電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案山東杰訊電氣有限公司山東杰訊電氣有限公司是集科研、生產(chǎn)及銷售為一體的高新科技 企業(yè)。主要從事電力電氣設(shè)備，電力測(cè)試儀器研發(fā)設(shè)計(jì)，制造以及國(guó) 內(nèi)外各大電力測(cè)試儀器等的代理銷售。山東杰訊電氣有限公司自成立以來(lái)，一貫堅(jiān)持以“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，誠(chéng) 信為本”的原則。公司可持續(xù)價(jià)值觀念，加強(qiáng)科技創(chuàng)新，深化管理創(chuàng) 新，以“打造價(jià)值杰訊，創(chuàng)新杰訊，綠色杰訊，幸福杰訊，創(chuàng)造世界 一流的高新科技企業(yè)”為目標(biāo)。以雄厚的科技研發(fā)實(shí)力及優(yōu)秀的售后 服務(wù)，致力于電力事業(yè)，服務(wù)于電力企業(yè)，努力把公司建設(shè)成為高新 科技企業(yè)，為電力系統(tǒng)及電力相關(guān)企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備及檢 測(cè)儀器。以科技為先導(dǎo)，以服務(wù)

2、為宗旨，以優(yōu)質(zhì)為基石，以誠(chéng)信為使命，鑄就 杰訊電氣的企業(yè)精神。山東杰訊電氣有限公司的發(fā)展離不開廣大的信任與直持， 愿與新老客 戶精誠(chéng)合作，在以后的發(fā)展中公司將為您們提供的更精良的產(chǎn)品， 更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。企業(yè)文化：團(tuán)結(jié)互助，敬業(yè)負(fù)責(zé)，積極進(jìn)取，用于創(chuàng)新。 電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目的和意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大。由于土地資源緊張， 同時(shí)為了美化環(huán)境， 電力線路必須由以往占地多的明線方式改為埋地 的電纜方式。因此，電力電纜獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但由于各種 因素的影響，在運(yùn)行中，電力電纜也會(huì)發(fā)生故障。根據(jù)電纜自身構(gòu)成 特性和運(yùn)行情況來(lái)看，造成電力電纜故障的因素主要有：機(jī)械損傷、 絕

3、緣受潮、 絕緣老化變質(zhì)、 過(guò)電壓、設(shè)計(jì)和制作工藝不良、 材料缺陷、 防護(hù)層腐蝕、電纜絕緣物流失等。同時(shí)，由于電纜應(yīng)用數(shù)量的增多及 運(yùn)行時(shí)間和負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)等原因，電力電纜發(fā)生故障越來(lái)越頻繁。 由于電纜線路大多敷設(shè)在電纜溝內(nèi)或埋入地下， 一旦發(fā)生故障， 尋找 起來(lái)十分困難，往往要花費(fèi)數(shù)小時(shí)，甚至幾天的時(shí)間。這樣不僅浪費(fèi) 了大量的人力、 物力，而且還會(huì)造成難以估量的停電損失。 因此迅速、 準(zhǔn)確地確定電力電纜故障點(diǎn)，可以減少停電時(shí)間，提高供電可靠性， 減少故障修復(fù)費(fèi)用及停電帶來(lái)的損失。 快速切除故障并排除故障對(duì)提 高電力系統(tǒng)供電可靠性和穩(wěn)定性具有 決定性作用。本公司根據(jù)電纜 線路中行波的傳輸特性，

4、分析電力電纜一些常規(guī)故障中的暫態(tài)行波的 故障信息，在國(guó)內(nèi)率先研發(fā)出JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng) 即單端電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)， 能夠根據(jù)采集的電纜的暫態(tài)行波進(jìn)行故障預(yù)警選線自動(dòng)測(cè)距。交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜結(jié)構(gòu)1）導(dǎo)體。導(dǎo)體為覆蓋的退火單線絞制，緊壓成圓形。為減少導(dǎo)體的集膚效應(yīng)，提高電纜的傳輸容量。2）內(nèi)半導(dǎo)體屏蔽。導(dǎo)體屏蔽應(yīng)為擠包半導(dǎo)體層，由擠出的交聯(lián)型超光滑半導(dǎo)體材料均勻的包覆 在導(dǎo)體上。表面應(yīng)光滑。不能有尖角，顆粒，燒焦或插傷的痕跡。3）交聯(lián)聚乙烯絕緣。電纜的主絕緣由擠出的交聯(lián)聚乙烯組成，采用超精料。4）外半導(dǎo)體屏蔽。亦為擠包半導(dǎo)體層，要求絕緣屏蔽與絕緣層同時(shí)擠出。絕

5、緣屏蔽是不可剝離 的交聯(lián)型材料，以確保與絕緣層緊密結(jié)合。其要求同導(dǎo)體屏蔽。5）軟銅帶。一般有疏繞軟銅線組成，外表面用反向銅線或銅帶扎緊。6）包帶。金屬護(hù)套有鉛或鋁擠包成型，或用鋁銅不銹鋼板縱向卷包后焊接而成。7）外護(hù)套。外護(hù)套有聚氯乙烯（或由其它材料組成等）組成。 交聯(lián)聚乙烯電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)狀況及分析當(dāng)前，我國(guó)的電纜運(yùn)行單位對(duì)XIPE電纜大多采用投運(yùn)前或周期性耐壓 試驗(yàn)，一些安裝缺陷以及需經(jīng)數(shù)年發(fā)展才能逐步顯現(xiàn)的電纜缺陷難以 發(fā)現(xiàn)。近年來(lái)，研究人員提出對(duì)電纜在運(yùn)行過(guò)程中顯現(xiàn)的物理特性 （ 如 局部放電、溫度、接地電流、介質(zhì)損耗 ）等進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)并基于監(jiān)測(cè) 結(jié)果推斷電纜

