陳騰彪， 鄔 韜， 魏前虎， 李高峰， 鄭曉泉

（1.深圳供電局有限公司，廣東深圳518010；2.西安博源電氣公司，陜西西安710054；3.西安交通大學(xué)，陜西西安710049）

基于三路脈沖信號極性鑒別技術(shù)的110 kV XLPE電纜局放檢測技術(shù)

陳騰彪1， 鄔 韜1， 魏前虎1， 李高峰2， 鄭曉泉3

（1.深圳供電局有限公司，廣東深圳518010；2.西安博源電氣公司，陜西西安710054；3.西安交通大學(xué)，陜西西安710049）

提出并研究了對高壓電纜中間接頭和電纜本體局部放電檢測的三路脈沖信號極性鑒別技術(shù)，給出了局部放電信號在不同方向上的傳播極性規(guī)律。利用三個(gè)傳感器進(jìn)行信號極性鑒別，判定放電源來源方向，最后用試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，并在實(shí)際線路上進(jìn)行了實(shí)測，證明了該技術(shù)的適用性。

XLPE電纜；局部放電；極性鑒別；現(xiàn)場檢測

0 引 言

我國城市輸配電網(wǎng)中大量采用XLPE電力電纜系統(tǒng)，這種電纜系統(tǒng)在生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝和運(yùn)行中有可能引入缺陷。這些缺陷易產(chǎn)生局部放電（PD），其中接頭的事故率相對電纜本體更高［1］。由于XLPE等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料會(huì)不斷老化并最終導(dǎo)致絕緣擊穿，造成嚴(yán)重事故［2-4］。因此，選擇合適的帶電檢測方法，對電力電纜及附件的PD進(jìn)行預(yù)防性絕緣監(jiān)測，是預(yù)防電力電纜絕緣擊穿事故的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

1 電力電纜中間接頭局部放電帶電測試原理及試驗(yàn)室驗(yàn)證

1.1 電纜PD測試的主要方法

國內(nèi)外關(guān)于電纜及接頭局部放電檢測方法的研究報(bào)道很多，但由于電纜及接頭局部放電信號微弱，波形復(fù)雜多變，極易被背景噪聲和外界電磁干擾噪聲淹沒，所以研究開發(fā)電纜及接頭局部放電在線檢測的裝置具有較大難度［5］，根據(jù)獲取PD信號方法不同，形成了多種測試PD手段，如差分法、方向耦合法、電磁耦合法、電容分壓法、REDI測量PD法、超高頻電容法、超高頻電感法、超聲波檢測法等［6-7］。

本文采用電感耦合法，利用PD脈沖信號在電力電纜本體及接頭處的傳播特性［8］，用三個(gè)高頻電流傳感器（HFCT）的組合極性鑒別技術(shù)，來分析判斷PD源的來源。

1.2 三傳感器PD檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由高速采集裝置、數(shù)據(jù)分析單元和三只HFCT等組成，如圖1所示，三路HFCT信號傳送到采集裝置中進(jìn)行數(shù)字化，然后由數(shù)據(jù)分析單元進(jìn)行集中處理、存儲(chǔ)、顯示。

每個(gè)HFCT帶寬500 kHz～20 MHz，#1、#2、#3傳感器分別卡在電纜接頭的左邊、右邊和交叉互聯(lián)線上。系統(tǒng)采樣率為100 Mbps，最長連續(xù)采集時(shí)間為1 s（50個(gè)工頻周期）。高速采集裝置可以三路信號同步采集，利用軟件對脈沖信號頻域進(jìn)行濾波、小波去噪、相位開窗、閾值截取等分析，最后加以極性判別，并自動(dòng)生成各種放電譜圖，以此判別電纜接頭中是否含有PD源。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3 三路信號極性鑒別技術(shù)測試原理

HFCT由羅高夫斯基線圈、匹配電阻等組成，因此傳感器帶有方向性，即同一個(gè)PD脈沖電流信號從不同方向穿過兩個(gè)傳感器，兩傳感器輸出的脈沖正負(fù)極性是相反的，稱為異極性；反之為同極性。

