（高电压与绝缘技术专业论文）基于超高频法的xlpe电缆附件局部放电检测技术的研究.pdf

摘要 x l p e电缆附件局部放电检测技术是诊断 x l p e电缆附件故障的有效方 法。本文针对电缆局部放电现场检测中存在的各种干扰，提出了将超高频法 和低频法相结合的联合检测方法。 u h f 传感器检测电缆附件局部放电， 具有良 好的抗干扰特性和较高的灵敏度，和体外式v h f 钳型传感器结合起来， 运用时 域开窗的方法， 即可排除v h f 传感器中的干扰信号， 又可利用v h f 传感器对其 放电信号进行标定。这种方法具有广阔的发展前景，因此本文针对 x l p e高压 电缆附件，开发出了一组测量灵敏度高、能标定，抗千扰能力强、便于现场 测量的电缆局部放电在线检测系统。 试验表明该基于 u h f的检测系统具有较好的现场测量效果 关键词:x l p e ，局部放电，u h f 传感器，v h f 传感器 abs tract p a r t i a l d i s c h a r g e o n - l i n e d e t e c t i o n o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s i s a n e f f e c t i v e k i n d o f m e t h o d s o f d i a g n o s i n g f a u l t s o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s . t o s u p p r e s s t h e n o i s e s i n p d m o n i t o r i n g o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s o n s it e , t h e c o m b i n e d d e n o i s i n g me t h o d b a s e d o n t h e f u s i o n o f u lt r a h i g h f r e q u e n c y ( u h f ) a n d l o w f r e q u e n c y ( v h f ) m e asu r e m e n t s w a s p u t f o r w a r d . i t h a s t h e f a v o r a b l e a n t i - i n t e r f e r e n c e c h a r a c t e r i s t i c a n d s u p e r i o r s e n s i t i v i t y t h a t u s i n g u h f s e n s o r t o d e t e c t t h e p d o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s . i t c a n w o r k w i t h t h e v h f s e n s o r . u s i n g t h e w i n d o w c u t t i n g f r o m t i m e d o m a i n , i t c a n r e j e c t t h e i n t e r f e r e n c e , a n d v h f s e n s o r h a s t h e c a l i b r a t e a b i l i t y f o r t h e a p p a r e n t d i s c h a r g e q u a n t i t y . t h i s me t h o d h a s a g o o d f o r e g r o u n d . t h i s p a p e r e s t a b l i s h e s a s y s t e m f o r p a r t i a l d i s c h a r g e o n - l i n e d e t e c t i o n t e s t s o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s , i t h a s , s u p e r i o r s e n s i t i v i t y a n d a n t i - i n t e r f e r e n c e c h a r a c t e r i s t i c . i t h a s t h e c a l i b r a t e a b i l i t y f o r t h e a p p a r e n t d i s c h a r g e q u a n t i t y . t e s t s s h o w t h a t b a s e d o n t h e u h f d e t e c t i o n s y s t e m h a s g o o d e f f e c t s o f o n - s i t e d e t e c t i o n l i c h a n g y u ( h i g h v o l t a g e a n d i n s u l a t i o n ) d i r e c t e d b y p r o lwa n g we i k e y wo r d s :x l p e , p a r t i a l d i s c h a r g e , v h f s e n s o r ， u h f s e n s o r 摘要 x l p e电缆附件局部放电检测技术是诊断 x l p e电缆附件故障的有效方 法。