电力电缆局部放电检测技术的探讨
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２００９年第３期Ｎｏ．３２００９
电线电缆
ＥｌｅｃｔｒｉｃＷｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ
２００９年６月
Ｊｕｎ．，２００９
击穿场强，因此在这些区域就会首先发生放电现象。在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿的这种现象我们称之为局部放电。在ＧＢ７３５４－－２００３《局部放电测量》标准中局放被定义为：“局部放电（局放）ｐａｒｔｉａｌｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＰＤ），导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电。这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。”虽然局部放电的数量级不大，但却会加剧绝缘的老化并最终导致绝缘击穿。
因此，在交接试验过程中提出了局放检测这一概念，其目的是通过检测局放信息，早期发现绝缘潜在的故障或缺陷，从而尽可能地减少事故发生。
局部放电主要的发生部位是绝缘内部，如图１所示。在电场作用下，微小气隙（气泡）中的空气分子产生游离，气泡中的正负电子向两端不同的极性集结，集聚电荷；随着气泡中场强的增大，使得气泡被击穿；电荷产生强烈中和并形成脉冲电流，其他的还有表面放电和电晕放电等。
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图１局部放电过程示意图
（?）气晾中电场分布示意图（ｂ）气隙中放电产生的反向电压（ｃ）气隙上的电压（ｄ）气隙放电的脉冲电压
３局部放电的检测方法
局部放电的检测都是以局放所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局放的状态。通常在绝缘内部发生局部放电时，会伴随着出现许多现象：电脉冲、电磁波、超声波、光、热等，以及伴随生成的一些新的生成物或气体压力和化学变化等现象。
根据上述的物理表象特征，目前常用的局放检测手段有以下几种：脉冲电流法、高频电流法（ＨＦ．ＣＴ）、超声波法（ＡＥ，或称作声发射法）、超高频法（ｔＪＨＦ）、光测法、测温法等多种方式。
现在使用的交联电缆通常有数公里长，因此对于交联电缆的局放测试需要进行定位，因为电缆有其自身阻抗，而局放信号通常是高频信号，信号到电缆两端碰到阻抗不匹配时会出现反射现象，其造成的结果是：测试结果可能是几个信号的叠加，即局放信号会沿着电缆向两端传播，到端点还会出现反射现象，如图２所示。因此，如何正确采集局放信号和处理该信号就成为我们研究和关注的焦点。
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图２局放信号的传播
此外还需注意的是背景信号干扰问题。在现场的检测中，大量的电磁干扰会完全把局放信号淹没，只有抑制这些背景干扰，提高信号的信噪比，才能准确地识别出交流局放信号，为监测系统对电缆绝缘状况进行评估提供可靠的基础。
就局部放电在线监测中的干扰而言，主要可分为３大类型：连续性正弦干扰（即窄带干扰）、白噪声干扰和脉冲干扰（即宽带干扰，包括周期性脉冲干扰和随机性脉冲干扰）等，其中以连续性正弦干扰和白噪声干扰的强度最大、分布最广，几乎淹没了局部放电脉冲信号，而脉冲干扰与放电脉冲信号极为相似，对放电脉冲的识别造成很大影响。因此，如何抑制这三种干扰，以提高局部放电在线监测的灵敏度，即提高局部放电的信噪比，就成为局放检测的另一个关键问题了。
通常局放检测可分为在线检测和离线检测两类方法。
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３．１离线检测
离线检测的最基本方法是：脉冲电流法。现场离线局放测试，如果电缆与附件的局放水平与出厂测试结果相当，则表明电缆系统处于比较好的状态。
交联电缆的离线测试系统如图３所示，主要包括高压电源、局放仪、脉冲电流传感器、耦合电容以及测量阻抗。
图３ＸＬＰＥ交联电缆离线测试接线图
按ＩＥＥＥＳｔｄ４００．３—２００６标准，现场电缆发生故障的风险随着外加电压的升高而增大，建议测试电压最大值为２砜。为了激发局放，工频测试时加压时间最长可为１５ｒａｉｎ，当检测到局放时，为获取足够的数据，应持续足够长的时间，一般为１５ｓ。
根据ＩＥＣ６０８８５—３和ＧＢ／Ｔ３０４８．１２一１９９４的规定，试验电压应加在导电线芯和金属屏蔽之间，进行局部放电测量时，电压应平稳地升高到１．２倍试验电压，但时间不得超过１ｒａｉｎ，然后缓慢地下降到规定的试验电压，此时即可测量局部放电量。
此外，根据ＩＥＣ６０５０２－－２００５，对电缆进行局放测试时，测试电压应该逐渐地上升到２Ｕｏ，并保持１０ｓ，然后缓慢地降到１．７３Ｕ。。
因此，通常局放测试电压为１．７３Ｕｏ，测试过程中的最高电压为２玩。
局放的定位即绝缘缺陷的定位是通过放电脉冲三次反射来实现的，如图４所示。
测量三次脉冲反射回来的时间和强度，根据电缆长度，来计算脉冲电流传播速度。
脉冲电流在电缆中的传播速度ｐ为：
ｙ：士（１）
√Ｋ８ｆ
Ｋ。／ＺｄＺ，８。
式中，占，为绝缘材料的相对介电常数；Ｋ为常数；ｐ。为真空导磁系数；ｐ，为相对导磁系数；８。为真空介电系数。由此可见，脉冲电流沿电缆的传播速度与绝缘材料的介电常数有关，传播速度的变化反映了绝缘材料的老化状况，根据传播速度可以对电缆线路绝缘整体状况进行评估。
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图４绝缘缺陷定位原理图
３．２在线检测
通常电缆绝缘故障多发生在电缆附件位置上，而其本体则较少发生故障。对于电缆带电（在线）测试，主要检测电缆附件，包括电缆终端和电缆头是否有局放产生。在线检测主要手段有：超高频法（ＵＨＦ）、高频电流法（ＨＦＣＴ）、超声波检测法（ＡＥ检测法）。图５为电缆终端局放在线检测原理图。
图５电缆终端局放在线检测原理图
（１）超高频检测法（ＵＨＦ）当电缆终端内发生局放脉冲时，会泄漏出超高频电磁波信号，通过ＵＨＦ传感器检测该电磁波，以判断局放现象的发生。
ＵＨＦ检测一个主要的优点在于能够进行局放定位，通过使用２个或２个以上的ＵＨＦ传感器，能够较好地对局放源进行定位。ＵＨＦ传感器不需要接触到导体及电缆终端的高压部分，且ＵＨＦ传感器可以进行移动检测，适用于在线检测。
ＵＨＦ主要的缺点是容易受到ＧＳＭ及数字电视地面广播信号的影响，但是对于现场检测来说，可以通过专家系统来识别。另外ＵＨＦ传感器对于空间环境的接触不良等现场引起的放电现象反应也极为灵敏（这些由于开关接触不良引起的打火等现象产
生的高频电磁波往往要比真实的绝缘局放信号要大万方数据
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