高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)精品PPT課件

1、1高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè) 2高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)n1 110kV500kV高壓電力電纜護(hù)層絕緣、局部放電在線監(jiān)測(cè)n2 6kV 35kV高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)n3 電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品進(jìn)行介紹。高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)n110kV及以上高壓電纜的絕緣在線監(jiān)測(cè)，包括了對(duì)主絕緣的在線監(jiān)測(cè)和對(duì)護(hù)層絕緣的在線監(jiān)測(cè)。n對(duì)于電纜主絕緣，主要是在線監(jiān)測(cè)本體主絕緣及接頭主絕緣的局部放電，容性電流或泄漏電流異常增大。對(duì)于電纜護(hù)層絕緣，主要是在線監(jiān)測(cè)金屬護(hù)套接地電流異常增大、感應(yīng)電壓異常升高。3主絕緣護(hù)層絕緣高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)

2、測(cè)高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)n另外，對(duì)電纜接頭的溫度異常升高的在線監(jiān)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)接觸電阻增大，接頭內(nèi)的放電故障。在電纜的局部放電（Partial Discharge）在線監(jiān)測(cè)中，對(duì)PD脈沖的識(shí)別與定位是技術(shù)關(guān)鍵。下面分別對(duì)國(guó)內(nèi)外110kV500kV和6kV 35kV高壓電力電纜的研究概況，以及電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品進(jìn)行介紹。451 國(guó)內(nèi)外110kV 500kV高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)研究概況n國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)方法主要有 (1)直流疊加法(2)直流成分法(3)tg法(4)電橋法(5)交流疊加法(6)低頻重疊法(7)諧波分量法(8)接地線電流法與環(huán)流法(9)局部放電法(10)溫度

3、法及上述各種方法的復(fù)合診斷法。其中的一些傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，如直流疊加法、直流成分法、tg法、電橋法、交流疊加法、低頻重疊法較適合在635kV高壓電力電纜中應(yīng)用，而不適合在更高電壓等級(jí)的電纜中應(yīng)用。61 國(guó)內(nèi)外110kV 500kV高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)研究概況這是因?yàn)椋?a).現(xiàn)代交聯(lián)技術(shù)的進(jìn)步使?jié)窠宦?lián)工藝已基本被淘汰，因此，由交聯(lián)聚乙烯電纜水樹枝而導(dǎo)致的電纜絕緣故障已不多見。另外，電纜主絕緣電阻遠(yuǎn)大于1000 M，直流分量信號(hào)微弱，一般在納安級(jí)，測(cè)試極不方便，同時(shí)也很容易被其他信號(hào)所淹沒，這樣，基于水樹枝的整流效應(yīng)的直流成分法就難于應(yīng)用。(b).直流疊加法、交流疊加法和低頻重疊法也難于在11

4、0500kV電纜中應(yīng)用，這是由于在110500 kV 高壓線路中，三相中性點(diǎn)一般采用直接接地方式，無法在電纜的芯線上疊加直流或交流電壓。71 國(guó)內(nèi)外110kV 500kV高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)研究概況(c). 對(duì)于tg測(cè)量法和電橋法，由于交聯(lián)聚乙烯 (XLPE)電纜絕緣的tg值一般都很小，特別對(duì)于110500kV高電壓等級(jí)的XLPE電纜，絕緣電阻與等值電容都相當(dāng)大, tg的值會(huì)更小，要測(cè)量精確并以其作為判斷根據(jù)往往是不可靠的。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的110500kV高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)方法主要有接地線電流法與環(huán)流法，局部放電法和溫度法。下面分別介紹這些方法：81.1 接地線電流法與環(huán)流法圖a1單點(diǎn)

5、接地電纜，接地線電流法原理圖91.1 接地線電流法與環(huán)流法圖a2單點(diǎn)接地長(zhǎng)線電力電纜，分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成101.1 接地線電流法與環(huán)流法圖a3雙端接地單相電力電纜，金屬屏蔽層接地電流在線監(jiān)測(cè)接線示意圖111.1 接地線電流法與環(huán)流法圖a4 交叉互聯(lián)XLPE 電纜的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元的接線示意圖121.1 接地線電流法與環(huán)流法圖h1電纜護(hù)套交叉換位電纜接地電流與環(huán)流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)131.1 接地線電流法與環(huán)流法圖h2 交叉互聯(lián)電纜標(biāo)準(zhǔn)單元接線中a1 - b2 - c3 的等值電路圖141.1 接地線電流法與環(huán)流法n通過絕緣的三相電流相量Ia1、Ib2、Ic3：nIa1= I1+ I2, Ib2= I