根據(jù)110 kV電力電纜自身結(jié)構(gòu)和連接方式，可畫出交叉互聯(lián)接頭其中一相的等效電路圖，如圖2所示。L1、R1、L2、R2為電纜線芯及屏蔽層的等效電感和電阻；C1和G1為電纜主絕緣等效電容和導(dǎo)納。長線傳輸時(shí)，高頻脈沖電流信號快速衰減，由于電纜自身傳輸特性影響，在接頭處發(fā)生反射，如圖2a所示，但反射波比原波的相位滯后，在時(shí)域容易分開。本系統(tǒng)測試只關(guān)注原波的極性，所以反射波對本系統(tǒng)測試影響可忽略。

當(dāng)接頭發(fā)生PD時(shí)，PD脈沖電流沿電纜從放電源向兩端傳輸［9］，穿過#1傳感器和#2傳感器的PD脈沖電流信號極性相反，又因?yàn)閮蓚鞲衅鞯木€圈繞向一致，所以，兩傳感器輸出脈沖波形極性相反，如圖2a示，從而鑒別出在電纜接頭中出現(xiàn)的PD。PD源信號的量值由安裝在交叉互連線上的#3傳感器獲取，該傳感器接收感應(yīng)到屏蔽層上，又經(jīng)交叉互聯(lián)線接地的PD信號。保護(hù)器的等效電容C3和C4只會(huì)改變PD信號電流的路徑，不會(huì)影響PD信號的大?。ㄒ妶D2a）。#3傳感器耦合出脈沖極性與#1傳感器脈沖極性相反，與#2傳感器脈沖極性相同。

如在接頭左端電纜本體輸入脈沖信號，則會(huì)在同一個(gè)方向穿過#1傳感器和#2傳感器，在兩傳感器輸出脈沖極性相同的信號；由于電纜接頭處為阻抗不均勻點(diǎn)，本體中脈沖信號由交叉互聯(lián)線進(jìn)入大地，所以#3傳感器耦合到的信號脈沖極性與#1傳感器的相同，并與#2傳感器信號同極性，圖2b中虛箭頭代表含有時(shí)延和衰減的反射波信號。同樣分析方法，可推出從接頭的右側(cè)輸入脈沖在三個(gè)傳感器的極性狀況。綜合分析可得出表1。

圖2 放電信號在電纜接頭部分傳輸路徑圖

表1 不同方向脈沖源在三個(gè)傳感器的極性關(guān)系

由此，可根據(jù)三個(gè)傳感器輸出信號的極性，準(zhǔn)確判斷脈沖來源，明確指出放電源是否來自接頭內(nèi)部，有效濾除隨機(jī)性脈沖干擾。

1.4 三路信號極性鑒別技術(shù)的驗(yàn)證

根據(jù)上述技術(shù)原理進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)：將兩段30 m、110 kV電力電纜（截面積800 mm2）用絕緣接頭（帶有交叉互聯(lián)功能接頭）連接，接頭部分及傳感器放置方式按圖2連接，模擬運(yùn)行電纜的連接方式。首先用PD脈沖校正器（型號：HAEFELY-K451）在電纜接頭左端輸入幅值為100 pC的PD脈沖信號，得到三個(gè)傳感器脈沖極性情況如圖3a；再從電纜本體右端輸入同樣信號，得到脈沖極性情況如圖3b；最后在電纜接頭內(nèi)部做氣泡缺陷，使在一定電壓下放電產(chǎn)生約100 pC放電源，得到三個(gè)傳感器的脈沖極性情況如圖3c；其結(jié)果完全符合表1中給出的極性情況，從而說明利用三路傳感器極性，判定PD源是否來自接頭內(nèi)部的可行性。