6、的運(yùn)行狀態(tài)。 上述方法可及時(shí)獲取電纜狀態(tài)信息， 對(duì)提 早發(fā)現(xiàn)故障隱患， 防止運(yùn)行事故十分有效 是未來(lái)電纜運(yùn)行維護(hù)的重 要手段。本文對(duì)我國(guó)XIPE電力電纜在線監(jiān)測(cè)及檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn) 行綜述，對(duì)各種監(jiān)測(cè)手段的優(yōu)、缺點(diǎn)及可行性進(jìn)行討論，提出適合我 國(guó)高壓XIPE電纜線路的在線監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)在線監(jiān)測(cè)或檢測(cè)這些信 息，能及時(shí)了解電纜系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保障其安全、可靠地運(yùn)行。行討論，提出適合我國(guó)高壓XIPE電纜線路的在線監(jiān)測(cè)方法。2XLP電纜系統(tǒng)中的缺陷電纜運(yùn)行系統(tǒng)由電纜本體和附件共同構(gòu)成。 其中，附件又包括中間接 頭、終端接頭及交叉互聯(lián)系統(tǒng)。電纜系統(tǒng)在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行 過(guò)程中， 均可能因生產(chǎn)工藝

7、不良或人為操作不當(dāng)而引入缺陷。 電纜系 統(tǒng)中可能出現(xiàn)的缺陷， 在運(yùn)行過(guò)程中， 上述缺陷受外施電場(chǎng)作用而發(fā) 生局部放電、局部溫升、介質(zhì)損耗增大等物理現(xiàn)象，加速電纜系統(tǒng)老 化，甚至造成電纜系統(tǒng)事故。研究證明，上述物理現(xiàn)象會(huì)以聲、光、 電、熱等形式表現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)在線監(jiān)測(cè)或檢測(cè)這些信息，能及時(shí)了解 電纜系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保障其安全、可靠地運(yùn)行。XLPEfe力電纜系統(tǒng)中的缺陷種類及危害性（1）機(jī)械損傷 機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。 有些機(jī)械損傷很輕 微，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有造成故障， 但在幾個(gè)月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展成 故障。造成電纜機(jī)械損傷的主要有以下幾種原因：1）安裝時(shí)損傷：在安裝時(shí)不小心碰傷

8、電纜，機(jī)械牽引力過(guò)大而拉傷 電纜，或電纜過(guò)度彎曲而損傷電纜；2）直接受外力損壞： 在安裝后電纜路徑上或電纜附近進(jìn)行城建施工， 使電纜受到直接的外力損傷；3）行駛車輛的震動(dòng)或沖擊性負(fù)荷會(huì)造成地下電纜的鉛 （ 鋁）包裂損；4）因自然現(xiàn)象造成的損傷：如中間接頭或終端頭內(nèi)絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護(hù)套； 因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜外皮 擦傷；因土地沉降引起過(guò)大拉力，拉斷中間接頭或?qū)w。（2）絕緣受潮 絕緣受潮后引起故障。造成電纜受潮的主要原因有：1）因接頭盒或終端盒結(jié)構(gòu)不密封或安裝不良而導(dǎo)致進(jìn)水；2）電纜制造不良，金屬護(hù)套有小孔或裂縫；3）金屬護(hù)套因被外物刺傷或腐蝕穿孔；（3）絕緣老化變質(zhì)

9、 電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降。 當(dāng)絕緣介 質(zhì)電離時(shí)，氣隙中產(chǎn)生臭氧、硝酸等化學(xué)生成物，腐蝕絕緣；絕緣中 的水分使絕緣纖維產(chǎn)生水解， 造成絕緣下降。 過(guò)熱會(huì)引起絕緣老化變 質(zhì)。電纜內(nèi)部氣隙產(chǎn)生電游離造成局部過(guò)熱，使絕緣碳化。電纜過(guò)負(fù) 荷是電纜過(guò)熱很重要的因素。 安裝于電纜密集地區(qū)、 電纜溝及電纜隧 道等通風(fēng)不良處的電纜、 穿在干燥管中的電纜以及電纜與熱力管道接 近的部分等都會(huì)因本身過(guò)熱而使絕緣加速損壞。（4）過(guò)電壓 大氣與內(nèi)部過(guò)電壓作用，使電纜絕緣擊穿，形成故障，擊穿點(diǎn)一般是 存在缺陷。（5）設(shè)計(jì)和制作工藝不良 中間接頭和終端頭的防水、電場(chǎng)分布設(shè)計(jì)不周密，材料選用不當(dāng)，工

10、 藝不良、不按規(guī)程要求制作會(huì)造成電纜頭故障。（6）材料缺陷材料缺陷主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。一是電纜制造的問(wèn)題，鉛（鋁）護(hù)層留下的缺陷；在包纏絕緣過(guò)程中，紙絕緣上出現(xiàn)褶皺、裂損、破口和 重疊間隙等缺陷；二是電纜附件制造上的缺陷，如鑄鐵件有砂眼，瓷 件的機(jī)強(qiáng)度不夠， 其它零件不符合規(guī)格或組裝時(shí)不密封等； 三是對(duì)絕 緣材料的維護(hù)管理不善，造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。（7）護(hù)層的腐蝕由于地下酸堿腐蝕、 雜散電流的影響， 使電纜鉛包外皮受腐蝕出現(xiàn)麻 點(diǎn)、開裂或穿孔，造成故障。（8）電纜的絕緣物流失 油浸紙絕緣電纜敷設(shè)時(shí)地溝凸凹不平， 或處在電桿上的戶外頭， 由于 起伏、高低落差懸殊， 高處的絕緣油流向低處

