電纜局部放電電信號的傳播特性研究

汪敏

(三峽電力職業學院，湖北 宜昌 443000)

1 引言

隨著我國國民經濟的不斷發展，電力線路得到了大力擴張。作為電力線路的重要組成部分，電纜線路也與日俱增[1]。為節約土地資源，電纜線路通常敷設于地下(如圖1所示)，并且電力部門也會對其進行定期維修，但隨著電纜線路數量的不斷增加，傳統的電纜維修策略也不再適用[2]。而基于局部放電法的電纜在線檢測方式可以通過局部放電信號的傳播來判定電纜的狀態信息，成為了近年來電纜在線檢測方式的熱點[3]。因此，本文針對電纜局部放電電信號的傳播特性研究，首先闡述了電纜局部放電的原因及種類，然后分別仿真計算了距離及頻率對局部放電信號的影響，具有重要意義。

圖1 埋地電力電纜

2 局部放電的原因

電纜在制造生產過程中，會有少許空氣等雜質混入其中，因此當電纜被施加了超過雜質游離強度的電壓時，就會導致電纜的局部放電。同時，即便電纜內部不含有雜質，其絕緣層也無法做到完全均勻，也有可能發生局部放電[4]。

局部放電初期的放電量較小，還不會使電纜失去絕緣性能，但隨著局部放電次數的增加，電纜的絕緣性能也會隨之慢慢下降。局部放電的破壞機理為:(1)在電場力的作用下，局部放電產生的帶電粒子會加速運動，可能沖破介質表面，導致介質的老化。(2)局部放電會使電纜表面溫度升高，進而導致介質的老化。(3)局部放電會產生大量的化學物質，會進一步對電纜的絕緣造成損壞。

3 局部放電的種類

局部放電一般可分為以下3類[5]:

(1)內部放電

電纜在生產制造過程中，會有一部分空氣等雜質混入其中，這導致當外界施加電壓超過雜質的游離強度后，即會發生局部放電現象。

(2)電暈放電

當電纜表面存在毛刺等尖端物體時，會使得電纜表面電場不均勻，而當外界施加電壓超過介質的游離強度時，就會發生電暈放電現象。當發生電暈放電時，會產生藍色熒光并伴有噪聲出現。

(3)表面放電

當外界施加電場超過了介質的游離強度時，就會發生表面放電現象。

4 局部放電電信號的傳播特性研究

4.1 距離對局部放電信號的影響

借鑒文獻[6]的信號發生電路，采用如圖2所示的雙指數衰減模型，進行距離對局部放電信號影響的仿真計算，計算結果如圖3所示。

圖2 雙指數衰減模型

圖3 距離對局部放電信號的影響

觀察圖3可得，隨著信號傳播距離的增加，信號的幅值呈現減小趨勢，如當信號的傳播距離為500m時，信號幅值達到1.4mV，而當傳播距離增大至1500m時，其信號幅值衰減至0.6mV。同時隨著信號傳播距離的增大，信號的脈沖寬度也逐漸加寬。

4.2 頻率對局部放電信號的影響

為研究頻率對局部放電信號的影響，采用同樣的電路及模型，分別對向電路中注入不同頻率的信號，仿真計算頻率對局部放電信號的影響，計算結果如圖4～6所示。

圖4 2×106Hz信號的傳播特性

圖5 2×108Hz信號的傳播特性

圖6 2×1010Hz信號的傳播特性

觀察圖4～6可知，隨著頻率的增大，信號的衰減幅度也隨之增大，衰減速度也呈現加快趨勢。

5 結論

電纜作為電力系統的重要部分，其絕緣狀態與電力系統的可靠性息息相關，因此對電纜的局部放電現象進行檢測具有重要意義。本文首先闡述了電纜局部放電的原因及種類，然后分別仿真計算了距離及頻率對局部放電信號的影響。本文研究成果為后續電纜的局部放電研究具有一定的參考意義。