圖3 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證極性鑒別原理波形

2. 現(xiàn)場測試典型案例分析

2.1 被測電纜概況

對一條正在運(yùn)行的110kV XLPE電纜現(xiàn)場進(jìn)行PD檢測，被測電纜線路概況為：兩端是站內(nèi)GIS設(shè)備，線路全長3.1 km，中間共有5組中間接頭，如圖4所示。其中1號接頭和2號接頭為交叉互連保護(hù)接地絕緣接頭，3號接頭為直接接地接頭，4號接頭為保護(hù)接地接頭，5號接頭為直連接頭，站內(nèi)電纜兩終端屏蔽層都是直接接地。利用本監(jiān)測方法對這條線路的每一個(gè)接頭進(jìn)行詳細(xì)帶電檢測，并依據(jù)測試數(shù)據(jù)對每個(gè)接頭進(jìn)行PD評估。

圖4 現(xiàn)場測試電力電纜一次接線圖

測試結(jié)果分析：2號三相接頭都有明顯的內(nèi)部PD放電脈沖，經(jīng)過離線進(jìn)一步分析，最終確認(rèn)電纜2號接頭C相中存在放電源，建議對其進(jìn)行更換處理，相關(guān)部門隨后進(jìn)行更換，但是還未實(shí)施，2號電纜接頭C相發(fā)生了絕緣擊穿，造成一次停電事故，擊穿后照片見圖5。對擊穿后電纜接頭進(jìn)行切片分析，發(fā)現(xiàn)主絕緣中有明顯的電樹枝，后經(jīng)專家和運(yùn)行維護(hù)人員綜合分析，屬于在現(xiàn)場制作接頭時(shí)，施工不慎造成內(nèi)部少量氣泡或雜質(zhì)遺留，產(chǎn)生局部放電，經(jīng)過長期積累，導(dǎo)致絕緣劣化嚴(yán)重，內(nèi)部形成電樹枝并不斷生長，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。

圖5 擊穿后電纜接頭照片

2.2 測試過程及數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場傳感器的連接方式及位置與試驗(yàn)中保持一致，2號接頭C相測試截圖如圖6a示。對傳感器原始信號做小波分析，應(yīng)用Mallat算法，設(shè)定為10級數(shù)濾波，然后再通過Shrinkage技術(shù)進(jìn)行小波去噪［10-14］，最終得到圖6a波形，可以看出，#1與#2傳感器信號極性相反，#1與#3傳感器信號極性相同，完全符合接頭內(nèi)部產(chǎn)生放電條件，連續(xù)測試50個(gè)工頻周期，結(jié)合圖6b所示，放電點(diǎn)集中在第一和第三象限，符合內(nèi)部放電特點(diǎn)，判定接頭存在內(nèi)部局放放電源。

3 結(jié) 論

（1）三個(gè)傳感器的脈沖極性鑒別方法，能直接判斷帶有交叉互聯(lián)線的電力電纜絕緣接頭的高頻脈沖信號的來源，可以較為直觀地指明放電源的來源。

（2）此種檢測局放方式，結(jié)合頻域?yàn)V波和小波濾波等手段，經(jīng)過現(xiàn)場的檢驗(yàn)，能有效剔除隨機(jī)性的脈沖干擾，減小誤判概率。

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Study on 110kV XLPE Cable Joint PD Detection Technology by Three-Pulse Signal Polarity Identification

CHEN Teng-biao1，WU Tao1，WEIQian-hu1，LIGao-feng2，ZHENG Xiao-quan3
（1.Shenzhen Power Supply Bureau Ltd.，Shenzhen 518010，China；2.Xi'an Boyuan Electric Power Co.，Ltd.，Xi'an 710054，China；3.Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710049，China）

The polarity identify technique of three pulse signals for partial discharge detection in jointandmain insulation of110kV XLPE cable is proposed and researched.The polarity principle of the PD pulse signal spread in different directions of the cable was discussed.The direction of the PD source can be determined by the polarity differences of the three signals thatwere pike up by sensors.Finally，the research result being confirmed by experiment in laboratory and by actualmeasurement in a real cable.It is proved that this technical canmeet the demand of on-site detecting PD signal occurred in XLPE cable.

XLPE cable；partial discharge；polarity identify；on-site detection

TM247.1

A

1672-6901（2014）01-0027-04

2013-07-10

陳騰彪（1966-），男，工程師.

作者地址：廣東深圳市羅湖區(qū)翠竹路2018號［518010］.