11、而使高處電纜絕緣性能 下降，導(dǎo)致故障發(fā)生。XLPEt纜系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及方法1）局部放電在線監(jiān)測(cè) 局部放電指在電場(chǎng)作用下發(fā)生在絕緣中非貫穿性的放電現(xiàn)象。 電纜或 電纜附件中發(fā)生的局部放電信號(hào)幅值可達(dá)20000A,頻帶可達(dá) 100MHZ-250MH。電纜局部放電的在線監(jiān)測(cè)是指通過(guò)傳感器系統(tǒng)實(shí)時(shí) 采集額定運(yùn)行電壓下電纜系統(tǒng)內(nèi)的局部放電信號(hào)，并將其傳輸至終端，進(jìn)行后續(xù)的處理和判斷。因此，傳感器系統(tǒng)對(duì)能否準(zhǔn)確獲取放電信 號(hào)舉關(guān)重要。近年來(lái)研究人員分別開發(fā)電容耦合、電感耦合及超聲 波傳感器。電容耦合傳感器通過(guò)在局部放電信號(hào)激發(fā)的電場(chǎng)中耦合能量， 直接獲取電信號(hào)。 該傳感器在安裝時(shí)。 既可以利用電纜及其接

12、頭中已 有的金屬結(jié)構(gòu)，也可安裝金屬薄片構(gòu)成電容性電極從而直接耦合放電 信號(hào)。電容耦合傳感器按其安裝位最可分為內(nèi)置式和外置式。 傳統(tǒng)內(nèi) 置式傳感器安裝時(shí)， 需將電纜絕緣護(hù)套和金屬護(hù)層割開， 將金屬箔纏 繞在外半導(dǎo)電層上， 之后再將金屬護(hù)層和絕緣護(hù)套分別復(fù)原， 將信號(hào) 線從金屬箔和金屬護(hù)層間引出。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 缺點(diǎn)是安 裝時(shí)工藝要求較嚴(yán)格，必須做好護(hù)套復(fù)原和防水工作。近年來(lái)，研究 人員提出采用接頭處的外半導(dǎo)電層作為取樣電阻。 直接耦合放電信號(hào) 的方法，該傳感器安裝時(shí)， 需先在應(yīng)力錐外側(cè)貼附一層銅網(wǎng)，將信號(hào) 線的線芯與該銅網(wǎng)相連， 信號(hào)線的接地網(wǎng)與電纜的金屬護(hù)層連接。 該 方法的優(yōu)點(diǎn)是

13、安裝簡(jiǎn)便， 抗干擾能力強(qiáng)， 但需要與電纜生產(chǎn)廠家協(xié)商 信號(hào)線的引出方法。 該方法已在英國(guó)倫敦的電纜線路上應(yīng)用， 并獲得 了較好的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果。 外置式電容傳感器。 該方法將一對(duì)金屬薄片 分別貼在電纜中間接頭的兩側(cè)， 將信號(hào)線與金屬薄片相連。 通過(guò)檢測(cè) 阻抗測(cè)最放電信號(hào)。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單 且由于采用了差分接 線方法，可有效抑制兩側(cè)本體放電信號(hào)的干擾， 具有對(duì)電纜中間接頭 局部放電定位的功能；缺點(diǎn)是易受外界電磁噪聲干擾。此外對(duì)于直 埋式敷設(shè)的XLPEt纜線路，環(huán)境因素如土壤電導(dǎo)率、濕度等均可能對(duì) 外置式電容傳感器的測(cè)量穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。電感耦合傳感器的基本原理為將線圈纏繞在有放電電流信號(hào)流過(guò)

14、的導(dǎo)體上， 該放電信號(hào)可在線圈輸出端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)， 該電勢(shì)即 反映了局部放電的信息。 基于電感耦合法研制的傳感器中， 羅果夫斯 基線圈是最有代表性的。 該方法將內(nèi)置式羅氏線圈傳感器安裝在電纜 接頭內(nèi)部的金屬屏蔽連接線上， 其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高， 受外界電磁干擾 小，缺點(diǎn)為電纜接頭施工時(shí)傳感器的安裝工藝較復(fù)雜。 外置式羅氏線 圈傳感器。該方法將傳感器做成卡鉗型，直接夾在電纜的接地線上。 該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝簡(jiǎn)便，但易受外部電磁干擾影響。超聲波傳感器在電力電纜局部放電檢測(cè)中已獲得廣泛應(yīng)用。 電 纜中局部放電激發(fā)的聲信號(hào)頻帶較寬， 可在電纜外部采用加速度或聲 發(fā)射傳感器檢測(cè)到。 聲學(xué)方法是非侵入式的且受

