溫偉新

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局 廣東江門 529000）

基于城區(qū)配電網(wǎng)的10kV電纜局部放電在線監(jiān)測及定位系統(tǒng)分析

溫偉新

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局 廣東江門 529000）

由于整個社會用電量的不斷上升，城區(qū)配電網(wǎng)系統(tǒng)中電纜的應(yīng)用量在逐步上升，電纜發(fā)揮了電能傳輸作用，然而，實際運行中也存在絕緣度下降、局部放電等問題，有必要針對電纜的局部放電加以監(jiān)測，并提出科學(xué)的解決對策。本文分析了配網(wǎng)電纜局部放電基本原理，并分析了在線監(jiān)測與定位系統(tǒng)的設(shè)計原理。

10kV配網(wǎng)系統(tǒng)；局部放電；在線監(jiān)測；定位

前言

配網(wǎng)電纜局部放電現(xiàn)象是配網(wǎng)運行中面臨的主要問題之一，有必要對局部放電現(xiàn)象加以監(jiān)測，從而分析問題產(chǎn)生的原因，并及時解除問題，傳統(tǒng)的局部放電監(jiān)測技術(shù)不僅精準(zhǔn)度低、而且成本較高，對此則有必要通過綜合利用現(xiàn)代化信息技術(shù)、通訊技術(shù)等來研制一種全新的在線監(jiān)測與定位系統(tǒng)，以達(dá)到對局部放電現(xiàn)象的在線監(jiān)測與定位，確保及時發(fā)現(xiàn)并解除問題，維護(hù)系統(tǒng)的安全、高效運轉(zhuǎn)。

1 配網(wǎng)電纜局部放電基本原理

配網(wǎng)電纜絕緣體在實際的生產(chǎn)、加工、制造中，內(nèi)部難免會摻雜、混入一部分氣泡、雜質(zhì)，該區(qū)域的擊穿場強(qiáng)相對較低，從而導(dǎo)致此區(qū)域的放電問題。在整個的絕緣系統(tǒng)內(nèi)部，僅存在局部放電現(xiàn)象，沒有徹底擊穿，這就是所謂的局部放電現(xiàn)象，理論上的局部放電被定義為：導(dǎo)體間絕緣被局部橋接的放電現(xiàn)象，局部放電不僅可能帶來觸電風(fēng)險，甚至可能導(dǎo)致絕緣體的腐蝕變質(zhì)，造成絕緣擊穿問題。

為了有效控制局部放電問題，就有必要對其進(jìn)行在線監(jiān)測，依靠并利用在線監(jiān)測系統(tǒng)，來動態(tài)監(jiān)測電纜局部放電情況，提前發(fā)現(xiàn)問題和故障，及時作出處理，控制事故問題的出現(xiàn)。

常見的局放現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在絕緣體中，放電過程大致為：由于受到電場影響，絕緣體中由于混入氣泡與雜質(zhì)，氣泡內(nèi)部存在大量的空氣分子，其處于游離狀態(tài)，氣泡內(nèi)部的正電子、負(fù)電子等會逐漸朝著兩極聚集，電荷也隨之在兩極附近集聚，當(dāng)氣泡中場強(qiáng)逐漸上升，氣泡則面臨被擊穿的風(fēng)險，期間將出現(xiàn)大量的脈沖電流，形成局部放電現(xiàn)象。具體如圖1所示。

圖1 絕緣體內(nèi)局部放電圖

2 局部放電監(jiān)測技術(shù)與方法

所謂的局部放電監(jiān)測簡單說就是對電纜局部環(huán)節(jié)放電現(xiàn)象的檢查與監(jiān)測，一般局部放電出現(xiàn)在絕緣體中，放電過程中會隨之出現(xiàn)多種現(xiàn)象，例如：脈沖、超聲波、電磁波等，在這一過程中還將隨之發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的物質(zhì)。從當(dāng)前來看，對于電纜局部放電主要采用以下監(jiān)測技術(shù)與方法，例如：脈沖電流法、測溫法、超高頻法等。對于10kV配網(wǎng)系統(tǒng)來說，由于其存在大量的電線電纜，如果斷電檢測則具有一定的困難性、挑戰(zhàn)性，不僅影響檢測精準(zhǔn)度，也會為安全用電帶來影響，對此則引入了在線監(jiān)測與定位系統(tǒng)，用來檢測并定位電纜的局部放電現(xiàn)象。

3 配網(wǎng)電纜在線局部放電在線監(jiān)測與定位系統(tǒng)的研究

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理

配電網(wǎng)10kV電纜局部放電在線監(jiān)測與定位系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖2所示。

由于10kV電纜自身以及附屬設(shè)備等都存在某種不足，而且遇到電場應(yīng)力，可能出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，順著電纜放電脈沖會逐漸朝兩側(cè)傳遞，由于兩側(cè)設(shè)置了接地線，能夠借助脈沖傳感器對應(yīng)檢查、監(jiān)測到其中的脈沖電流，而且兩側(cè)信息數(shù)據(jù)不斷發(fā)出、接收，發(fā)射單元也逐步達(dá)到了兩側(cè)數(shù)據(jù)信息的同時、同步采集，兩側(cè)的信息系統(tǒng)能夠達(dá)到信息的同步采集、分享、儲存與處理，具體的放電監(jiān)測與定位流程為：

