电力电缆局部放电带电检测技术综述

电力电缆局部放电带电检测技术综述

张晓磊1，张琪2，依力扎提·吐尔汗1，曾东2

（1.新疆新能集团有限责任公司乌鲁木齐电力建设调试所，乌鲁木齐830011；2.国网新疆电力有限公司哈密供电公司，哈密市839001）

摘 要：随着社会的快速进步与人民生活水平的提高，对电力能源的需求也在不断增长。电力企业为了满足电力市场需求，正在不断扩大电网建设规模。电缆在传输电能时具有许多的优点，占电力线路中的比重不断增加，电缆的稳定运行直接影响供电可靠性，对电缆的运行状态精准检测就显得至关重要。现阶段，传统的电力电缆检测技术已经不能适应社会的需要，相关人员要积极探讨电力电缆局部放电带电检测技术，推动电力电缆检测技术的进一步发展。

关键词：电力电缆；局部放电；带电检测；高频

中图分类号：TM7文献标识码：A

基金项目：国网新疆电力有限公司项目（D230DK210003）

0引言

随着城市化水平的不断提升，城市对供电质量要求越来越高，而使用电力电缆进行供电具有许多的优势，运营线路长度在不断增加。在运行中的电缆线路中，电压等级在10kV-220kV的电缆己经成为主流，当前最高电压等级已经达到1000kV[1]。但电缆在运行过程中会受到多重复杂因素的影响，如外力损伤、过负荷运行、湿气等，这些因素都会加速线路老化，若绝缘性能遭到破坏就会对供电造成一定的隐患。同时一些使用年限较久的电缆线路中，目前部分线路及其附件己经因老化等影响因素而达到预期寿命的中后期阶段，若不及时发现解决将会造成严重的后果[2,3,4]。

1 电缆局部放电带电检测重要性

电缆一般都敷设在地下，因制作工艺或者外界环境出现的一些问题比较隐蔽不能轻易发现，长此以往，当发生停电时才意识到问题就已经造成了严重的经济损失。经过大量的研究表明，电缆状态与局部放电显著相关，局部放电的存在预示着电缆绝缘出现劣化[5]。采用电缆局部放电带电检测技术，对电缆的运行状态可以有效、可靠检测。电缆局部放电带电检测的重要性有以下几个方面：

1.1 提高质量控制与管理的有效性

电缆从制造到安装和使用过程中，都必须要严格遵守相关要求。但在实际的生产中，无法做到生产的电缆没有缺陷，在安装过程中，部分施工单位存在违规安装，导致在运行时出现故障。电力电缆敷设在地下，很难对出现的故障及时发现。对电力电缆进行局部放电带电检测，可以及时发现并解决问题，从而实现对电力电缆质量的控制，增强电缆供电的可靠性，为电网后续电缆建设提供有效的解决方案。

1.2 达到状态检修目的

在电网建设过程中，对于设备的检修是非常重要的。设备检修可以及时的发现设备中存在的问题，根据问题采取措施，从而保障设备可以稳定运行。过去因技术上的不足，电力电缆的检修采用定期检修，定期检修有很大的盲目性，对运行正常的电缆进行检修会造成严重的人力物力浪费，对存在缺陷的电力电缆也只有到检修时间才能发现问题，如果缺陷没有被发现，还会造成缺陷继续发展，到下个检修时间才能发现，或者缺陷到下个检修时间已经导致线路出现严重故障而停电，造成重大的损失。采用局部放电的带电检测技术，可以对电力电缆的实时运行状态进行检测，及时发现电缆出现的缺陷，有利于节省人力物力，同时提高电力电缆的使用寿命，提高电网的经济性能。