15、外部電磁噪聲影響較 小，是比較理想的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。聲信號(hào)在電纜中的傳輸速率不高， 還可用來(lái)對(duì)局部放電源進(jìn)行定位。 超聲波檢測(cè)系統(tǒng)通常采用壓電晶體 作傳感器，其工作頻帶通常為60300kHz研究顯示，電纜絕緣介質(zhì)對(duì) 聲波的吸收隨著聲波頻率的增大而增加， 故聲波信號(hào)中的高頻部分衰 減很快；另一方面， 聲波信號(hào)的低頻部分易受外界噪聲干擾而不宜采 用。綜合考慮上述兩方面的影響， 電纜附件局部放電的超聲波檢測(cè)頻 帶常設(shè)定在3040kHz?？紤]到聲音傳播的衰減，能采集到的聲信號(hào) 很微弱，該方法較適用于對(duì)電纜附件進(jìn)行接觸式的測(cè)量。超聲波傳 感器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量操作簡(jiǎn)便。 不受電磁噪聲的干擾； 缺點(diǎn)是所測(cè)聲信 號(hào)

16、與放電量之間的關(guān)系尚不明確， 通常需橫向比較測(cè)量結(jié)果來(lái)推斷局 部放電的情況。2）溫度在線監(jiān)測(cè) 電纜在運(yùn)行過(guò)程中，因線芯流過(guò)大電流而發(fā)熱。監(jiān)測(cè)電纜的溫度，既 可獲取電纜絕緣的工作狀況；也可通過(guò)計(jì)算線路的載流量，了解線路 運(yùn)行狀態(tài)。目前，應(yīng)用比較廣泛的電纜溫度測(cè)量方法是分布式光纖測(cè) 溫。該方法主要依據(jù)光纖的光時(shí)域反射原理及光纖的背向拉曼散射溫 度效應(yīng)?；谒鶞y(cè)溫度，可對(duì)電纜的載流量進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步獲得電 纜運(yùn)行信息。測(cè)溫光纖既可以敷設(shè)在電纜護(hù)套內(nèi)，即內(nèi)置式；也可沿 線敷設(shè)在電纜護(hù)套外，即外置式。雖然該測(cè)溫系統(tǒng)具有測(cè)量距離長(zhǎng)、 測(cè)溫精度高等優(yōu)點(diǎn)，但存在空間分辨率較低、對(duì)因各類缺陷造成的局 部溫升不敏

17、感、易受敷設(shè)環(huán)境溫度、濕度影響等缺點(diǎn)。這也是在未來(lái) 的研究和工程實(shí)踐中，需要解決的問(wèn)題。紅外熱成像技術(shù)也常被應(yīng)用于電纜附件的在線溫度檢測(cè)。該技術(shù)是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)接收被測(cè)目標(biāo)的 紅外輻射，將其能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上。在光 學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器之間.采用光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)對(duì)被測(cè)物體的紅外熱像 進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測(cè)器上，由探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn) 換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過(guò)電視屏或監(jiān)測(cè)器 顯示。該熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，與可見光圖像相比， 缺少層次感和立體感。為更有效地判斷被測(cè)目標(biāo)的紅外熱分布場(chǎng)， 常 采用一些輔助手段來(lái)增加

18、儀器的功能，如圖像亮度、對(duì)比度的控制， 偽色彩描繪等技術(shù)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明。電纜附件發(fā)生故障前，缺陷經(jīng)常 伴生局部發(fā)熱，采用紅外熱像儀對(duì)電纜附件進(jìn)行有針對(duì)性的在線檢 測(cè)，可發(fā)現(xiàn)電纜附件的發(fā)熱性缺陷.及時(shí)做出相應(yīng)防范措施，防止電 纜故障的發(fā)生。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量靈敏度高、結(jié)果直觀、可靠性好； 但測(cè)量結(jié)果難以對(duì)缺陷程度準(zhǔn)確定量。3）接地電流在線監(jiān)測(cè)3-35kV及以E電壓等級(jí)的電力電纜均為單芯或三芯電纜。因電纜金屬 護(hù)層與線芯中交流電流產(chǎn)生的磁力線相鉸鏈， 使其出現(xiàn)較高的感應(yīng)電 壓，故需采取接地措施。通常，短線路（500M）電纜的金屬護(hù)層采用一 端直接接地、另一端經(jīng)間隙或保護(hù)電阻接地的方式；長(zhǎng)線路 （1

19、000M 以上）電纜的金屬護(hù)層則采用方式；長(zhǎng)線路（1000M以上）電纜的金屬護(hù) 層則采用三相分段交叉互聯(lián)兩端接地的方式。當(dāng)電纜絕緣護(hù)套破損、 金屬護(hù)層出現(xiàn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生較大環(huán)流， 嚴(yán)重時(shí)可超過(guò)負(fù) 荷電流的 50以上。環(huán)流損耗使金屬護(hù)層發(fā)熱， 加速電纜主絕緣的老 化，威脅電纜運(yùn)行安全。監(jiān)測(cè)電纜的接地電流，可獲取電纜外護(hù)套的 完整性信息。此外，當(dāng)電纜主絕緣內(nèi)的水樹枝發(fā)展時(shí)，其電容量發(fā)生 變化，使得流經(jīng)主絕緣的容性電流發(fā)生變化。 在線監(jiān)測(cè)接地電流中容 性分量的變化，亦可獲取電纜絕緣老化的信息。目前，該方法通常采 用在接地線上安裝工頻電流互感器實(shí)現(xiàn)，無(wú)需改變接地線的連接方 式，適合1-35