6、3 - I2, Ic3= I4 - I3n主絕緣正常，護(hù)層絕緣良好時(shí), Ia1、Ib2、Ic3可以看作對(duì)稱恒流源, 故nIa1+Ib2+Ic3 = I1 + I4= 0n正常環(huán)流Il= -I1 = I4 ，正常容性電流Ia1= I2-Il， Ic3= Il - I3，Ib2= I3 - I2。通常，正常環(huán)流為幾個(gè)安培，正常的容性電流為幾十毫安。n但是，當(dāng)主絕緣單相或兩相故障時(shí),正常的三相容性電流相互抵消，余下的為故障容性電流IX，這時(shí) IX = I1 + I40，n而當(dāng)護(hù)層絕緣發(fā)生多點(diǎn)接地故障時(shí)，故障環(huán)流為Ig，這時(shí)也有Ig = I1 + I40。15 電纜護(hù)套在交叉換位后，若電纜為正三角排列

7、，且三小段的長(zhǎng)度相等，可以保證護(hù)套內(nèi)的磁感應(yīng)環(huán)流為零。若電纜為水平排列，且三小段的長(zhǎng)度相等，護(hù)套內(nèi)只有較小的正常磁感應(yīng)環(huán)流，但護(hù)套若發(fā)生多點(diǎn)接地故障，護(hù)套內(nèi)將包含較大的故障磁感應(yīng)環(huán)流。當(dāng)電纜主絕緣故障時(shí)也將引起容性電流或泄漏電流增大。故若監(jiān)測(cè)到護(hù)套內(nèi)電流值發(fā)生異常，且I1 + I40，可認(rèn)為是電纜護(hù)套的多點(diǎn)接地引起的故障環(huán)流，或是電纜主絕緣引起的故障容性電流或泄漏電流增大，但卻無法區(qū)分開這兩種故障情況。1.1 接地線電流法與環(huán)流法161.1 接地線電流法與環(huán)流法 如圖h3所示，本文提出了一種除了監(jiān)測(cè)護(hù)套電流外，再通過分壓器監(jiān)測(cè)護(hù)套感應(yīng)電壓，由感應(yīng)電壓與芯線電流的比值來判斷電纜護(hù)套多點(diǎn)接地故障的

8、新方法。 可以通過計(jì)算機(jī)軟件包的計(jì)算獲知護(hù)套感應(yīng)電壓/芯線電流的理論值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到I1 + I40，同時(shí)感應(yīng)電壓實(shí)測(cè)值/芯線電流實(shí)測(cè)值變小時(shí)，說明護(hù)套有多點(diǎn)接地故障發(fā)生；當(dāng)監(jiān)測(cè)到I1 + I40，但感應(yīng)電壓實(shí)測(cè)值/芯線電流實(shí)測(cè)值正常時(shí)，說明電纜的主絕緣發(fā)生了受潮或老化故障。171.1 接地線電流法與環(huán)流法圖h3 金屬護(hù)套感應(yīng)電壓在線監(jiān)測(cè)接線示意圖181.1 接地線電流法與環(huán)流法n上面的計(jì)算公式I1 + I4中的電流I1 、I4是向量，其他計(jì)算公式的各個(gè)的電流也是向量值，向量值包括模值和相位角，要進(jìn)行計(jì)算向量計(jì)算，就必須對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行同步采樣, 只有在同一時(shí)刻求解相量值才有意義。利用脈沖同步技術(shù)

9、或RS485通信同步技術(shù)，使用單片機(jī)數(shù)據(jù)采集儀ZC1ZC4可以實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)的同步采樣。191.2 局部放電法n局部放電測(cè)量是高壓電纜的常規(guī)接受試驗(yàn)項(xiàng)目，該試驗(yàn)常常在制造廠完成，以發(fā)現(xiàn)制造過程出現(xiàn)的絕緣缺陷。但電纜接頭一般在現(xiàn)場(chǎng)制作，因此，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電纜的局部放電試驗(yàn)是非常必要的?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的加壓方式有0.1Hz法、串聯(lián)諧振法、振蕩波法、工頻試驗(yàn)變壓器法、運(yùn)行電壓法。電纜投入運(yùn)行后，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，掌握電纜絕緣的老化狀態(tài)，對(duì)電纜進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)和定位具有非常重要的意義。201.2 局部放電法n電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)方法可根據(jù)信號(hào)采集方式，分為電磁耦合法和電容耦合法；根據(jù)采集信號(hào)頻帶，分為高

10、頻HF法（頻帶在3M30MHz）甚高頻VHF法（頻帶在30M300MHz）和超高頻UHF法（頻帶在300M3000MHz）；根據(jù)采集信號(hào)的傳輸方式，分為電光法（電光變換與光纖通信）和非電光法（同軸電纜傳輸方式）。傳感器還有差動(dòng)式（或橋式）和非差動(dòng)式，侵入式和非侵入式之分，顯而易見，差動(dòng)式傳感器抗外來干擾的能力強(qiáng)，非侵入式傳感器容易安裝，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)將更受歡迎。211.2 局部放電法n常規(guī)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜局部放電測(cè)量多采用IEC60270法，但是該法的測(cè)量頻帶較低，通常在幾十到幾百kHz范圍內(nèi)，易受背景干擾的影響，抗干擾能力差。理論研究表明，XLPE電力電纜局部放電脈沖包含的頻譜很寬，最

