电缆综述0要点.doc

2.2电缆局部放电高频检测技术国内外发展现状与发展趋势 电缆终端和接头的局部放监测对于高压电缆的正常运行及故障预测有很重要的意义 图2-1 典型局部放电离线测试图 如图2-2所示，是典型的局部放电在线监测装置图，通常也是由传感器及局部放电信号处理系统组成的，但是电缆依然在线运行。 图2-2 局部放电在线监测典型装置 整个PD测试的系统的结构一般都可以表述为下面框图2-3。 图2-3 PD测试框图 对电缆及其附件PD检测除了传统的符合IEC60270标准的方法之外，近些年来国内外学者也提出了各种不同的非传统PD检测方法。CIGRE D1.33工作组2010报告中，就列出了不同PD检测方法，如表2-1。 表2-1 目前使用的PD检测方法[2] 通常检测电缆局部放电的各类传感器在电缆上的放置位置入图2-4. 图2-4 电缆局放检测传感器放置图 目前的电缆局部放电检测方法中所采用的传感器主要分为两类，一类是以罗戈夫斯基线圈测量原理为基础的电感耦合传感器；另一类是以电容耦合原理为基础的电容耦合传感器。 2.1.1 电感耦合 电磁耦合法检测电缆局部放电的原理是，将罗戈夫斯基线圈放在电缆终端或连接头上，穿过电缆屏蔽层的接地线，通过感应流过电缆屏蔽层的局放脉冲电流来检测局放。 根据安装位置和大小尺径的不同 如下图所示即为内置式电感耦合传感器，该传感器安装在电缆接头内部的金属屏蔽连接线上。内置式传感器尺径小，灵敏度高，受外界电磁干扰小，但是要求在电缆接头施工时将传感器安装好[]。 图内置式电感耦合传感器安装位置 可将传感器做成钳型便携式[]即外置式传感器，暂时或者永久性的固定在接头两端的电缆本体外部。通常采用宽频带Rogowski线圈结构电流传感器，其主要测量位置在电缆终端金属屏蔽层接地引线处、中间接头金属屏蔽连接线、电缆本体上和三芯电缆的单相电缆上等位置。当电缆中存在局部放电时，接地线及金属屏蔽层中流过脉冲电流，当其穿过传感器时会在二次绕组上感应出信号，这样便可获取局部放电信息。外置式传感器尺径大，灵敏度较低，易受空间电磁干扰，不过安装方便，且对电缆本体基本没有影响[]，结合一定的抗干扰方法后易于在现场应用推广。 　　 a) (b) 图 外置电感耦合传感器 a)传感器示意图b)传感器安装示意图 图2-7 电感耦合等效电路图 无论是空心还是带磁芯的Rogowski线圈对XL PE电缆的局部放电进行检测时都要求具有较宽的频带和较好的方波响应，以尽可能采集到全部的局放信号，且采集到的信号畸变尽可能小, 当选用带磁芯的Rogowski线圈时还要避免磁芯的饱和。考虑到XLPE电力电缆中局部放电信号具有亚纳秒的上升时间，对应信号频率上限约为500MHz即使考虑高频分量随传感器与局放源间距离的增加而严重衰减的影响,VHF 范围内的局放信号仍可在400～600 m内检测到。 对于电罗氏线圈的结构，国内外学者也进行了不同的改进，德国汉诺威大学的Uwe Schichler等人用每个线圈10匝，积分电阻100Ω的改进型罗氏线圈用于XLPE电缆接头的局放检测，器带宽为20kHz~10MHz，灵敏度为9.7V/A，该方法能检测到接头内部不小于1pC的局放[7]。国内华中科技大学改进型罗氏线圈如图2-8，精度为0.2级，加放大器后灵敏度约为1340V/A[8]。 (a) (b) 图2-8 改进式罗氏线圈 (a) 德国汉诺威大学改进型罗氏线圈 (b) 华中科技大学改进型罗氏线圈 对于带有螺旋结构接地屏蔽电缆的局部放电在线监测，也可以通过下图2-9中的轴向磁场传感器测量。其原理为：螺旋结构接地屏蔽电缆的局放脉冲ns级，而接地屏蔽中局部放电电流脉冲可分为沿电缆方向分量和切向分量，后者产生附加轴向磁场，其磁力线接近电缆外皮，在电缆外屏蔽层上缠绕的线圈的净磁通正比于切向电流，可以通过线圈上净磁通的大小判断局部放电量。但是，此方法的局限性在于只能用于带有螺旋结构接地屏蔽电缆，而且超高频信号在电缆中衰减非常严重。因此传感器与局部放电源的距离在10米以内时才有较好的灵敏度。可用于在线监测短电缆及电缆高压附件。 图2-9 轴向磁场传感器原理图[9] 2.1.2电容耦合 电容耦合法利用电缆及其接头中已有的金属结构，或另外安装金属薄片来构成容性电极，从而直接耦合放电产生的脉冲电流信号。 一种利用接头的结构进行信号的提取的内置电容法，直接利用电缆接头内部应力锥上的半导电层绕包金属箔或铜网作为耦合电极，该电极与线芯导体形成电容与金属屏蔽层形成电容并利用电缆外半导电层的一段做为检测阻抗来耦合局部放电信号，如所示。 (a)