20、kV及以上電壓等級(jí)電纜線路。4）tane 在線檢測(cè)法。 tane 在線監(jiān)介質(zhì)損耗角正切 tane 是反映電介質(zhì)材 料介電特性的基本參數(shù)，已被廣泛應(yīng)用于變壓器、套管、互感器等電 力設(shè)備的絕緣檢測(cè)，電力電纜的tane測(cè)量方法與大多電容性設(shè)備的測(cè) 試方法相同，即分別從電壓互感器和電流互感器獲取電壓、電流信 號(hào)通過(guò)數(shù)字化的測(cè)試裝置，測(cè)出：時(shí)間的相位差。從而獲得 tane。典型的tane在線檢測(cè)法是檢測(cè)兩個(gè)IE弦波過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差，再通過(guò)頻 率和時(shí)間差來(lái)計(jì)算相位差。 tane 在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)該方法對(duì)過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)精 度要求很高，因此對(duì)過(guò)零檢測(cè)器的穩(wěn)定性有較高要求。此外，該方法 對(duì)測(cè)量信號(hào)本身的要求也較高， 因?yàn)?/p>

21、疊加在工頻信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近的一 些干擾，常常會(huì)影響過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性， 諧波對(duì)正確檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)也 有重要影響此外，由于介質(zhì)損耗僅反映電纜線路絕緣整體性能的優(yōu) 劣，而無(wú)法刻畫線路局部因老化、受潮等因素引發(fā)的絕緣劣化，因此 tane 的在線監(jiān)測(cè)并未在電纜運(yùn)行單位中得到推廣。4）終端電暈放電在線檢測(cè) 紫外成像法是近年來(lái)發(fā)展的用于在線檢測(cè)外絕緣系統(tǒng)放電狀態(tài)的新 技術(shù)。紫外成像檢測(cè)系統(tǒng)主要包括：紫外成像物鏡、紫外光濾光鏡、 紫外像增強(qiáng)系統(tǒng)、CCD目機(jī)、圖像顯示等。紫外信號(hào)源經(jīng)背景光照射， 從信號(hào)源傳輸?shù)匠上耒R頭的有信號(hào)源自身輻射的紫外光， 也有信號(hào)源 反射的背景光。 成像光束經(jīng)過(guò)紫外成像鏡頭后， 有一部分背

22、景光被濾 除。另一部分背景光仍存在。其后光束再通過(guò)“日盲”濾光片，照紫 外像增強(qiáng)器的光電陰極E,經(jīng)過(guò)紫外像增強(qiáng)器后，信號(hào)被放大并轉(zhuǎn)化 為可見光信號(hào)輸出。然后，成像光束經(jīng) CCDB機(jī)，經(jīng)信號(hào)處理后輸出 到觀察記錄設(shè)備。 目前，該技術(shù)已在我國(guó)幾個(gè)大城市的電力部門得到 應(yīng)用，主要進(jìn)行導(dǎo)線外傷探測(cè)、高壓設(shè)備污染檢查、絕緣子放電檢測(cè) 及絕緣缺陷檢測(cè)等。該項(xiàng)技術(shù)同樣可用于對(duì)1-35kV及以上電壓等級(jí)電 纜的戶外終端電暈放電情況進(jìn)行在線檢測(cè)， 為電纜運(yùn)行部門提供更多 的電纜系統(tǒng)運(yùn)行信息。行波測(cè)距法5）行波法A型裝置利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波在測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)間來(lái)回往返的時(shí)間 與行波波速之積來(lái)確定故障位置；B型裝置利

23、用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)兩端的時(shí)間差與波速之積來(lái)確定 故障位置；C 型裝置是在故障發(fā)生時(shí)于線路的一端施加高壓高頻或直流脈沖信 號(hào)，根據(jù)脈沖往返時(shí)間來(lái)確定故障位置；D 型 裝 置是 在 B 型裝 置 的 基 礎(chǔ)上 建 立了 基于 全 球定 位系 統(tǒng) （GlobalPositioningSystem ，GPS精確對(duì)時(shí)的雙端行波法，使得行 波故障測(cè)距的實(shí)現(xiàn)既簡(jiǎn)單又精確穩(wěn)定，并且有良好的適應(yīng)性； E型裝置出現(xiàn)時(shí)間稍晚，它采用單端方式，原理是捕捉線路發(fā)生故障 后的斷路器重合閘產(chǎn)生的電流行波進(jìn)行定位， 它同樣可以測(cè)量永久短 路故障、開路故障以及在健全線路中測(cè)量線路全長(zhǎng)；F 型裝置原理（單端測(cè)距原理）則利用故

24、障線路在斷路器分閘時(shí)產(chǎn)生 的暫態(tài)行波在行波的測(cè)量點(diǎn)與產(chǎn)生故障的地點(diǎn)之間往返一次的傳播 所用的時(shí)間與行波的速度積計(jì)算發(fā)生故障點(diǎn)的距離。（1）A型行波法原理A型法是一種單端行波測(cè)距法，其利用線路故障時(shí)自身產(chǎn)生的暫 態(tài)行波信號(hào)實(shí)現(xiàn)故障定位。在XLPE電纜發(fā)生故障時(shí)，故障產(chǎn)生的行 波浪涌在故障點(diǎn)及母線之間來(lái)回反射， 利用故障線路在測(cè)量端感受到 的第一個(gè)正向行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射回的行波信號(hào)之間的時(shí)間 差，計(jì)算測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離。單端A型測(cè)距原理示意圖設(shè)S端為測(cè)量端，波速為v，故障初始行波與故障點(diǎn)反射波到達(dá) 本端母線的時(shí)間分別為 Ts1,Ts2, 則故障距離原理可用公式表示為：J當(dāng)故障點(diǎn)在線路中