11、高可達(dá)到GHz數(shù)量級(jí)。因此，選擇在信噪比高的頻段測(cè)量能避免干擾的影響。221.2 局部放電法n目前國(guó)內(nèi)外已把電纜局部放電測(cè)量的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到甚高頻和超高頻測(cè)量上。另外，由于電纜中間接頭絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響其絕緣性能的原因多，因而發(fā)生事故的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜本體。同時(shí)在電纜中間接頭處獲取信號(hào)的靈敏度比從電纜本體獲取信號(hào)的靈敏度要高且容易實(shí)現(xiàn)，因此通常電纜局部放電在線檢測(cè)方法亦多側(cè)重于電纜附件故障的檢測(cè)。231.2 局部放電法n1.2.1主要檢測(cè)方法簡(jiǎn)介n n迄今為止，國(guó)內(nèi)外用于電纜局部放電檢測(cè)的方法有很多。主要的檢測(cè)方法有（1）差分法;（2）方向耦合法;（3）超高頻電感耦合法;（4）超高頻電容耦合法;（

12、5）REDI法; （6）電磁波法;（7）電磁耦合法。241.2 局部放電法n（1）差分法是日本東京電力公司和日立電纜公司共同開發(fā)的一種檢測(cè)方法n圖b1-1 差分法檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖和原理圖1.2 局部放電法n差分法的另一種用法n圖b1-2 差分法檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖和原理圖25261.2 局部放電法n（2）德國(guó)柏林400kV XLPE電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是應(yīng)用方向耦合法的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)n圖b3 、b4、b5為方向耦合器結(jié)構(gòu)圖，方向耦合器接線圖及兩個(gè)方向耦合器271.2 局部放電法n（3）超高頻電感耦合法是荷蘭提出的一種利用線圈作為傳感器的對(duì)螺旋狀金屬屏蔽電纜進(jìn)行局部放電在線檢測(cè)的方法n圖b6 超高頻電感耦

13、合器的示意圖281.2 局部放電法n（4）超高頻電容耦合法是由英國(guó)南安普敦大學(xué)、英國(guó)電網(wǎng)公司和西安交通大學(xué)共同研究的一種XLPE電纜局部放電在線檢測(cè)方法n圖b7 超高頻電容耦合器示意圖1.2 局部放電法29對(duì)于中間接頭，可以在其內(nèi)部的半導(dǎo)電層上貼金屬薄膜作為電容耦合探頭。圖b7.1 在中間接頭內(nèi)部的半導(dǎo)電層上貼金屬薄膜作為電容耦合探頭301.2 局部放電法n（5）REDI(resonance-type partial discharge)法是日本提出的一種檢測(cè)電纜接頭局放電方法n 圖b8、b9 REDI探頭結(jié)構(gòu)和等效電路圖311.2 局部放電法n(6)電磁波法n n電磁波法是目前局部放電檢測(cè)的

14、一種新方法，該方法通過天線傳感器接收局部放電過程輻射的電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)。當(dāng)電磁波法的頻率達(dá)到超高頻范圍，即300M3GHz時(shí)，可簡(jiǎn)稱UHF法。UHF法在GIS、變壓器、電纜和發(fā)電設(shè)備的局部放電檢測(cè)中獲得了應(yīng)用。321.2 局部放電法n華北電力大學(xué)研制的用于電纜接頭局部放電測(cè)量的UHF傳感器見圖b11。n 圖b11 UHF 傳感器n該UHF傳感器為一帶寬5001500 MHz 的阿基米德螺旋天線, 天線前置放大器帶寬根據(jù)天線的頻帶寬度設(shè)計(jì),增益為50 dB ,放大器具有超高頻和檢波兩個(gè)輸出通道,檢測(cè)時(shí)主要用檢波(即檢測(cè)到的UHF信號(hào)的幅值包絡(luò)線) 通道進(jìn)行測(cè)量,如此可降低對(duì)采樣率的要求

15、。UHF適合對(duì)運(yùn)行中的XLPE電纜絕緣接頭進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)。331.2 局部放電法n韓國(guó)的電磁波法是在印刷電路板上制作平面回路天線（Planer Loop antenna），如圖b12所示n圖b12 使用回路天線和高頻Rogowski線圈測(cè)量電纜的局部放電341.2 局部放電法n德國(guó)使用300MHz800MHz超高頻測(cè)量GIS電纜端頭的局部放電，其UHF探頭的安裝及測(cè)量系統(tǒng)組成下面的兩幅圖1.2 局部放電法n上海電力局電纜輸配電公司使用便攜式電力電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)儀器，開展 PD信號(hào)的辨認(rèn)和分析研究工作。351.2 局部放電法n還可以使用便攜式電力電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)儀器，開展 GIS