2 带电检测技术发展简述

带电检测技术主要分局部放电类带电检测和非局部放电类带电检测。局部放电检测技术根据局部放电产生的物理现象，用物理表征量来进行研究局部放电的相关性质。在1940年，超声波检测技术就已经应用到电网一次设备的局放检测中了，当时受限传感器的换能元件，使得传感器换能效率低下且当时的超声波局放检测的灵敏度很低，检测效果较差。直到1980年，德国VALLEN公司和美国的PAC公司都推出了超声波发射信号传感器，该传感器能有效的进行信号处理，大大提高了传感器的灵敏度和抗干扰能力。随后，丹麦B&D公司研究了声学振动检测技术，瑞典AGEMA公司研发了基于电力系统的红外测温技术，红外热成像在那个时候便广泛的用于一次设备接触部位。随后更多的带电检测技术在上世纪 80 年代开发出来，国际大电网会议在 1990 年综合性的对电气设备带电检测进行总结。上世纪 90 年代开始，新的技术得到迅速发展，更多新的检测手段渐渐应用到带电检测领域，当时学者已经在研究不同类型的缺陷故障对应检测的超声波、特高频等的时域频域谱图特征了。紧接着在2000年，澳大利亚SIEMENS研究了超声波信号局放数据在设备中传播以及衰减的规律。在2005年，德国专家Ekard Grossman，Kurt Feser两人对傅里叶变换和信号数据处理进行研究，强化了带电检测方法的灵敏度和稳定性。近些年，越来越多学者研究利用光纤本体或者外置敏感元件将超声波数据转化为光强数据技术，取得了不错的效果[6]。

我国电力设备带电检测研究晚于其他国家。在1970年，国内电气设备领域的专家开展相关技术研讨会，为带电检测技术的发展提供了技术支持，随后先后有相应的高校有对应的成果研发出来，如北京理工大学研发了Tran-B主变在线故障检测系统，武高所研制了主变局放诊断平台，这些研究成果目前都得到了广泛应用。

3 电缆局部放电带电检测技术分析

通常情况下，电力电缆局部放电会产生不一样的物理现象，不一样的物理现象会产生不一样的局部放电状态，对这些不同的局部放电状态进行描述，从而达到电力电缆局部放电状态识别的目的，这就是电力电缆局部放电带电检测技术。电力电缆局部放电带电检测技术有很多种，现阶段比较常见的主要有超声法、特高频法、高频电流法、红外检测法、接地电流法[7]。图1为电缆中间接头带电检测示意图。

图1 电缆中间接头带电检测

3.1 超声法

电缆在发生局部放电时，会同时有超声波的释放[8]。超声法主要是借助超声传感器进行局部放电带电检测的，一般使用压电晶体传感器，大多数情况下是监测电缆接头的局部放电情况。压电晶体传感器由陶瓷片构成，超声波作用在陶瓷片两端会产生电荷，超声波的机械振动会使瓷片出现交流电动势，将得到的电信号进行处理就可以实现声波的检测。在超声传感器的外端还存在分离放大器，超声传感器和分离放大器一般放在电缆附件，分离放大器可以将声音信号进行放大处理，之后信号会经过光电转化模块，模块里面的光纤会将转化之后的信号信息传送到专门的数据采集卡中，数据采集卡与工控机进行相连，工控机会将数据采集卡里的信号信息反映出来，形成波形数据。超声法可以有效的降低外界环境对于监测的干扰，提高电力电缆局部放电带电检测的精准度。

超声信号具有非常小的波速，因此，技术人员也可以实行很好的故障定位，这些都是超声法在电缆运行的现场可以实现有效的电缆局部放电检测的优点。但是超声法也存在一些局限性，因为超声信号的产生是有限的，一般来说比较小，在超声传感器性能不优的情况下不容易实现超声信号的采集与反映。此外，电力电缆的外表具有一定的绝缘层，这种绝缘层可以吸收一定的高频超声波，使得原始的高频超声信号在传输的过程中出现衰减的现象，最后形成出来的数据与原始信号相比差距较大不利于超声法进行推广。随着我国科学技术的快速发展，相关技术人员对于超声传感器进行了性能的提升，加强了超声法在实际运用中的推广。

3.2 特高频法

电力电缆在局部放电时会产生一定的电磁波信号，频带最高达到了GHz以上[9]，特高频法是根据这一特点进行局部放电带电检测的。特高频传感器是保证电力电缆局部放电检测准确的重要器件，特高频传感器需要具有一定的响应宽带，还要有较高的灵敏度[10]。研究发现，局部放电信号随着频率升高衰减越快，特高频传感器在安装的时候一般距离电缆故障点很近，这可以有效的降低信号衰减带来的影响，实现对电缆的有效监测。该方法在电缆终端处检测局部放电非常适用。