25、點(diǎn)以內(nèi)時(shí)，來(lái)自故障線路方向的第二個(gè)同極性 行波波頭是故障點(diǎn)反射波，根據(jù)它與故障初始行波的時(shí)間差 t,利用 上式來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。當(dāng)故障點(diǎn)在線路中點(diǎn)以外時(shí)，來(lái)自線路方向的第二 個(gè)行波波頭是來(lái)自故障線路對(duì)端的反射波，雖然電流行波在對(duì)端一般 產(chǎn)生正反射以及故障點(diǎn)透射系數(shù)為正數(shù)，由于向?qū)Χ诉\(yùn)動(dòng)的故障初始 行波與向本側(cè)運(yùn)動(dòng)的初始行波反極性，故對(duì)端反射波在本側(cè)記錄下的 行波波形上與故障初始行波反極性。如下圖所示：故障點(diǎn)在線路中點(diǎn)以外且存在透射時(shí) A型測(cè)距原理線路對(duì)端母線反射波與故障初始行波的時(shí)間差八t對(duì)應(yīng)行波在故障點(diǎn)與對(duì)端母線間往返一次的時(shí)間，據(jù)此可計(jì)算出故障點(diǎn)距對(duì)端母線 的距離：A型行波故障測(cè)距裝置較為簡(jiǎn)單、

26、容易實(shí)現(xiàn)，且不需要與傳輸線 路的對(duì)端進(jìn)行同步的數(shù)據(jù)通信聯(lián)系。但A型測(cè)距法中不能消除對(duì)端行波折射波的影響， 并且存在測(cè)距 死區(qū)。若測(cè)距裝置硬件采樣頻率為1MHz行波傳播速度取為光速， 則約有300m的測(cè)距死區(qū)。A型行波測(cè)距中故障點(diǎn)反射波識(shí)別的最大 障礙是區(qū)分出反射波是來(lái)自故障點(diǎn)還是線路對(duì)端母線。A型行波測(cè)距要求行波在母線處有足夠的反射。由于A型法利用線路自身產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號(hào)，只能實(shí)施一次性 測(cè)量，對(duì)于檢測(cè)裝置的精度要求較高，且需檢測(cè)不間斷的對(duì)線路進(jìn)行 實(shí)時(shí)檢測(cè)。同時(shí)信號(hào)檢測(cè)不具有可重復(fù)性，不能進(jìn)行多次檢測(cè)后對(duì)比 分析，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的可靠性造成了一定的影響。(2)B型法原理B型行波測(cè)距是利用線路

27、兩端的行波檢測(cè)裝置，檢測(cè)故障點(diǎn)產(chǎn)生的電壓、電流行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差并借助通信聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)故障 測(cè)距的。設(shè)發(fā)生故障后，電壓行波到達(dá)線路兩側(cè)母線 M和N的時(shí)間分 別是t1和t2 ,波速為V,故障點(diǎn)到母線M的距離為X,母線M N之 間的線路長(zhǎng)度為 L，貝S有：Xm=(t1-t2)*v+l)/2 或 Xn=(t2-t1)*v+l)/2雙端測(cè)距只利用行波第一波頭到達(dá)線路兩端時(shí)刻進(jìn)行測(cè)距計(jì)算的，因而只需捕捉行波第一個(gè)波頭，不考慮行波的反射與折射，而且行波幅 值大，易于辨識(shí)，使得處理結(jié)果較為簡(jiǎn)單。由于雙端測(cè)距要利用線路 兩端的數(shù)據(jù)，因而數(shù)據(jù)量增加了一倍，使得故障的信息量也增加了一 倍，從而能夠更加準(zhǔn)確的判

28、斷故障距離。 好處是可以不考慮行波的衰 減因素、故障的過(guò)渡電阻以及母線的反射條件。 缺點(diǎn)是需要在故障線 路兩端分設(shè)檢測(cè)元件，使測(cè)距成本增加了近一倍；要求線路兩端測(cè)量 系統(tǒng)有精確到微秒的同步時(shí)鐘以實(shí)現(xiàn)兩端的時(shí)間同步；要求有通信聯(lián)系的交換對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)。C型法原理C型行波法與A型行波法一樣屬于單端測(cè)距定位法，與 A型行波不同 的是C型測(cè)距法主動(dòng)發(fā)出脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖反射行波進(jìn)行測(cè)距。其 基本原理如圖所示。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，測(cè)距裝置啟動(dòng)，向線路發(fā)出 高壓脈沖信號(hào)，高壓脈沖信號(hào)(速度接近光速)沿線路傳播。到達(dá)故障 點(diǎn)F時(shí)，由于波阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生反射行波，反射行波信號(hào)返回測(cè) 距裝置，通過(guò)檢測(cè)發(fā)射的脈沖信號(hào)到

29、達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)刻匕和故障點(diǎn)反射行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)刻t2計(jì)算故障點(diǎn)距離。故障點(diǎn)的計(jì)算公式為： 式中：氏為從開始發(fā)射脈沖波到反射波返回到裝置的時(shí)間。C型行波測(cè)距法基本原理C型行波定位方法在故障發(fā)生后主動(dòng)發(fā)出高壓脈沖信號(hào)，然后檢測(cè)識(shí) 別來(lái)自故障點(diǎn)的反射波，不需對(duì)線路自身的故障信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和 快速響應(yīng)，對(duì)于檢測(cè)裝置的要求大大下降。在某些突發(fā)情況下，當(dāng)一 次信號(hào)檢測(cè)失敗時(shí)，C型法也可重復(fù)發(fā)出高壓脈沖信號(hào)進(jìn)行多次測(cè)量， 有效解決單端法一次性測(cè)量丟失信號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)。 且運(yùn)用 C 型法檢測(cè)時(shí)不 需要在每條線路上分別安裝采集裝置，可極大地節(jié)約裝置成本。但 C 型法在線路故障檢測(cè)應(yīng)用中也具有自身的局限性， 如對(duì)于有