圖2 電纜局部放電在線監(jiān)測與定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理圖

3.1.1 脈沖傳播速度的測算

3.1.2 定位脈沖

通常來說，局部放電都是出現(xiàn)在某一瞬間，在這一短時間會產(chǎn)生脈沖，此脈沖將沿著電纜朝左右兩側(cè)逐步傳輸，需要結(jié)合A端所采集提供的波形圖像，可以初步計算出：傳感器A分別在時間t1，t2內(nèi)收到第一個脈沖、第二個脈沖，那么對應(yīng)則能夠定位局部放電的具體方位：

3.2 局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件的研制

在線監(jiān)測系統(tǒng)通常由多個單元組成，例如：脈沖發(fā)射器、高頻電流互感器，信息采集、分析系統(tǒng)等，每個單元都有著自身的性質(zhì)、功能，發(fā)揮著自身的作用，具體體現(xiàn)為：

3.2.1 脈沖發(fā)射器與發(fā)射器

依托于磁偶極子天線原理，脈沖發(fā)射器是由5捆線圈構(gòu)造而成，電纜初始部位，控制電路將出現(xiàn)高頻電壓，該電壓具有一定的驅(qū)動作用，能夠有效驅(qū)動來自于天線的電磁波，使其耦合至電纜接地線，脈沖信號則將通過電纜來逐步傳輸，逐漸走向電纜另一側(cè)，同時，途徑接地線來逐漸傳輸?shù)酱蟮刂?。其中，由于接地線中存在一定的脈沖電流，該電流能夠通過HFCT對應(yīng)被監(jiān)測，而且其輸出電壓也能觸動控制電路，從而產(chǎn)生脈沖電壓作用于反射器，來自于該反射器的電磁場也將耦合，并沿著相反的方向來朝著電纜的起始位置傳輸，這樣就實現(xiàn)了雙端信號采集系統(tǒng)的同時、同步調(diào)運轉(zhuǎn)。

3.2.2 脈沖發(fā)射與反射電路的設(shè)計

脈沖發(fā)射電路具備信息發(fā)射功能，能夠發(fā)出巨大的振蕩信號，且頻度較高，具有一定的驅(qū)動作用，能夠充分驅(qū)動脈沖發(fā)射器，使其產(chǎn)生高強(qiáng)度、大規(guī)模的脈沖信號，并對應(yīng)逐步傳輸?shù)诫娎|線，在地線、金屬線等的耦合作用下，脈沖信號得以逐步沿電纜線傳輸，從一側(cè)到另一側(cè)。HFCT具有信號觀測、測量功效，能夠及時、準(zhǔn)確、高效地測算出來自于發(fā)射電路的相關(guān)信息、信號，并將其提取，經(jīng)加工處理最終形成反射性脈沖，這樣就達(dá)成了線路兩側(cè)的信息通訊、信號定位與定時。

監(jiān)測系統(tǒng)同樣需要以一定的程序軟件為依靠來實現(xiàn)整個監(jiān)測過程，此系統(tǒng)則將FPGA用作芯片，發(fā)揮控制功能，在這一過程中逐步完成各項工作，實現(xiàn)各項功能，例如：采樣、信息讀取、數(shù)據(jù)儲存交換等。一旦儲存設(shè)備的信息較多，達(dá)到某一數(shù)量規(guī)模時，對應(yīng)的存儲數(shù)據(jù)則將逐漸被傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，該機(jī)器能對數(shù)據(jù)加以科學(xué)處理。采樣系統(tǒng)則主要包含幾大部分：數(shù)據(jù)采集模塊、儲存模塊、通訊模塊等。

4 結(jié)語

城區(qū)配電網(wǎng)10kV電纜局部放電在線監(jiān)測具有十分重要的意義，其地位也逐漸突出，經(jīng)過局部放電的監(jiān)測與檢查，能夠及時發(fā)現(xiàn)電纜的質(zhì)量問題，特別是其絕緣度預(yù)測提供了依據(jù)，能夠為電網(wǎng)的安全保護(hù)創(chuàng)造條件。通過及時監(jiān)測并發(fā)現(xiàn)電纜局部放電問題，并通過監(jiān)測系統(tǒng)來定位該問題，同時，采取有效措施解決局部放電問題，能夠確保及時排除故障隱患，這樣才能為配網(wǎng)系統(tǒng)創(chuàng)造一個安全、穩(wěn)定的運行環(huán)境。

[1]孫秉國.局部放電的波形和識別[Z].上海杰智電工科技有限公司高壓電纜局部放電檢測培訓(xùn)資料，2012：17～28.

[2]蔡海民.海纜維護(hù)管理與技術(shù)介紹[C].首屆全國海底光纜通信技術(shù)研討會論文集，2006.

[3]劉子玉，王惠明.電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2014.

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2016-8-19