16、電纜終端的PD在線監(jiān)測(cè)。361.2 局部放電法n（7）電磁耦合法n電磁耦合法是一種測(cè)量電氣設(shè)備局部放電的有效方法。這種方法較早應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器的絕緣監(jiān)測(cè)，而將電磁耦合法應(yīng)用于XLPE電纜的局部放電檢測(cè)是近幾年才開始的。電磁耦合法通常采用帶鐵氧體磁芯的寬頻帶羅戈夫斯基線圈型電流傳感器，主要測(cè)量位置在電纜終端金屬屏蔽層接地引線處。此外測(cè)量位置還可在中間接頭金屬屏蔽連接線、電纜本體上和三芯電纜的單相電纜上等位置。37381.2 局部放電法n英國(guó)高壓電纜PD在線監(jiān)測(cè)q圖b16-1 電磁耦合法的電流傳感器安放位置圖1.2 局部放電法n加拿大的EHV電纜PD在線監(jiān)測(cè)q圖b16-2 電磁耦合法的電流傳感

17、器安放位置圖391.2 局部放電法n加拿大、德國(guó)電纜PD在線監(jiān)測(cè)q圖b16-3 電磁耦合法的電流傳感器安放位置圖401.2 局部放電法n使用接地箱內(nèi)的HFCT對(duì)電纜PD進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)q圖b16-4 電磁耦合法的電流傳感器安放位置圖411.2 局部放電法n電磁耦合法用于XLPE電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)比較成功的例子是1998年瑞士研制的170 kV XLPE電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)n圖b16-5 電磁耦合法的電流傳感器安放位置圖42431.2 局部放電法n改進(jìn)型Rogowski線圈結(jié)構(gòu)的寬頻電流傳感器可提取差動(dòng)信號(hào)，抗干擾能力好,見下圖n圖b17改進(jìn)型傳感器連接線路圖441.2 局部放電法n電磁耦合式

18、傳感器的優(yōu)點(diǎn)是體積小、便于攜帶、適合現(xiàn)場(chǎng)操作。例如, 新西蘭的研究人員用鉗式傳感器和手提式數(shù)字示波器到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行局放檢測(cè)。若要長(zhǎng)期在線檢測(cè), 可將傳感器永久地安裝在電纜線路的若干個(gè)接線盒處, 操作人員只需帶上帶有數(shù)據(jù)采集卡的手提式電腦, 定期到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和分析即可; 還可以將若干個(gè)位置處的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字或光信號(hào), 用通信的方式傳輸至總控室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與分析, 以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。451.2 局部放電法n電磁耦合式傳感器通常為寬頻帶HF或VHF羅戈夫斯基Rogowski線圈電流傳感器，它可以監(jiān)測(cè)到局放產(chǎn)生的高頻電流信號(hào)。由于其便于安裝的特點(diǎn)，近年來在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛應(yīng)用。例如：美國(guó)研制了

19、10k200MHz的寬頻帶Rogowski鉗形傳感器。另外，商業(yè)化的電流傳感器頻帶在100k100 MHz，見圖b19 Commercially Available sensor，前50MHz是比較平坦的，研制的U型電流傳感器（開窗尺寸1.5-6 inch）頻帶在100k-300MHz，見圖b19 DTE PD sensor，其中的100k-50MHz使用電感耦合，更高的頻帶使用電容耦合。461.2 局部放電法n圖b19 U型電流傳感器及其頻譜特性471.2 局部放電法n澳大利亞分別使用了100k200MHz和40MHz寬頻帶Rogowski傳感器，而荷蘭分別使用了帶寬為100MHz和20MH

20、z 的Rogowski傳感器。n國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)、華北電力大學(xué)、浙江大學(xué)、廣東佛山南海供電局、上海市東供電公司、廣州蓄能水電廠上海交通大學(xué)等單位對(duì)寬頻帶的Rogowski線圈電流傳感器進(jìn)行了研究481.2 局部放電法n1.2.2 國(guó)內(nèi)電磁耦合傳感器綜述n西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)設(shè)計(jì)的3個(gè)鎳鋅磁芯材料(NiZn-200)的電流傳感器和 1個(gè)錳鋅鐵氧體材料的電流傳感器(傳感器磁芯為環(huán)形,截面為矩形)幅頻特性, 如下圖所示491.2 局部放電法n基于電磁耦合法檢測(cè)原理,華北電力大學(xué)研制了一個(gè)用于110 kV XL PE 電纜局放在線檢測(cè)的VHF 寬頻帶鉗型電流傳感器，其等效電路原理見下圖。501.2

