張西子

（華北電力大學(xué)〈北京〉 中國 北京 102206）

0 引言

目前在國際和國內(nèi)已有越來越多的XLPE交聯(lián)聚乙烯絕緣的電力電纜替代原有的充油油紙絕緣的電力電纜。但在交聯(lián)電纜投運(yùn)前的試驗(yàn)手段上由于被試容量大和試驗(yàn)設(shè)備的原因，仍沿襲使用直流耐壓的試驗(yàn)方法。近年來國內(nèi)外的很多研究機(jī)構(gòu)的研究成果表明直流試驗(yàn)對XLPE交聯(lián)聚乙烯電纜有不同程度的損害。因此，使用非直流的方法對交聯(lián)電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)就越來越受到人們的重視。但是，由于電纜的電容量較大，采用傳統(tǒng)的工頻試驗(yàn)變壓器很笨重、龐大、且大電流的工作電源現(xiàn)場不易取得，所以采用串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備。其輸入電源的容量能顯著降低，重量減輕，便于使用和運(yùn)輸。

研究發(fā)現(xiàn)，電纜的局部放電量與其絕緣狀況密切相關(guān)，局部放電量的變化預(yù)示著電纜絕緣可能存在危害電纜安全運(yùn)行的缺陷，因此準(zhǔn)確測量電纜局部放電量是判斷電纜絕緣品質(zhì)的最直觀、理想、有效的方法。

1 研究方法

了解到局部放電的原因，本文采用高壓電纜諧振耐壓局部放電測量的方法，具體如下：

將電纜在諧振條件下加壓運(yùn)行，電纜缺陷部位將在一定電壓下產(chǎn)生局部放電脈沖。該脈沖將以一定的傳播速度沿電纜長度傳播，并在末端發(fā)生反射，反射后繼續(xù)傳播。將該脈沖信號進(jìn)行采集并經(jīng)放大器放大，利用編寫的軟件來顯示，采用行波測距的方法，通過獲取故障點(diǎn)放電電壓入射波和反射波到達(dá)測試端的時(shí)間差，算出故障點(diǎn)距離。從而進(jìn)一步定位故障發(fā)生地。

2 局部放電檢測

目前在局部放電的電測法中得到大量應(yīng)用的是耦合電容法。

耦合電容法又叫ERA法。其基本原理是：產(chǎn)生一次局部發(fā)電時(shí)，試品Cx兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的電壓變化DU，此時(shí)如經(jīng)過一個(gè)耦合電容Ck耦合到一個(gè)檢測阻抗Zd（阻值50歐姆）上，回路中就會產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流I，脈沖電流I流經(jīng)檢測阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓予以采集，放大和顯示等處理，就可以測定局部放電的一些基本量。

耦合電容法主要利用局部放電頻譜中的較低頻段部分，一般位數(shù)kHz至數(shù)百kHz（至多數(shù)MHz），以避免無線電干擾。一般均配有脈沖峰值表指示脈沖峰值，并有示波管顯示脈沖大小，個(gè)數(shù)與相位。放大器增益很大，其測試靈敏度相當(dāng)高，而且可用已知電荷量的脈沖注入校正定量，從而可測出放電量q。

通過對測量實(shí)際的分析，我們選用頻帶為100Hz～60MHz，增益為40dB的放大器來將采集到的局部放電信號進(jìn)行放大。

3 局部放電故障點(diǎn)的定位

3.1 行波法測距

輸電線路行波法故障測距原理是利用故障點(diǎn)到達(dá)測量點(diǎn)的距離與行波的傳播時(shí)間成正比的原理,通過測量行波的傳播時(shí)間來確定故障點(diǎn)到測量點(diǎn)距離的測距方法。

L為R點(diǎn)和點(diǎn)之間線路的總長度，在F點(diǎn)發(fā)生故障后，暫態(tài)行波分別向R，S運(yùn)動，到達(dá)R，S后將檢測到兩個(gè)波頭，設(shè)在R點(diǎn)測到兩個(gè)波頭之間的時(shí)間差為ΔT，行波速度為V。