本文针对电缆局部放电现场检测中存在的各种干扰，提出了将超高频法 和低频法相结合的联合检测方法。 u h f 传感器检测电缆附件局部放电， 具有良 好的抗干扰特性和较高的灵敏度，和体外式v h f 钳型传感器结合起来， 运用时 域开窗的方法， 即可排除v h f 传感器中的干扰信号， 又可利用v h f 传感器对其 放电信号进行标定。这种方法具有广阔的发展前景，因此本文针对 x l p e高压 电缆附件，开发出了一组测量灵敏度高、能标定，抗千扰能力强、便于现场 测量的电缆局部放电在线检测系统。 试验表明该基于 u h f的检测系统具有较好的现场测量效果 关键词:x l p e ，局部放电，u h f 传感器，v h f 传感器 abs tract p a r t i a l d i s c h a r g e o n - l i n e d e t e c t i o n o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s i s a n e f f e c t i v e k i n d o f m e t h o d s o f d i a g n o s i n g f a u l t s o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s . t o s u p p r e s s t h e n o i s e s i n p d m o n i t o r i n g o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s o n s it e , t h e c o m b i n e d d e n o i s i n g me t h o d b a s e d o n t h e f u s i o n o f u lt r a h i g h f r e q u e n c y ( u h f ) a n d l o w f r e q u e n c y ( v h f ) m e asu r e m e n t s w a s p u t f o r w a r d . i t h a s t h e f a v o r a b l e a n t i - i n t e r f e r e n c e c h a r a c t e r i s t i c a n d s u p e r i o r s e n s i t i v i t y t h a t u s i n g u h f s e n s o r t o d e t e c t t h e p d o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s . i t c a n w o r k w i t h t h e v h f s e n s o r . u s i n g t h e w i n d o w c u t t i n g f r o m t i m e d o m a i n , i t c a n r e j e c t t h e i n t e r f e r e n c e , a n d v h f s e n s o r h a s t h e c a l i b r a t e a b i l i t y f o r t h e a p p a r e n t d i s c h a r g e q u a n t i t y . t h i s me t h o d h a s a g o o d f o r e g r o u n d . t h i s p a p e r e s t a b l i s h e s a s y s t e m f o r p a r t i a l d i s c h a r g e o n - l i n e d e t e c t i o n t e s t s o f x l p e c a b l e a c c e s s o r i e s , i t h a s , s u p e r i o r s e n s i t i v i t y a n d a n t i - i n t e r f e r e n c e c h a r a c t e r i s t i c . i t h a s t h e c a l i b r a t e a b i l i t y f o r t h e a p p a r e n t d i s c h a r g e q u a n t i t y . t e s t s s h o w t h a t b a s e d o n t h e u h f d e t e c t i o n s y s t e m h a s g o o d e f f e c t s o f o n - s i t e d e t e c t i o n l i c h a n g y u ( h i g h v o l t a g e a n d i n s u l a t i o n ) d i r e c t e d b y p r o lwa n g we i k e y wo r d s :x l p e , p a r t i a l d i s c h a r g e , v h f s e n s o r ， u h f s e n s o r y 7 1 3 0 6 ， 创匕.0口 厂 口明 本 人郑 重声 明: 所呈 交的 学 位论 文 基于超高频法的x l p e电缆附件 局部放电检测技术的研究 ， 是 本 人 在导 师指 导 下， 独立 进行 研究工 作 所取 得的成果。 