30、分支線路 的故障點(diǎn)檢測(cè)，C型法檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析復(fù)雜，故障點(diǎn)較難確定。圖為 C型行波法在帶分支線路中應(yīng)用時(shí)的檢測(cè)過(guò)程示意圖。C型法在帶分支線路中的應(yīng)用原理圖如圖所示為一條帶有一個(gè)分支的線路。 0點(diǎn)為線路起始點(diǎn)，線路在 A 點(diǎn)分成兩支AB和AC AB段內(nèi)S點(diǎn)發(fā)生單相接地故障。從0點(diǎn)發(fā)出檢 測(cè)信號(hào)WW到達(dá)阻抗不連續(xù)點(diǎn)A后沿三個(gè)路徑傳播： W透過(guò)A點(diǎn) 沿分支AC傳播；W透過(guò)A點(diǎn)沿分支AB傳播，可以達(dá)到故障點(diǎn)S; W 在A點(diǎn)發(fā)生反射，直接返回始端 0點(diǎn)。到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，遇到開路返 回同向信號(hào)W 返回A點(diǎn)時(shí)又有三個(gè)傳輸路徑，其中透過(guò)A點(diǎn)的W 直接返回0點(diǎn)，另一個(gè)透射A點(diǎn)的W沿分支AB傳播，可以達(dá)到故障 點(diǎn)S。與

31、W22先后到達(dá)S點(diǎn)，遇到接地返回負(fù)向信號(hào)，此信號(hào)分成 W 和弘兩股，同時(shí)向A點(diǎn)和B點(diǎn)傳輸。由Wl2產(chǎn)生的W遇到a點(diǎn)后的 透射部分 W的波頭成為第一個(gè)從S點(diǎn)返回始端的波頭。 W到達(dá)B點(diǎn) 后遇開路反射，其最終透射部分 W4i返回檢測(cè)點(diǎn)。之后，信號(hào)繼續(xù)在 線路中往復(fù)傳播，在 A B、C、S、0點(diǎn)發(fā)生反射和折射，直至衰減到J | A零。從上述過(guò)程中，可以看出行波在帶分支線路中有以下傳播特點(diǎn)： (1) 信號(hào)遇到帶有N個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)會(huì)分成N+1股，當(dāng)只有一處發(fā)生接地故 障時(shí)，只有一股可以到達(dá)故障點(diǎn)； 故障點(diǎn)返回的信號(hào)遇到該分支節(jié)點(diǎn)又要發(fā)生折反射，只有一股可以回到檢測(cè)點(diǎn)，可見分支對(duì)信號(hào)的衰減 很大。這就需要能

32、發(fā)出足夠能量信號(hào)的信號(hào)源。 （2）由于在分支點(diǎn)返 回的信號(hào)是與短路故障點(diǎn)返回信號(hào)同方向的負(fù)向信號(hào)， 所以必須加以 辨識(shí)，區(qū)分分支點(diǎn)和故障點(diǎn)。由以上分析可見，針對(duì)復(fù)雜的線路結(jié)構(gòu)，C型行波定位方法的應(yīng)用具有較大的困難，且對(duì)于某些瞬時(shí)性故障，由于故障在線路重合閘后消 失。因此，利用C型法進(jìn)行檢測(cè)不能發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)性故障特征點(diǎn)?；谝?上局限性，在實(shí)際的工程應(yīng)用中需結(jié)合其它行波法來(lái)彌補(bǔ) C型法的缺 陷。（4）D型法原理D型行波故障測(cè)距利用線路內(nèi)部故障產(chǎn)生的初始行波浪涌到達(dá)線路兩 端測(cè)量點(diǎn)時(shí)的絕對(duì)時(shí)間差計(jì)算故障點(diǎn)到兩端測(cè)量點(diǎn)之間的距離，屬于利用線路自身故障暫態(tài)行波的雙端故障測(cè)距法。其基本原理如圖所示（a）D型

33、行波測(cè)距原理圖（b） M端初始行波波形（c） N端初始行波波形D型行波法原理圖如圖所示，假設(shè)故障初始行波浪涌以相同的傳播速度、到達(dá)M端和N 端母線（形成各端第1個(gè)反向行波浪涌）的絕對(duì)時(shí)間分別為tm和tn，則存在以下關(guān)系：SnfvSnf = L(2-8)式中：Smf和Snf分別為M端和N端母線到故障點(diǎn)的距離；L為線路MN 的長(zhǎng)度。通過(guò)求解上述方程組可以獲得 M端和N端母線到故障點(diǎn)的距 離，表示為：Smf =2 V(tm tn )*L】Snf = V(tn -tm )+L】-2(2-9)在D型法中，為了準(zhǔn)確標(biāo)定故障初始行波浪涌到達(dá)兩端母線的時(shí)刻，線路兩端必須配備高精度和高穩(wěn)定度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，而且兩端