21、局部放電法n該電流傳感器主要由磁芯、線圈、金屬屏蔽盒等組成，兩半環(huán)屏蔽盒兩端各用一轉(zhuǎn)軸和一鎖扣連接,使屏蔽盒能任意開合,方便傳感器(工作頻率360 MHz) 套在110kV XL PE 電力電纜上，其實(shí)際結(jié)構(gòu)見下圖511.2 局部放電法n1.2.3 PD信號(hào)波形分析、模式識(shí)別與放電源定位n應(yīng)用UHF頻段的電磁波可以對(duì)GIS中的PD進(jìn)行定位。在GIS中的PD會(huì)產(chǎn)生電磁波，該電磁波沿著母線傳播而形成同芯軸向波，由于GIS的母線筒直徑較大，傳播的電磁波會(huì)形成TEM波及其高次模波，因此，在GIS中的PD定位要使用UHF電磁波 (400M to 1000 MHz)。架空線相當(dāng)于一個(gè)天線，但它接收到的UH

22、F電磁波很難進(jìn)入GIS， 這是因?yàn)閁HF電磁波在連接GIS與架空線的套管上衰減嚴(yán)重，這使得我們?nèi)菀讌^(qū)分GIS內(nèi)的PD信號(hào)和外部的電磁噪聲。在擠塑和油紙電纜中，PD頻率分量為200kGHz，當(dāng)PD脈沖沿著電纜傳播時(shí)，其高頻分量衰減嚴(yán)重，使用電流傳感器只能檢測(cè)到100MHz（VHF）的PD分量。521.2 局部放電法n對(duì)于靠近變電站的電纜端頭和電纜本體，其PD測(cè)量會(huì)受到變電站及架空線的電暈放電等各種電磁干擾，但對(duì)于距變電站較遠(yuǎn)的隧道電纜受到的干擾較小。傳統(tǒng)的PD相位相關(guān)技術(shù)和頻譜分析技術(shù)很難排除這些干擾，目前，采用脈沖定位技術(shù)，結(jié)合匹配濾波與波形識(shí)別技術(shù)，是電纜PD在線監(jiān)測(cè)中排除電暈等干擾比較理想

23、的方法，荷蘭在這一方面做了大量研究工作，在中壓紙絕緣鉛護(hù)套電纜PILC上取得了一些成果。531.2 局部放電法n對(duì)采集到的電纜局部放電信號(hào)還需要傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，以提取有效的局部放電信息。若傳感器到數(shù)據(jù)處理單元的距離較長(zhǎng)，可以使用電光晶體和光纖系統(tǒng)傳輸該信號(hào)，雖然電光晶體和光纖系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)但成本較高，日本、香港和英國(guó)在該技術(shù)上處于國(guó)際領(lǐng)先地位，例如：港日合資智友公司研制的PDM電纜局部放電在線檢測(cè)裝置在北京電力工程公司、湛江電力有限公司、上海電纜輸配電公司等數(shù)家單位獲得應(yīng)用。541.2 局部放電法n如前所述，寬頻帶Rogowski 線圈電流傳感器是一種無侵入式傳感器，在

24、現(xiàn)場(chǎng)便于安裝和使用，但是由于各種電磁干擾都會(huì)通過寬頻帶Rogowski 線圈電流傳感器耦合到信號(hào)中來，往往使局放信號(hào)被淹沒在強(qiáng)大的背景噪聲中，故需要用復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)抗干擾算法提取與識(shí)別微弱的局放信號(hào)，同時(shí)，通過分析局部放電波形和時(shí)延特性，還可以實(shí)現(xiàn)局部放電源的定位。55圖d1 PD脈沖在13.2 kV EPR電纜中的衰減特性 (a) 50 MHz PD,(b) 100 MHz PDn(1)PD信號(hào)波形分析n在不同電荷量下，n50MHz和100MHz nPD脈沖信號(hào)的衰減量n與電纜長(zhǎng)度的關(guān)系561.2 局部放電法n(2)電纜局部放電信號(hào)識(shí)別n兩個(gè)傳統(tǒng)的PD識(shí)別技術(shù)，相位分析和頻譜分析技術(shù)571.

25、2 局部放電法n(3)局部放電源定位n在檢測(cè)到電纜局放時(shí)，如果能對(duì)局部放電源進(jìn)行定位，那么局部放電活動(dòng)測(cè)量的實(shí)效性就會(huì)大大提高，故局部放電源定位技術(shù)成為近年來國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。對(duì)于交叉互聯(lián)電纜接頭的局部放電定位，如前所述，可以采用UHF探頭檢測(cè)電磁波的方法，還可以采用其他的方法，例如：英國(guó)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過靠近電纜接頭的一個(gè)超高頻電容式探頭，來檢測(cè)PD信號(hào)的能量，可以找出產(chǎn)生局部放電的電纜接頭。北京電力公司也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)采用多個(gè)HFCT探頭，通過分析8 MHz、16 MHz、24 MHz、32MHz PD信號(hào)在護(hù)套交叉互聯(lián)的電纜接頭的傳輸規(guī)律，也可以找出局部放電源的電纜接頭581.2

