趙法強(qiáng), 肖艷霞，陸林

(1.深圳供電局有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518001；2. 北京航空航天大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京 100191)

隨著經(jīng)濟(jì)和城市的不斷發(fā)展，城市配電網(wǎng)的電纜覆蓋率大大提高，交聯(lián)聚乙烯(cross-linked poly-ethylene，XLPE)電纜載流量大、敷設(shè)方便，是目前電網(wǎng)中普遍采用的主要電纜材料[1-2]。由電纜組成的傳輸電網(wǎng)主要部分包括電纜和電纜中間接頭，其性能和可靠性直接影響電網(wǎng)安全。其中，電纜中間接頭安裝便利、絕緣性能好、耐高溫及酸堿，是配電網(wǎng)電纜連接的主要方式[3-4];然而，在電纜材料、施工、安裝質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)等方面存在問(wèn)題，嚴(yán)重影響了電纜的可靠性，造成的電纜故障問(wèn)題也比較突出[5-10]。因此，開(kāi)發(fā)有效的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)電纜全壽命安全監(jiān)測(cè)，是保證電網(wǎng)安全的關(guān)鍵。局部放電(簡(jiǎn)稱“局放”)是造成XLPE電纜絕緣性被破壞的主要原因，局放及其變化能夠較為全面、靈敏地反映電氣設(shè)備的絕緣狀況[11-13]。通過(guò)交聯(lián)改性制作的XLPE材料，彌補(bǔ)了聚乙烯材料熔點(diǎn)低、耐熱性差、存在蠕變等方面的不足。由XLPE制成的絕緣電纜能在90 ℃條件下長(zhǎng)期工作，短時(shí)間允許過(guò)載溫度達(dá)到130 ℃，這使得XLPE成為目前應(yīng)用最廣泛、最理想的絕緣材料。揭示這種材料在應(yīng)用過(guò)程中(如局放條件)的特性和劣化機(jī)理，進(jìn)而提出有效的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)方法及技術(shù)，一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和焦點(diǎn)。

通常XLPE電纜的工作壽命為30 a，但在其運(yùn)行過(guò)程中的故障會(huì)導(dǎo)致工作壽命變短。主要導(dǎo)致電纜出現(xiàn)故障而縮短壽命的原因有以下幾點(diǎn)：機(jī)械損傷、絕緣老化、過(guò)電壓、電纜制作材料存在缺陷或設(shè)計(jì)工藝不足等。這些問(wèn)題通常會(huì)使電力電纜及其中間接頭絕緣層的薄弱部位，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生局放，盡管一般情況不會(huì)直接引起絕緣的穿透性擊穿，但會(huì)導(dǎo)致電介質(zhì)的局部損壞，若存在長(zhǎng)期的局放，將最終會(huì)導(dǎo)致絕緣劣化甚至擊穿，造成事故。因此，開(kāi)發(fā)有效的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)電纜絕緣能力的安全監(jiān)測(cè)，是保證電網(wǎng)安全的關(guān)鍵。局放與電纜的絕緣性直接相關(guān)，能夠較為全面、靈敏地反映電氣設(shè)備的絕緣狀況，是衡量電纜工作狀態(tài)是否正常的重要依據(jù)。采用局放檢測(cè)技術(shù)來(lái)判斷電纜絕緣特性的方法已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外專家和IEEE協(xié)會(huì)的一致認(rèn)可。局放會(huì)產(chǎn)生電弧，同時(shí)伴隨有光、熱、聲、電磁輻射或引起電流突增、突降等。利用這些特征實(shí)現(xiàn)局放監(jiān)測(cè)是目前的主流技術(shù)[14-20]。應(yīng)用較為廣泛的有超聲波法、特高頻法及脈沖電流法等。但是這些技術(shù)一般很難用于檢測(cè)電纜溝內(nèi)由局放引起的電纜絕緣劣化。實(shí)際上，局放除了伴隨光、熱、聲及電磁輻射等現(xiàn)象外，還會(huì)在電纜中產(chǎn)生高溫和分解出氣體，同樣能反映電纜的絕緣性及可靠性。此外，已有的局放監(jiān)測(cè)技術(shù)大都基于電量檢測(cè)，很難實(shí)現(xiàn)XLPE電纜局放的在線監(jiān)測(cè)，迫切需要研究和開(kāi)發(fā)非電量的檢測(cè)理論和技術(shù)。