34、時(shí)鐘必須保持精確同步。另外，需對(duì)線路兩端的電氣量進(jìn)行實(shí)時(shí)同步高速采集 和對(duì)故障暫態(tài)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸。 D型行波法早期故障測(cè)距裝 置采用載波方式實(shí)現(xiàn)線路兩端測(cè)距裝置的時(shí)間同步，難以獲得較高的測(cè)距精度?，F(xiàn)代D型行波故障測(cè)距采用內(nèi)置全球定位系統(tǒng)(GPS)接收 模塊作為同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)精確同步，這使得線路兩端的時(shí)間同步誤差平 均不超過(guò)1七，由此產(chǎn)生的絕對(duì)測(cè)距誤差不超過(guò) 150mE型法原理E型單端行波測(cè)距法是利用故障線路重合閘時(shí)產(chǎn)生的行波浪涌在 故障點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)的傳播來(lái)進(jìn)行測(cè)距的。 以標(biāo)準(zhǔn)模式為例，它利用在線 路測(cè)量端感受到的由本端重合閘初始行波浪涌形成的第1個(gè)正向行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延計(jì)

35、算測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的 距離。其基本原理如圖所示。當(dāng)斷路器重合線路時(shí)，在斷路器觸頭合閘瞬間，由于觸頭間電壓 的突變，在線路上將出線暫態(tài)行波過(guò)程。設(shè)行波從斷路器到故障點(diǎn)的 傳播方向?yàn)檎较?，記初始行波浪涌為il t，行波浪涌il t在故障點(diǎn) 的反射波返回測(cè)量端時(shí)表現(xiàn)為反向行波浪涌，記為iFR t。設(shè)行波浪涌it和iFR t之間的時(shí)間延遲為t，它顯然等于故障暫態(tài)行波在測(cè)量點(diǎn) 與故障點(diǎn)之間往返一次的傳播時(shí)間，因而測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離 可以表示為：S =1 t.v = - v iFR t -ii t2 2 ( 2-10)為實(shí)現(xiàn)這種測(cè)距模式， 在測(cè)量端感受到的第一個(gè)正向行波浪涌必須是 本端斷路器某級(jí)

36、重合閘時(shí)所產(chǎn)生的初始行波浪涌 （ 此時(shí)測(cè)量點(diǎn)不存在 反向行波浪涌 ） 。（a） 故障線路重合閘暫態(tài)行波的傳播路線（b） M 端的正向和反向暫態(tài)行波波形E型行波測(cè)距法原理圖JXD-3000 電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng) 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 山東杰訊電氣科技有限公 司研發(fā)出 JXD-3000 電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)即單端電纜主絕緣 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)。根據(jù)行波測(cè)距原理， 采集故障電纜的暫態(tài)行波 （包 含電纜故障信息），做出預(yù)警及自動(dòng)判距。系統(tǒng)采用本公司研發(fā)的高 頻傳感器采集電纜的暫態(tài)行波，采集器采用ARMffl FPGA勺形式，F(xiàn)PGA 負(fù)責(zé)前端高頻數(shù)據(jù)采集，ARM以嵌入式Linu

37、x操作系統(tǒng)為平臺(tái)，負(fù)責(zé) 網(wǎng)絡(luò)通訊及數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)，后臺(tái)服務(wù)器（專家系統(tǒng)）采用本公司在 小波算法和希波拉特 -黃算法基礎(chǔ)研究出的新算法對(duì)波形進(jìn)行識(shí)別， 分析，判斷，對(duì)故障電纜做出預(yù)警及自動(dòng)判距。此算法在國(guó)內(nèi)具有領(lǐng) 先水平。分布式數(shù)據(jù)采集器通過(guò)數(shù)據(jù)線與主機(jī)相連，將采集到的信號(hào)傳輸 至主機(jī)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警目的， 并通過(guò)軟件及顯示 屏顯現(xiàn)運(yùn)行狀況。監(jiān)控主機(jī)使用 Windows操作系統(tǒng)，運(yùn)行JXD-3000專家系統(tǒng)電纜 主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后臺(tái)及分析軟件，該軟件主要完成 JXD-3000電 纜在線監(jiān)測(cè)分布式采集器采集的暫態(tài)行波的存儲(chǔ)和分析， 電纜運(yùn)行狀 態(tài)的顯示，預(yù)警判距及實(shí)時(shí)自動(dòng)預(yù)警并將

38、結(jié)果顯示、上報(bào)，可實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)報(bào)、選線、自動(dòng)判距控制主機(jī)同時(shí)還可以作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器， 供遠(yuǎn)程讀取監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn) 行信息。數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳支持的通訊方式：支持Modems號(hào)和局域網(wǎng)及3G方 式。預(yù)警及測(cè)距結(jié)果也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊、 短信等方式報(bào)送生產(chǎn)調(diào)度 和生產(chǎn)主管部門。JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能電源管理模塊為可擴(kuò)展 的 24 路電源管理模塊，為分布式采集裝置提供 12V 標(biāo)準(zhǔn)電源，具有 電源管理功能，可以監(jiān)測(cè)回路電源開斷信息，自動(dòng)或人工復(fù)位，保障 裝置及信息的安全可靠。JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊交換機(jī)模塊，由于系統(tǒng) 采用全網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，采用TCP/IP協(xié)議，可擴(kuò)展的分布式監(jiān)測(cè)裝置分 配獨(dú)立的 IP 地址，通過(guò)交換機(jī)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊機(jī)帶有 GSM 3/4G網(wǎng)絡(luò) 通訊、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交換功能，對(duì)信息進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)，以備調(diào)用。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)信號(hào)，幅值大、可靠性高、靈敏度高 不受消弧線