26、局部放電法n對(duì)于電纜本體的局部放電定位，通常采用的方法為時(shí)域反射（Time-Domain Reflectometry，TDR）法，當(dāng)局部放電發(fā)生時(shí)，局放脈沖從放電點(diǎn)向電纜兩側(cè)傳播（平均速度約150-160m/s）。首先到達(dá)測(cè)量端的脈沖是直接向該方向傳播的脈沖（直達(dá)波），而完成局部放電定位，還要測(cè)知向相反方向傳播后被反射回來的脈沖（反射波），理想狀態(tài)下，如果直達(dá)波和反射波都能被識(shí)別，就可很容易地確定局部放電位置。即計(jì)算兩個(gè)脈沖的時(shí)間差Difference in Time-Of-Arrival（DTOA），就可確定局部放電位置。591.2 局部放電法n國(guó)內(nèi)外對(duì)離線電纜（電纜兩端處于隔離狀態(tài)）局部放

27、電定位多采用這種簡(jiǎn)單的波反射技術(shù)。這樣，直達(dá)波和反射波兩路PD信號(hào)可以在電纜一端獲取，使得兩路數(shù)據(jù)采集和時(shí)差DTOA計(jì)算容易完成。但電纜局放在線監(jiān)測(cè)和定位中，電纜兩端相距幾百米，對(duì)電纜兩端傳感器拾取的PD信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，需要同時(shí)觸發(fā)，或有一個(gè)共同的時(shí)間基準(zhǔn)才能進(jìn)行時(shí)差DTOA的計(jì)算。要實(shí)現(xiàn)電纜兩端傳感器的同步數(shù)據(jù)采集是很困難的。601.2 局部放電法n解決這一難題的辦法目前有五個(gè)，即：電光傳輸方式；同步收發(fā)儀；同步脈沖技術(shù)；GPS技術(shù)；原子時(shí)鐘同步技術(shù) 。n電光傳輸方式n將電纜兩端安裝的外置傳感器的電氣模擬信號(hào)先經(jīng)過選頻放大，放大后的信號(hào)經(jīng)調(diào)制后由光纖傳到測(cè)試儀，再在測(cè)試儀解調(diào)還原成電信號(hào)，最

28、后將電信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換送到內(nèi)存，由于信號(hào)在光纜的傳輸時(shí)延一樣，所以在計(jì)算時(shí)差T時(shí)可以不考慮光纜時(shí)延。如圖d11所示，香港智友公司傳感器即采用這種電光傳輸方式 611.2 局部放電法n圖d11香港智友公司攜帶式局放測(cè)試系統(tǒng)621.2 局部放電法n英國(guó)南安普頓大學(xué)和美國(guó)開發(fā)的PD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為：將高頻電容耦合的電氣模擬信號(hào)通過電光晶體（鈮酸鋰LiNbO3）轉(zhuǎn)化為光學(xué)模擬信號(hào)，再將光學(xué)模擬信號(hào)通過光纖傳輸?shù)酵坏攸c(diǎn)后進(jìn)行同步A/D數(shù)據(jù)采集。使用鈮酸鋰（LiNbO3）進(jìn)行電光變換并使用光纖通信技術(shù)時(shí)，探頭無需供電，如右圖所示631.2 局部放電法n同步收發(fā)儀 n使用單端測(cè)量時(shí)，由于反射的脈沖太弱，或存在

29、其它反射脈沖、噪音以及波形失真帶來的干擾，簡(jiǎn)單的波反射技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)局放點(diǎn)的定位，因此，若能人工增大反射脈沖強(qiáng)度，定位就會(huì)容易得多。圖d13所示為英國(guó)IPEC公司OSM-Longshot 電纜局部放電在線檢測(cè)系統(tǒng)，圖d14所示為用于33kV XLPE電纜檢測(cè)的電流傳感器。 641.2 局部放電法圖d13 英國(guó)IPEC公司OSM-Longshot 電纜局部放電在線檢測(cè)系統(tǒng)。圖d14 用于33kV XLPE電纜檢測(cè)的電流傳感器651.2 局部放電法n 圖d15所示為使用同n步收發(fā)儀進(jìn)行電纜局n放定位的示意圖。n圖d16所示分別為 圖d15n使用和不使用同步n收發(fā)儀兩種情況下n進(jìn)行電纜局部放電n定位的

30、結(jié)果。 n 圖d16661.2 局部放電法n同步脈沖技術(shù)n n如圖d17所示，荷蘭介紹的局部放電在線定位系統(tǒng)Partial Discharge On-line with Location (PD-OL)使用了同步脈沖技術(shù)。在電纜的兩端各有一個(gè)控制單元(PD-OL CU)和傳感器/注入單元(PD-OL SIU)，PD-OL CU的作用是進(jìn)行信號(hào)處理，數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)通信，PD-OL SIU的作用是進(jìn)行脈沖測(cè)量與注入。671.2 局部放電法 圖d17 PD-OL 系統(tǒng) 圖d18安裝在電纜上 的商業(yè)化的電流傳感器681.2 局部放電法n圖d19所示為電纜頭與開關(guān)的三種連接方式，A-金屬全封閉，B-金屬