為此，以探索XLPE電纜非電量局放監(jiān)測(cè)技術(shù)為目的，本文設(shè)計(jì)并制作了XLPE電纜局部放電實(shí)驗(yàn)裝置，以收集不同放電條件下局放生成的氣體(以下簡(jiǎn)稱“局放氣體”)，同時(shí)采用電磁不敏感的光纖光柵溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)局放區(qū)域溫度。通過(guò)分析收集氣體樣本的成分和濃度，發(fā)現(xiàn)局放強(qiáng)度、放電區(qū)溫度和產(chǎn)生的氣體成分及濃度均成正比例關(guān)系，提出了基于氣體吸收光譜和熒光光譜2種非電量局放檢測(cè)技術(shù)，并對(duì)其中的熒光光譜檢測(cè)手段進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將熒光材料安裝在放電腔中，在線測(cè)試了熒光材料在局放氣體長(zhǎng)期作用下的熒光譜，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間增加，局放氣體作用會(huì)導(dǎo)致熒光譜峰值藍(lán)移。本文為基于熒光探測(cè)技術(shù)的XLPE電纜局部放電非電量監(jiān)測(cè)和絕緣狀態(tài)預(yù)估提供新的思路，也為XLPE電纜長(zhǎng)期工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和實(shí)效評(píng)估提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 XLPE電纜局放氣體采集實(shí)驗(yàn)裝置

XLPE電纜中間接頭內(nèi)部在出現(xiàn)缺陷發(fā)生局放時(shí)，會(huì)分解破壞局放點(diǎn)周圍絕緣材料，釋放出一定的氣體，通過(guò)對(duì)這些氣體的檢測(cè)，能評(píng)估XLPE電纜中間接頭的工作狀態(tài)。為模擬XLPE電纜中間接頭的局放情況，制作了XLPE局放氣體采集實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示，其中虛線框內(nèi)為后續(xù)進(jìn)行熒光材料光譜實(shí)驗(yàn)時(shí)另加的實(shí)驗(yàn)裝置。

由定制的玻璃管和2個(gè)玻璃塞形成密閉的放電腔，放電電極安裝在玻璃塞上，用環(huán)氧膠固定，密封玻璃管用V形槽支撐。XLPE樣品片為直接從高壓電纜上取下的絕緣套制成的圓片(中心打孔)，放電電極對(duì)稱安裝，與其中心孔共軸。在形成放電的情況下，使電弧有效作用于XLPE樣品，通過(guò)直接燒蝕和加溫樣品釋放氣體，以模擬實(shí)際的局放狀態(tài)。為監(jiān)測(cè)放電過(guò)程中放電位置的溫度變化，采用了新型的光纖光柵溫度傳感器。光纖光柵基于光波調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，具有電磁不敏感、精度高、測(cè)量范圍大的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)試時(shí)，將光纖光柵溫度傳感器安裝在接近XLPE樣片放電位置的小孔中，傳輸光纖連接光纖光柵解調(diào)儀(SM125)，由光纖光柵解調(diào)儀采集和記錄溫度信號(hào)。放電需要的高電壓由專用的高電壓發(fā)生裝置產(chǎn)生，通過(guò)改變放電電流的大小實(shí)現(xiàn)放電強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。為了真實(shí)模擬XLPE電纜及其中間接頭的工作狀況，在玻璃塞2上制作了出氣孔，在放電之前，先連接真空泵，將密閉玻璃腔內(nèi)空氣抽出，盡可能保證其與電纜及中間接頭密封工作條件一致。在放電形成足夠多氣體后，出氣孔連接氣體采樣注射器，由注射器抽取放電產(chǎn)生的氣體樣品。改變放電條件，可獲得不同放電狀態(tài)的放電氣體。采用氣相色譜儀(GCMS-QP2010)測(cè)量放電氣體成分和濃度，能準(zhǔn)確獲得放電氣體中主要?dú)怏w成分及其在不同放電條件下的演變情況。通過(guò)相關(guān)性分析，可確定XLPE局放特征氣體成分及其演變規(guī)律。

