時，會產生交變的磁場。副邊線圈與被測電流產生的磁通相交鏈，整個羅氏線圈副邊產生的磁鏈正比于導體中流過的電流大小。變化的磁鏈產生電動勢，且電動勢的大小與磁鏈的變化率成正比。令流過導體的電流為 ，線圈副邊感應出的電動勢為 ，基于安培環路定律和法拉第電磁感應定律，可由Maxwell方程解得：

根據羅氏線圈負載的不同，線圈可分為外積分式和自積分式。外積分式羅氏線圈又稱作窄帶型電流傳感器，具有較好的抗干擾能力。當采用外積分式羅氏線圈時，為得到電流 的波形，線圈的輸出通常需要經過無源RC外積分電路、由運放構成的有源外積分電路，以及數自積分電路等負載。外積分式羅氏線圈受積分電路頻率性能影響較大，測量頻率上限受到限制，一般用于測量兆赫茲以下的中低頻率電流。自積分式羅氏線圈又稱作寬帶型電流傳感器，具有相對較寬的檢測頻帶。由于其直接采用積分電阻，因此頻率響應較快，適用于測量上升時間較短的脈沖電流信號。

2.2 高頻局部放電檢測基本原理

用于局部放電檢測的羅氏線圈稱為高頻電流傳感器，其有效的頻率檢測范圍一般為3MHz～30MHz。由于所測量的局部放電信號是微小的高頻電流信號，傳感器需要在較寬的頻帶內有較高的靈敏度。因此HFCT選用高磁導率的磁芯作為線圈骨架，并通常采用自積分式線圈結構。使用HFCT進行局部放電檢測的等效電路圖如圖2-2所示。其中 為被測導體中流過的局部放電脈沖電流，M為被測導體與HFCT線圈之間的互感，Ls為線圈的自感，Rs為線圈的等效電阻，Cs為線圈的等效雜散電容，R為負載積分電阻，uo（t）為HFCT傳感器的輸出電壓信號。

在實際使用中，一般希望HFCT有盡可能高的靈敏度，并且在較寬的頻帶范圍內有平滑的幅頻響應曲線。同時要求HFCT有較強的抗工頻的磁飽和能力，這是因為實際檢測時不可避免有工頻電流流過，而此時不應因磁芯飽和而影響檢測結果。

3.變電站電纜接頭局部放電在線監測系統的實際應用

●實時顯示設備局放數據，通過表格顯示設備安裝所在接頭的幅值、頻次、放電總能量的數據;

●以曲線圖的形式顯示幅值和頻次。

如圖4-2和圖4-3所示，分別為彭煉1113線數據采集界面和彭煉1114線數據采集界面。

4.變電站電纜接頭局部放電在線監測系統測試評估

本次安裝高壓電纜局部放電在線監測系統，對電力電纜已安裝位置處可以實現實時監控，通過分析所測幅值、頻次、放電總能量三組數據情況，可以排除其是否存在安全隱患。通過本次研究，可以降低相關電力事故發生的頻率，盡可能避免不必要的經濟損失。

5.總結

電力工業不僅是國民經濟的基礎性產業，也是重要的公共事業，變電站在整個工業鏈中擔任著不可或缺的重要角色。就電力安全問題，我們以后將加強相關制度管理，加強人員安全意識培養，排查可見性問題。

通過電纜接頭處安裝一個HFCT脈沖電流傳感器，對110kV變電站電力隱患進行監測，可以證明電纜局放檢測設備對于變電站的實用性，為以后相應設備的針對性安裝提供依據。