當(dāng)發(fā)生故障時(shí),經(jīng)小波變換檢測到與初始行波波頭同極性第二個(gè)行波波頭，即故障點(diǎn)初始行波經(jīng)終端反射回到故障處再次回到檢測端的波頭，由此可以得到R點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離為：

x=L-0.5*v*T

3.2 具體步驟

3.2.1 信號的處理

由于測試導(dǎo)線固有的高頻干擾等，對波頭識別和有用信息的讀取帶來干擾，造成故障點(diǎn)誤判，測距誤差較大。所以需要對原始信號進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理，以消除噪聲干擾，提取信號突變點(diǎn)的位置信息。信號的處理主要采用小波變換的方法。

3.2.2 故障點(diǎn)的定位

1）檢測波形峰值

對檢測系統(tǒng)采集到的局放原始信號，設(shè)定合理的檢測閾值，軟件自動找出局放信號中所有過閾值的波峰及波谷。

2）入射-反射脈沖的配對

根據(jù)行波理論，電纜終端開路時(shí)，入射脈沖和反射脈沖極性相同，且入射脈沖的幅值大于反射脈沖?；谠摾碚?，首先提取完整局放波形中的最大峰值（波峰或波谷），以此峰值所在的脈沖作為一個(gè)入射波，并以入射波時(shí)刻為起點(diǎn)，截取一定時(shí)間段內(nèi)的波形，截取波形的時(shí)間長度為（L為電纜長度，V為電纜中波速)。然后在完整的局放波形中消去已經(jīng)截取的子波，在剩余波形中再次搜索峰值（波峰或波谷），求取峰值最大值，重復(fù)上述步驟，依此方法完成一個(gè)完整局放波形的分割。在分割得到的每個(gè)子波中，搜尋與入射波脈沖最為相似的脈沖作為反射波 （入射波與反射波極性相同，入射波幅值大于反射波）。為便于區(qū)分，入射波、反射波以及波形其余部分用不同顏色標(biāo)識，并標(biāo)識出入射波及反射波的峰值。這樣，每個(gè)子波中包括入射波及反射波，這樣的一個(gè)波形作為一個(gè)定位波形，用戶可以選擇查看。

上面給出一個(gè)完整局放波形的波形分割及脈沖匹配方法，針對大量的局放測試波形，軟件均按照上述方法進(jìn)行波形分割及脈沖匹配處理。

3）選取合理的定位波形

每個(gè)完整的局放信號波形在經(jīng)過2.1.2中所述的方法完成子波形切割、脈沖自動配對后，可以形成若干個(gè)定位波形。由于局放信號波形隨機(jī)性較大，軟件自動生成的脈沖配對結(jié)果不一定準(zhǔn)確。為提高脈沖配對準(zhǔn)確度，需要在軟件自動配對的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工篩選，最終確定準(zhǔn)確的配對結(jié)果。

再根據(jù)行波理論及經(jīng)驗(yàn)最終確定用于定位計(jì)算的脈沖配對波形，并選擇合理的入射及反射脈沖，軟件自動測量選取的入射、反射脈沖之間的時(shí)間差值，根據(jù)下式計(jì)算故障原位置：

上式中L為電纜長度，v為電纜中波速，Δt為入射波與反射波峰值之間的時(shí)間差。

3.2.3 放電量的判別

雖然故障點(diǎn)放電量大小不能直接測得，但是其數(shù)值可以反映在波形幅值上。預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)得到放電量與幅值之間的關(guān)系作為校準(zhǔn)波形，與所測得波形相比較，便可得到故障點(diǎn)放電量。校準(zhǔn)波形如下圖所示：

4 結(jié)論

利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，通過調(diào)節(jié)輸出頻率，使回路中電抗器和試品電容發(fā)生串聯(lián)諧振，是當(dāng)前高壓試驗(yàn)的一種新方法。我們配合諧振耐壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)出了局部放電檢測裝置，將這種對電纜高壓檢驗(yàn)的先進(jìn)方法與電纜的局部放電檢測相結(jié)合，在對電纜的進(jìn)行耐壓檢驗(yàn)的過程中實(shí)現(xiàn)對局部放電的檢測與定位。

該測量系統(tǒng)能同時(shí)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)和局部放電檢測，及其發(fā)現(xiàn)電纜的大、小故障，提高電纜供電可靠性。

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