圖1 XLPE電纜局放氣體采集實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 XLPE cable partial discharge gas collection setup

在本實(shí)驗(yàn)中，采用了新型的光纖光柵溫度傳感器[21]取代了熱敏電阻進(jìn)行溫度測(cè)量。這種溫度傳感器為本征型光纖傳感器，具有尺寸微小、電磁不敏感、可遠(yuǎn)程測(cè)量的特點(diǎn)，特別適合復(fù)雜電磁環(huán)境的溫度測(cè)量。光纖光柵本質(zhì)上是一種光纖纖芯內(nèi)的位相光柵，其形成機(jī)理為空間周期性分布的紫外或紅外激光照射到纖芯時(shí)，芯內(nèi)摻雜物質(zhì)吸收光子能量發(fā)生狀態(tài)改變，并根據(jù)入射紫外或紅外光的周期沿光纖軸向進(jìn)行重新分布，最終表現(xiàn)為纖芯內(nèi)出現(xiàn)周期性的折射率調(diào)制，該調(diào)制會(huì)引起2個(gè)相互匹配相位的光纖本征模式之間的耦合，這種耦合會(huì)導(dǎo)致特定波長(zhǎng)的入射光基本被反射，其他波長(zhǎng)的入射光則可以正常通過(guò)。

圖 2為光纖光柵的傳感原理示意圖，入射光為寬譜光源，當(dāng)其經(jīng)過(guò)光柵后，反射光通過(guò)光纖耦合器進(jìn)入光譜儀，反射光光譜中只有波長(zhǎng)為λB的窄線寬光譜成分，透射光譜中則會(huì)出現(xiàn)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的波谷。

反射光波長(zhǎng)

λB=2neffΛ.

(1)

式中：neff為纖芯等效折射率；Λ為纖芯折射率調(diào)制的周期。當(dāng)外界溫度作用在光纖光柵上時(shí)，neff和Λ都會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化：當(dāng)溫度升高時(shí)，熱光效應(yīng)會(huì)使得纖芯等效折射率變大，熱膨脹效應(yīng)使得纖芯折射率調(diào)制的周期變大，從而引起反射波長(zhǎng)λB的增加；溫度降低時(shí)，則反射波長(zhǎng)減小。光纖光柵溫度測(cè)量模型為

(2)

式中：ΔλB為溫度引起的反射波長(zhǎng)變化量；?neff/?T為由于溫度導(dǎo)致的纖芯等效折射率的變化；?Λ/?T為由于溫度變化導(dǎo)致的光柵周期變化；ΔT為溫度變化量。利用光纖光柵解調(diào)儀能準(zhǔn)確測(cè)量反射波長(zhǎng)及其變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。本文實(shí)驗(yàn)中使用Micro Optics (MOI)公司生產(chǎn)的SM125光纖光柵解調(diào)儀實(shí)現(xiàn)反射波長(zhǎng)和溫度的測(cè)量，溫度測(cè)量精度為0.3 ℃，溫度分辨率為0.1 ℃。

圖2 光纖光柵傳感原理示意圖Fig.2 Principle of fiber Bragg grating sensing

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，首先按照?qǐng)D1所示連接好實(shí)驗(yàn)裝置，之后將XLPE樣片放入實(shí)驗(yàn)裝置中，靜置2 h后，抽取室溫下XLPE絕緣材料的自然揮發(fā)氣體樣品；繼而切換到真空泵，將玻璃管內(nèi)氣體抽空，關(guān)閉閥門，調(diào)節(jié)放電電流，啟動(dòng)放電，記錄光纖光柵溫度傳感器測(cè)量的放電區(qū)電纜溫度，直到溫度到達(dá)80 ℃附近穩(wěn)定，在此溫度點(diǎn)間歇放電約15 min，保證XLPE樣片能夠釋放出足夠多的氣體;之后將閥門切換到取樣注射器，使用注射器收集放電氣體待測(cè)，改變放電強(qiáng)度重復(fù)上述過(guò)程，完成110 ℃、140 ℃、170 ℃溫度點(diǎn)附近放電氣體樣品采集；最后，用氣相色譜儀分別測(cè)試分析采集的5種樣品包含的氣體成分和濃度，取每種放電條件下的平均溫度為電纜放電溫度，上述放電狀態(tài)和溫度下實(shí)驗(yàn)所收集的氣體色譜如圖3所示。