31、半封閉，C-無金屬封閉，根據(jù)電流傳感器位置的不同，它可以只測(cè)量導(dǎo)體的PD脈沖（傳感器位置2，5，6，7），或只測(cè)量接地屏蔽內(nèi)的PD脈沖（傳感器位置3，8）。傳感器位置3，5，8比較有效， 2，6，7也是可以的。在2，3，5，6，7，8中，最好的是2，5，6，7，因?yàn)槠涔材８蓴_較小。n 圖d19 電流傳感器安裝位置691.2 局部放電法n圖d21 8天時(shí)間的 PD-OL 3D圖，縱軸是放電量（pC）,橫軸是電纜長(zhǎng)或DTOA（difference in time-of-arrival），水平軸是時(shí)間（天）701.2 局部放電法nGPS同步技術(shù)n在電纜兩端安裝1M10MHz帶寬傳感器，傳感器之間的時(shí)

32、間同步可由GPS系統(tǒng)來完成，定位準(zhǔn)確度可以達(dá)到電纜總長(zhǎng)（8km）的1%。n 圖d25 電纜兩端接收到的某一個(gè)PD源的脈沖1.2 局部放電法n原子時(shí)鐘同步技術(shù)n 可采用原子時(shí)鐘來同步電纜兩端的PD測(cè)量?jī)x器n 圖d26 電纜兩端接收到的某一個(gè)PD源的脈沖71721.3 電纜溫度在線監(jiān)測(cè)n實(shí)踐證明電纜接頭溫度是反映接頭質(zhì)量的主要參數(shù)，當(dāng)接頭接觸電阻增加時(shí)，其接頭溫度也必然升高。而長(zhǎng)時(shí)間較高的溫度，又會(huì)導(dǎo)致接頭處絕緣老化。對(duì)接頭溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)分析和掌握接頭質(zhì)量的變化，發(fā)現(xiàn)可能的故障隱患。n電纜接頭溫度測(cè)量探頭可以使用集成溫度傳感器，如AD590，或熱電阻等。731.3 電纜溫度在線監(jiān)測(cè)n通過

33、監(jiān)測(cè)電纜的溫度異常，可以發(fā)現(xiàn)絕緣故障，例如：華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、黑龍江雙鴨山第一發(fā)電有限責(zé)任公司、山東大學(xué)，西安交通大學(xué)、上海電力等單位開展了電纜本體和接頭溫度在線監(jiān)測(cè)方面的研究。n可以使用分布式光纖電纜溫度在線監(jiān)側(cè)系統(tǒng)。這種可測(cè)量電纜縱向溫度的分布式溫度傳感器，使用單根光纖就可同時(shí)測(cè)量電纜多點(diǎn)故障時(shí)的溫度。光纖本身可作為傳感器，即使被加入電纜也不受分布電流的影響，而且還不需要維護(hù)。傳感器的測(cè)溫原理是電纜線路溫度隨著由激光脈沖送入光纖產(chǎn)生的喇曼散射光的亮度而變化。光纖電纜溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)752 國(guó)內(nèi)外6kV35kV高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)研究概況n現(xiàn)有的6kV35kV高壓電力電纜絕緣在

34、線監(jiān)測(cè)方法有直流疊加法、直流成分法、tg法、電橋法、交流疊加法、局部放電法、諧波分量法及上述各種方法的復(fù)合診斷法，其中局部放電法在上節(jié)已作介紹，下面對(duì)其余的監(jiān)測(cè)方法給予簡(jiǎn)述。762.1 直流疊加法n如圖f1所示，直流疊加法是在接地的電壓互感器的中性點(diǎn)處加上低壓直流電壓(通常為50V)，此直流電壓與電纜主絕緣上原有的交流相電壓疊加，通過測(cè)量流過電纜主絕緣層的微弱直流電流或其絕緣電阻，以便在線監(jiān)測(cè)電纜的主絕緣狀況n 圖f1 直流電壓疊加法測(cè)量原理772.2 直流成分法n如圖f2所示，直流成分法是通過檢測(cè)纜芯與屏蔽層間電流中微小的直流分量來判斷電纜中水樹枝的發(fā)展，從而估計(jì)XLPE電纜的老化程度。n

35、圖f2 直流成分法測(cè)量原理。782.3 tg法n研究表明,介質(zhì)損耗的大小隨水樹技老化的程度而增加，在0.1-50Hz之間的損耗因數(shù)與水樹技老化程度有很好的相關(guān)性。典型的tg值在線檢測(cè)法是檢測(cè)兩個(gè)正弦波過零點(diǎn)的時(shí)間差，由頻率和時(shí)間差來計(jì)算相位差的方法。n 圖f4 tg在線檢測(cè)法原理792.4 電橋法n電橋法是通過電壓互感器TV 中性點(diǎn)將直流電壓E1 施加于高壓母線, 靠TV 中性點(diǎn)和被測(cè)電纜金屬護(hù)層間形成的電橋電路, 完成電纜絕緣電阻的在線測(cè)量并判斷電纜的劣化程度。電橋法測(cè)量電路如圖f5所示。 n 圖f5 電橋測(cè)量電路802.5 交流疊加法n如圖f6所示,交流疊加法是在電纜屏蔽層上疊加一個(gè)交流電