3.3 高频电流法

高频电流法在局部放电带电检测技术中应用广泛，测试频率在300kHz至数十或上百MHz[11] ，Montanari最早将高频电流法应用到电力电缆的局部放电检测之中。[12]。高频电流法通过检测电缆金属护套上流过的局部放电高频脉冲电流，对高频电流进行分析获得局部放电信息。在使用该方法时，在电缆接地线或者交叉互联线上安装高频电流传感器，高频电流传感器一般是线圈型。由于局部放电信号能带较宽，通常在高频内进行信号检测，从而降低外部噪声的干扰。

3.4 红外检测法

红外检测法是一种非接触式测量方法，可以直观有效的发现故障。电力设备运行状态的红外探测本质上就是对设备(目标)发出的红外辐射进行探测和显示的过程。设备发射的红外辐射功率在大气中发射衰减后，由探测仪器的光学系统接收并聚焦到红外探测器上，将目标的红外辐射信号功率转换为便于直接处理的电信号。放大后，以数字或二维热像的形式显示目标设备表面的温度值或温度场分布。

电力电缆常见的故障类型和发热原因包括外部夹头接头松动、氧化、接触不良引起的发热，以及电缆头受潮、变质或气隙引起的整体发热和局部发热。检测诊断方法:观察电缆端子引线接头和护套地线处是否有明显发热;观察电缆终端设备温度是否从上到下均匀分布，无局部发热;电缆端子体同一部位的温度为1K的偏差，可判定为严重及以上缺陷；电缆终端根部及尾管无局部发热。

3.5 接地电流法

电缆金属护套接地电流测试作为状态维护的重要检测项目，具有重要意义。在不同的电缆护套接地方式下，接地电流会有较大的差异。当电缆外护套损坏或电缆屏蔽层破裂时，电缆外护套的接地电流会发生变化。因此，通过对电缆护套接地电流的现场检测或在线监测，可以发现安装过程中接地方式的错误、交叉互联系统的接线错误、电缆护套多点接地、屏蔽层断裂等缺陷。实践证明，检测电缆护套接地电流是检查电缆接地系统是否正常的有效手段。中国国家电网公司状态检修试验程序将电缆护套接地电流带电检测作为电缆日常检查项目之一。

目前电缆常见的接地方式有三种，分别是单端接地、双端接地和交叉接地。电缆护套接地电流的检测方法通常采用手持式大口径钳式电流表，套在电缆护套接地线上，测量护套接地电流。使用钳式电流表测量时，应注意钳式电流表的电压电平和电流值。测量时应穿戴绝缘手套和绝缘鞋，特别注意人头与带电部分保持足够的安全距离。电流表爪插入导线前应充分调整量程，插入后不得调整量程。因为仪器本身的电流互感器在测量时不允许二次侧开路。插入后发现量程选择不合适时，应先将夹爪从导线上取下，再进行量程调整。电流表卡爪插入导线后，卡爪应完全密封，导线应处于中心位置，否则会因严重漏磁而导致测量值不准确。

长期以来没有开展电缆护套接地电流测试，对测试结果也没有明确统一的判断标准。测量结果可参考以下标准法规，并结合实际情况进行分析判断:国家电网公司《输变电设备状态维护试验规范》(Q/GDW 1168-2013)规定接地电流小于100A，接地电流与负载之比小于20%。在中国国家电网公司《电缆状态评价指南》中，评价电缆护套接地电流不扣减的条件为:接地电流绝对值小于100A，且不超过负载电流的20%，单相接地电流最大值与最小值之比小于3。

4 结论

电力行业对于国家的发展非常重要，电缆是电力实现有效、安全运输的基础，因此，相关人员要不断完善电力电力局部放电带电检测技术，保障电力运输安全、稳定。

参考文献：

[1] 牟磊.电力电缆局部放电带电检测技术研究[D].山东大学.2017.

[2]何聪,袁川,曾伟,张安安. XLPE高压电力电缆局部放电检测方法[J]. 电网与清洁能源,2016,32(05):27-33.

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[12]G.C.Montanari et al.PD detection limits in extruded power cables through wide and ultra-wide bandwidth detectors[J].IEEETransactions on Discharges and Electrical Insulation, 2008,15(4) :1185.

基金项目：国网新疆电力有限公司项目（D230DK210003）