提取其中含量較大的前5項(xiàng)氣體作為特征氣體，通過(guò)與NIST庫(kù)氣體進(jìn)行查詢比對(duì)，可確定其名稱，表1中列出了5種氣體的特征參數(shù)。

從圖3可以直接看出，當(dāng)電纜溫度處于室溫時(shí)，釋放氣體濃度基本都在色譜儀器測(cè)量分辨率以下，表明電纜絕緣狀態(tài)穩(wěn)定。但電纜放電時(shí)，隨著放電強(qiáng)度增加，電纜溫度升高，釋放氣體成分增加，對(duì)應(yīng)氣體濃度也明顯增加，電纜絕緣狀態(tài)發(fā)生變化。表2列出了從色譜圖上積分計(jì)算出的樣品氣體的峰面積(代表氣體濃度)。圖4為各氣體成分濃度與溫度的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，隨著電纜溫度的升高，各種特征氣體的濃度幾乎線性增加，因此可用如式(3)所示的線性模型來(lái)描述。

圖3 局放特征氣體氣相色譜測(cè)量曲線Fig.3 Gas chromatographic measurement curves of characteristic gas of partial discharge

表1 特征氣體的種類Tab.1 Characteristic gas varieties

序號(hào)時(shí)間/min分子式名稱11.640C6H12O2-甲基戊醛21.950C4H6O異丁烯醛32.099C4H8O丁醛416.149C9H7NO3N-羥甲基鄰苯二甲酰亞胺516.878C12H14O4酞酸二乙酯

表2 特征氣體峰面積Tab.2 Peak area of characteristic gas

圖4 各氣體成分濃度與溫度的關(guān)系Fig.4 Relationship between gas concentration and temperature

(3)

式中：y為氣體峰面積；T為溫度；a、b為模型參數(shù)。通過(guò)計(jì)算，得到5種氣體的模型參數(shù)，見(jiàn)表3。

表3 特征氣體峰面積溫度模型參數(shù)Tab.3 Temperature model parameters of peak area of characteristic gas

從表2、圖3、圖4還可以看出：2-甲基戊醛隨溫度變化的速率最快，且在常溫下濃度很低。以這種氣體為局放檢測(cè)的特征氣體，有希望實(shí)現(xiàn)電纜局放的高靈敏度檢測(cè)?？筛鶕?jù)不同氣體在不同放電條件(或不同溫度)下釋放氣體速率不同，監(jiān)測(cè)長(zhǎng)時(shí)間氣體成分的變化，來(lái)確定電纜長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)放電情況；并可借助收集長(zhǎng)期的釋放氣體數(shù)據(jù)建立模型，進(jìn)行電纜的絕緣狀況預(yù)估。

3 XLPE電纜局放非電量檢測(cè)技術(shù)

為探索XLPE電纜局放非電量氣體檢測(cè)方法，提出了分別基于氣體吸收光譜和熒光光譜的局放檢測(cè)技術(shù)。基于氣體吸收光譜的局放檢測(cè)系統(tǒng)如圖5所示。

該系統(tǒng)由顯示器、CPU信號(hào)控制及信號(hào)處理系統(tǒng)、可調(diào)激光光源、光譜吸收系統(tǒng)、光纖、反光鏡、測(cè)量氣室組成。通過(guò)CPU控制系統(tǒng)調(diào)諧可調(diào)激光光源，將發(fā)射的激光波長(zhǎng)調(diào)至特征氣體敏感的波長(zhǎng)范圍。發(fā)射光經(jīng)由傳光光纖進(jìn)入到充滿局放產(chǎn)生氣體的測(cè)量氣室。光纖出射的激光在氣室中與局放氣體相互作用后，通過(guò)調(diào)整好位置與角度的反光鏡，反射到接收光纖中，進(jìn)入光譜接收系統(tǒng)；然后由信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)接收光的光譜進(jìn)行檢測(cè)分析，將結(jié)果顯示到顯示器上。激光在測(cè)量氣室中會(huì)受到局放特征氣體的吸收影響，部分波長(zhǎng)會(huì)被氣體吸收，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，光譜發(fā)生變化，信號(hào)接收分析系統(tǒng)對(duì)光譜的變化進(jìn)行分析量化；每一種氣體都有其對(duì)應(yīng)的吸收峰，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得到特征氣體濃度與光譜強(qiáng)度以及光譜的變化存在的比例關(guān)系，從而可以檢測(cè)特征氣體的濃度，分析電纜中間接頭的局放狀態(tài)和XLPE電纜的老化程度，實(shí)現(xiàn)局放的非電量測(cè)量。