尽我所知， 除文中己 经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不 包含任何他人享有著作权的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。 特此申明口 签名:筹 k - 口期 : ) 3 k m 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了 解华北电力大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有权保管、 并 向 有关部门 送交学位论文的原件与复印件; 学校可以采用影印、 缩印或其它复制手段 复制并保存学位论文; 学校可允 许学位论文被查阅或借阅; 学校可以学术交流为日 的，复制赠送和交换学位论文: 同意学校可以 用不同 方式在不同 媒体上发表、 传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定 ) 作 者 签 名 : -血主 导师签名: 日期 : 巡 终 沙 日 日期 : -0 率 o lo 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 . 1 x l p e 电缆局部放电在线监测的意义 近年来，随着我国城市电网的不断改造，x l p e电力电缆作为电力电缆的主流 产品己经广泛应用于输电线路和配电网中。 据不完全统计，已投入运行的ho w 及 以上的高压电缆线路达数百公里，而3 5 k v及以下电压等级多达 5 0 万公里之多，最 高电 压等级已 达5 0 0 k v 1 1 1 o 资料表明:在对全国主要城市 1 2 6 家电力电缆运行维护单位 l o k v以上的电力 电缆 ( 总长度9 1 0 0 0 公里)在 1 9 9 7 至2 0 0 1 年期间运行状态进行调查统计和故障原 因分析发现，1 0 -2 2 0 k v电力电缆的平均运行故障率由 1 9 9 7年的 1 1 . 3次/( 1 0 0公 里 年) 逐年下降到2 0 0 1 年的5 . 2 次/ ( 1 0 0 公里 年) ， 但相对经济发达国家仍高出约 1 0 倍12 1 电缆线路故障率较高的主要原因有四个:( 1 ) 7 0 - - 8 0 年代投运的x l p e电力电 缆产品均采用 1 +2挤出的生产设备和湿法蒸汽交联工艺，约有 3 7 0 0 0公里质量不 稳定的产品投入电网运行且基本进入高故障率时期。 ( 2 ) 约有 7 2 %的电缆线路常处 于过负荷运行状态且不能够及时维护。( 3 )城市规划工作中的基础建设工程造成电 力电缆线路外力破坏故障大幅上升。( 4 ) 电力电缆线路敷设安装质量和运行维护技 术相对落后。 基于全国2 0 0 1 年主要城市电力电缆抢修记录、事故现场照片和故障电缆封样等 材料分析，导致电力电缆运行故障的原因可划分为外力破坏、电缆附件制造质量、 电缆敷设安装质量和电缆本体制造质量四大类型， 各自 所占比重分别为5 8 %, 2 7 %, 1 2 %和3 %。见图1 - 1 1 1 。此外，不计外力破坏引发的故障，电力电缆线路故障率和 多数电力设备一样，投入运行初期 ( 1 - 5 年内)容易发生运行故障，主要原因是电 缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问题;运行中期 ( 5 - 2 5 年内) ，电缆本体和 附件基本进入稳定时期，线路运行故障率较低，故障主要原因是电缆本体绝缘树枝 状老化击穿和附件进潮而发生复合介质沿面放电1 4 1 ; 运行后期 ( 2 5 年后) ， 电缆本体 绝缘树枝老化、电一 热老化以及附件材料老化加剧，电力电缆运行故障率大幅上升。 见图1 - 2 1 3 1 0 电缆附件 ( 电缆终端和中间接头)都在现场人工制作安装，其绝缘品质往往低 于工厂制作的电缆本体，故电缆附件的故障占到电缆运行故障的一半以上h l ，这是 因为电缆附件中结构复杂，电场畸变严重。对终端头来说:电缆畸变最严重处为外 屏蔽断开处;对接头来说:除外屏蔽断开处，还有电缆未端绝缘切断处。所以需要 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 x l p e 电缆局部放电在线监测的意义 近年来，随着我国城市电网的不断改造，x l p e 电力电缆作为电力电缆的主流 产品已经广泛应用于输电线路和配电网中。据不完全统计，已投入运行的1 1 0 k v 及 以上的高压电缆线路达数百公里，而3 5 k v 及以下电压等级多达5 0 万公里之多，最 高电压等级已达5 0 0 k v “。 资料表明：在对全国主要城市1 2 6 家电力电缆运行维护单位1 0 k v 以上的电力 电缆( 总长度9 1 0 0 0 公里) 在1 9 9 7 至2 0 0 1 年期间运行状态进行调查统计和故障原 因分析发现，1 0 2 2 0 k v 电力电缆的平均运行故障率由1 9 9 7 年的1 1 3 次( 1 0 0 公 里年) 逐年下降到2 0 0 1 年的5 2 次( 1 0 0 公旱年) ，但相对经济发达国家仍高出约 1 0 倍2 1 。 电缆线路故障率较高的主要原因有四个：( 1 ) 7 0 - 8 0 年代投运的x l p e 电力电 缆产品均采用l + 2 挤出的生产设备和湿法蒸汽交联工艺，约有3 7 0 0 0 公里质量不 稳定的产品投入电网运行且基本进入高故障率时期。