36、壓(頻率=工頻2+1 Hz)，檢測(cè)出1Hz的特征電流信號(hào)，從而判斷電纜的老化程度。n 圖f6 交流疊加法基本測(cè)量電路812.6 低頻疊加法n低頻疊加法是在電纜的芯線與金屬護(hù)層之間施加低頻電壓, 檢測(cè)出電流中損耗電流分量, 然后算出絕緣電阻, 對(duì)電纜劣化程度進(jìn)行判斷。n ( a) 去除電容電流方式 ( b) 電橋方式n日本九洲電力公司綜合研究所研制了采用低頻疊加法的XLPE 電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置。測(cè)量電路有2 種, 一種是去除電容電流方式, 另一種是電橋方式。822.7 諧波分量法n又稱損耗電流測(cè)量法,給電力電纜施加交流電壓時(shí)產(chǎn)生的電流, 分為電容電流分量和損耗電流分量。近年來, 開發(fā)了從流

37、過電介質(zhì)的電流中去除容性電流而只取出損耗電流的方法。由于電荷載流子和所加電壓的非線性關(guān)系, 使得交流損耗電流中含有高次諧波分量。各單位對(duì)以水樹的I = F(U) 非線性特性為起因的損耗電流高次諧波進(jìn)行了測(cè)量, 并用交流損耗電流及其高次諧波進(jìn)行電纜的劣化診斷。832.8 復(fù)合診斷法n經(jīng)過幾年的實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),西安交通大學(xué)研制成功XLPE電纜絕緣老化自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)的功能包括直流成分法、直流疊加法、在線測(cè)量護(hù)套絕緣電阻的補(bǔ)償電勢(shì)法等。上海交通大學(xué)實(shí)現(xiàn)了直流分量法、諧波電流法和局部放電法在絕緣檢測(cè)中的應(yīng)用，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集，通過系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，對(duì)

38、所檢測(cè)的電纜的絕緣狀況進(jìn)行分析和判斷。843 國(guó)內(nèi)外高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品綜述n(1) 保定天威新域科技發(fā)展有限公司，高壓電纜局部放電在線（帶電）巡回檢測(cè)裝置n 該裝置是為帶電檢測(cè)高壓電纜及端頭故障開發(fā)的新產(chǎn)品。該裝置采用我公司最新發(fā)明的聲電一體化智能傳感器，能夠在與被測(cè)電纜不接觸的狀態(tài)下快速、準(zhǔn)確確定放電的三維空間位置。適用于各類電纜端頭、電纜分接箱及高壓開關(guān)柜的局部放電在線（帶電）巡回檢測(cè)及定位?，F(xiàn)場(chǎng)200 多例潛在性故障檢測(cè)結(jié)果證明，準(zhǔn)確率達(dá)到100%。該裝置適用于各類電纜端頭、電纜分接箱及高壓開關(guān)柜的在線（帶電）巡回檢測(cè)及定位。同樣適用于干式變壓器、開關(guān)、斷路器等各種高壓電氣設(shè)備

39、的在線（帶電）巡回檢測(cè)及定位。853 國(guó)內(nèi)外高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品綜述n(2) 攜帶式局部放電在線PD測(cè)試系統(tǒng) n n智友光電技術(shù)發(fā)展有限公司(SET)，是以香港為研發(fā)基地的一家港日合資公司。本公司除沿用由日本住友電工研發(fā)，現(xiàn)由日本J-Power Systems Corp. (JPS)接管的先進(jìn)電力技術(shù)以外，正注力研究開發(fā)最新的傳感測(cè)試裝置和系統(tǒng)，以滿足21世紀(jì)超高壓絕緣測(cè)試技術(shù)的新的要求。尤其在數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送技術(shù)方面，我們力求將最新的光電技術(shù)導(dǎo)用于自己的研發(fā)系統(tǒng)。863 國(guó)內(nèi)外高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品綜述n智友光電技術(shù)發(fā)展有限公司(SET)的局部放電測(cè)試系統(tǒng)（PDM）如下面圖片所示：n 應(yīng)用高頻CT耦合 應(yīng)用電容器耦合873 國(guó)內(nèi)外高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品綜述n從終端接頭上測(cè)試從終端接頭上測(cè)試PD 直接從電纜頭裝上測(cè)試直接從電纜頭裝上測(cè)試PD883 國(guó)內(nèi)外高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品綜述 裝置輕便可車載移動(dòng) 測(cè)試數(shù)據(jù)處理及圖樣表示893 國(guó)內(nèi)外高壓電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品綜述n如圖d13-15所示，英國(guó)IPEC（Independent Power E