圖5 氣體吸收光譜局放氣體檢測(cè)系統(tǒng)示意圖Fig.5 Schematic diagram of spectrum partial discharge gas detection system based on gas absorption

另外，基于熒光光譜原理，進(jìn)行了電纜局放氣體對(duì)有機(jī)熒光材料熒光光譜的影響實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用材料為較常用的有機(jī)熒光材料。在圖1的基礎(chǔ)上，加入熒光測(cè)試單元，形成熒光實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1虛線框所示。熒光測(cè)試單元由熒光探頭、紫外激勵(lì)激光器和光譜儀組成。其中熒光探頭包含傳光光纖和多孔陶瓷管及填充的有機(jī)熒光材料。紫外激勵(lì)激光波長(zhǎng)約為395 nm，光譜儀為海洋光學(xué)公司生產(chǎn)的固態(tài)光譜儀USB2000+。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于局放氣體對(duì)熒光材料的光譜影響較弱，須調(diào)節(jié)放電強(qiáng)度，使放電區(qū)域溫度穩(wěn)定在110 ℃，通過(guò)間隙放電的方式保證XLPE樣片能夠釋放足夠多的氣體，獲得高濃度并保持相對(duì)的穩(wěn)定，這種高溫和高濃度實(shí)驗(yàn)條件，可以加速實(shí)驗(yàn)過(guò)程。每3 d記錄一次熒光光譜，圖6為經(jīng)過(guò)12 d的實(shí)際實(shí)驗(yàn)光譜，測(cè)試時(shí)，紫外激勵(lì)激光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)保持不變，保證測(cè)量得到的熒光光譜的產(chǎn)生條件是一致的。可以看出在電纜局放氣體作用下，隨著熒光材料的熒光強(qiáng)度減小，熒光譜峰值波長(zhǎng)變短，并發(fā)生藍(lán)移。

基于圖6光譜，可積分計(jì)算熒光強(qiáng)度，提取光譜的峰值波長(zhǎng)。計(jì)算和提取的熒光強(qiáng)度和峰值波長(zhǎng)如圖7所示，在穩(wěn)定的局放氣體作用下，有機(jī)熒光材料的熒光強(qiáng)度和峰值波長(zhǎng)均呈單調(diào)變化。圖7中熒光光強(qiáng)和峰值波長(zhǎng)2組數(shù)據(jù)在第9日出現(xiàn)分離，并無(wú)特殊含義，僅為熒光強(qiáng)度測(cè)量存在誤差所致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)檢測(cè)有機(jī)熒光材料在XLPE樣片局放氣體長(zhǎng)時(shí)間作用下的熒光光譜中功率和波長(zhǎng)變化均可以實(shí)現(xiàn)XLPE電纜局放強(qiáng)度和長(zhǎng)期作用的監(jiān)測(cè)。

圖6 XLPE局放氣體長(zhǎng)期作用下的熒光光譜Fig.6 Spectrum of luminescence light under long-term partial discharge gases in XLPE

圖7 XLPE局放氣體長(zhǎng)期作用下熒光光譜峰值波長(zhǎng)和功率曲線Fig.7 Peak wavelength and power of luminescence light under long-term partial discharge gases in XLPE

基于熒光光譜原理，制作了小型的檢測(cè)儀，根據(jù)熒光光譜的變化可以計(jì)算出XLPE材料的相對(duì)放電量。對(duì)3種不同實(shí)際工況下XLPE電纜中間接頭的放電情況進(jìn)行了檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片如圖8所示。3種工況的中間接頭用膠帶顏色區(qū)分，白色膠帶標(biāo)識(shí)的是可以正常工作的正常相中間接頭，黃色膠帶標(biāo)識(shí)的是有局放缺陷的缺陷相中間接頭，紅色膠帶標(biāo)識(shí)的是短路接地的故障相中間接頭。

將3根熒光光纖傳感探頭分別安裝在3個(gè)中間接頭中，并將熒光探頭接入檢測(cè)儀，3個(gè)中間接頭分別接入高壓供電裝置中。加壓過(guò)程為從10 kV加壓至50 kV，加壓間隔為10 kV，每個(gè)電壓值保持5 min。從加電起每隔5 min對(duì)每個(gè)中間接頭的當(dāng)前放電量進(jìn)行一次檢測(cè)并記錄。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖9所示。

圖8 3種不同工況的XLPE電纜中間接頭現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.8 Photo of XLPE cable intermediate joint under three different working conditions

圖9 工況檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.9 Schematic diagram of working condition experimental system

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。當(dāng)所加電壓低于20 kV時(shí)，3種工況的中間接頭都沒(méi)有出現(xiàn)放電現(xiàn)象。當(dāng)所加電壓超過(guò)30 kV時(shí)，接地故障相的中間接頭首先出現(xiàn)了放電現(xiàn)象，所加電壓升高時(shí)，相對(duì)放電量也呈現(xiàn)增長(zhǎng)；當(dāng)所加電壓超過(guò)50 kV時(shí)，局放缺陷相出現(xiàn)了放電現(xiàn)象，且局放缺陷相在相同加載電壓下的相對(duì)放電量均小于接地故障相；正常相則始終未出現(xiàn)放電現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于熒光光譜的非電量檢測(cè)手段能夠良好地區(qū)分不同工況下的XLPE電纜中間接頭。

熒光光譜局放檢測(cè)手段在實(shí)際電纜局放檢測(cè)應(yīng)用中，可以在電網(wǎng)容易出現(xiàn)局放現(xiàn)象的關(guān)鍵部分(如中間接頭)布置光纖傳感探頭。當(dāng)這些關(guān)鍵部分出現(xiàn)局放釋放氣體時(shí)，檢測(cè)終端即可發(fā)現(xiàn)電纜異常工況，從而避免重大事故的發(fā)生。

4 結(jié)論

為確定XLPE絕緣電纜絕緣層在放電條件下的放電氣體特征，本文模擬XLPE電纜的局放狀態(tài)，設(shè)計(jì)制作了XLPE電纜絕緣材料局放氣體產(chǎn)生和收集裝置，用電磁不敏感的光纖光柵溫度傳感器監(jiān)測(cè)放電區(qū)域XLPE絕緣電纜材料的溫度，并用氣相色譜儀分析了不同放電條件下XLPE絕緣電纜產(chǎn)生的特征氣體成分和濃度。通過(guò)分析確認(rèn)了被測(cè)試的XLPE絕緣電纜材料5種局放特征氣體，以及其濃度與電纜局放時(shí)溫度的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)XLPE絕緣電纜中局放氣體具有明顯的特征，主要?dú)怏w成分濃度隨放電條件和溫度的變化呈較好的線性關(guān)系。隨后，將一種有機(jī)高分子熒光材料安裝在實(shí)驗(yàn)腔中，進(jìn)行了加速實(shí)驗(yàn)，在線測(cè)試了有機(jī)熒光材料在局放氣體長(zhǎng)期作用下的熒光光譜，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間增加，局放氣體作用會(huì)導(dǎo)致熒光光譜的峰值藍(lán)移，有機(jī)熒光材料的熒光強(qiáng)度和峰值波長(zhǎng)均呈單調(diào)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)檢測(cè)有機(jī)熒光材料熒光光譜的功率和波長(zhǎng)變化均可實(shí)現(xiàn)對(duì)XLPE電纜局放強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)?；谠摲椒▽?duì)正常相、接地故障相、局放缺陷相3種不同工況的XLPE電纜中間接頭在不同電壓下的放電情況進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明熒光光譜非電量局放檢測(cè)手段能夠良好地區(qū)分出不同工況的電纜中間接頭。實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果為XLPE高壓電纜局放特性研究、非電量局放檢測(cè)和電纜絕緣狀態(tài)的預(yù)估提供了重要理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

圖10 3種不同工況的中間接頭放電檢測(cè)結(jié)果Fig.10 Discharge test results of three different working conditions of the intermediate joint