( 2 ) 约有7 2 的电缆线路常处 于过负荷运行状态且不能够及时维护。( 3 ) 城市规划工作中的基础建设工程造成电 力电缆线路外力破坏故障大幅上升。( 4 ) 电力电缆线路敷设安装质量和运行维护技 术相对落后。 基于全国2 0 0 1 年主要城市电力电缆抢修记录、事故现场照片和故障电缆封样等 材料分析，导致电力电缆运行故障的原因可划分为外力破坏、电缆附件制造质量、 电缆敷设安装质量和电缆本体制造质量四大类型，各自所占比重分别为5 8 、2 7 、 1 2 和3 。见图1 1 t 3 。此外，不计外力破坏引发的故障，电力电缆线路故障率和 多数电力设备一样，投入运行初期( 1 - 5 年内) 容易发生运行故障，主要原因是电 缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问题；运行中期( 5 - 2 5 年内) ，电缆本体和 附件基本进入稳定时期，线路运行故障率较低，故障主要原因是电缆本体绝缘树枝 状老化击穿和附件进潮而发生复合介质沿面放电【4 l ；运行后期( 2 5 年后) ，电缆本体 绝缘树枝老化、电热老化以及附件材料老化加剧，电力电缆运行故障率大幅上升。 见图1 2 t ”。 电缆附件( 电缆终端和中间接头) 都在现场人工制作安装，其绝缘品质往往低 于工厂制作的电缆本体，故电缆附件的故障占到电缆运行故障的一半以上，这是 因为电缆附件中结构复杂，电场畸变严重。对终端头来说：电缆畸变最严重处为外 屏蔽断开处；对接头来说：除外屏蔽断开处，还有电缆未端绝缘切断处。所以需要 华北电力大擘硕士学位论文 谯电缆附件中安装应力锥泼者应力管，这样附件中电场集中处变为多层固体簸合介 臻绝缘结构。当附传进潮对蜜基发生复合介质沿霜放邀，其中因多层固体复合分震 溺西放电琢因静致接头击穿故障约占电缆接头敌障憨数的9 7 以上h 。 由此可见，x l p e 电力电缆线路的运行，特别掇电缆附件逡行的安会可靠忤应 鼹到足够的重视。必须采取必要和恰当的手段来预鼢事放的发生和监测电力电缆线 爨静运孬装嚣。 研究发现，电缆的局部放电量与其绝缘状况密切相关，局部敞电量的变化预示 潜电缆绝缘可能存在危害电缆安全运行的缺陷，因此准确测量电缆局部放电激是判 麟电缆绝缘晶矮约最壹双、毽想、有效的方法f 3 】。国内辨的专家学赣娃及i e e e 、i e c 、 e l g r e 等莓舔电力权威税梅组织一致掇荐弱部旅嚷试验是x l p e 电缆绝缘状况评徐 的最佳方法【i 瓢6 1 。x l p e 电缆的局部放电将引起电缆绝缘内电树的产生和扩展，并 加速绝缘的劣化，最终导致绝缘击穿；而电缆附件内的滑闪放电甚至将导致附件发 生敬漳、烧穿、爆炸等。囡魏对电缆魏筠部教电逶孬程线篮溺霹及游发瑷故醛瓣惠， 并可对绝缘劣化程度进行前期预报，防止高压电缆突发性事故的发生。 总之，确保电力电缆逡行可靠、减少停电维护次数和时间，实现状态检修是保 醚电网安全可露运行的重中之重。采慰电缆和电缆辫l 孛的局部放邀在线检测技术， 聊以很好的稔测电缆和毫缆附件的运行状况，并可椴撂其检溺捩况及时采取必要的 措施，以保证电力系统的正常运行。因此x l p e 电力电缆附件局部放电在线梭测技 术具有非常熏器的意义。 幽卜12 0 0 1 年电缆故障类型圈幽卜2电缆线路不同运行时期的故障率 。2x l p e 毫缆局部敖邀在线检溺豹概嚣 1 2 1 电缆膈部放电检测技术的发膦 局部放漱一壹是毫瀵缝缘菲穰坏髓逄气梭验豹主要项嚣。疑5 0 年代嚣麓开戆， 华北电力夫举硕士学位论文 世界各国纷纷采用宽频带放大检测器对电缆绝缘进行局部放电检测。1 9 6 3 年，荷兰 n k f 电缆厂f h 。k r e u g e r 撼发表了撼1 9 5 7 1 9 6 0 年实验研究蛉论文和“局熟放电 稔濒”一书，奠定了局部藏魄的测量技术基础。赶菇，国际大电阚会议( c i g r e ) 第 2 1 技术委员余( 高压电缆) 成立了局部放电工作组，针对电缆局部放电的特点进行 确定试验方法标准的工作。1 9 7 9 年德围5 家主要电缆工厂同汉诺威大学西林研究所 会露磁究，摄国了长逛缆上鼹都兹电攫试茨秘学方浚。1 9 8 0 年德鬻正式蠹乏港遮建 议为国家标准。1 9 8 2 年国际电工委员念( i e c ) 第1 7 工作组采纳为i e c 标凇草案， 1 9 8 5 年经各圈i e c 分委会多数表决，同意将该草案作为电缆局部放电的试验方法标 溅l 朝。 在电缆局部放电捡测技术发展过程中还有两个丽时展开靛繁癸谋题。一个跫电 缆局部放电抗干扰问题；男一个是局部放电点的定能问题。 电缆局部放电抗干扰问题，不仅存在于电缆生产厂家对电缆产品的出厂质量检 验或磅究毪试验串，更主爨匏是电缆运行部门瑰场溪试器在线簸控邀缆线路缝缘荔 部放电时首先遇到的严重问题，由于现场背景干扰很大，这些干扰信号会侵入到局 部放电检测回路中，大大影响了检测的灵敏度和准确度。目前随着快速a d 转换技 术秘计数器、数字滤波器以及均值器等数据处理技术的应用，可望出现毅一代的抗 干扰且能准确测量局部放电酶技术和仪器。尤其楚超高频裣禊l 技术在发电瓤、g i s 中的成功应用，国内外检测焦点已转移到超高频检测技术上。 关于电缆局部放电定位，早期采用的是扫描式检测技术来查找电缆局部放电 点，现在实繇中整广彝应璃翁是7 g 年代发震起寒懿翻霜嚣黎藏逮熬；孛在惫缀中传 播的特性，用1 0 m h z 眺一t 的高速扫描示波器进行定位测量的方法【7 】。由于电缆, i s 脉 冲波传播的谯度对确定的魄缆绝缘形式是已知常数，所以测出放电脉冲与篡经远端 反射磊靛脉 孛波之阉麴酵延，就可以舞出放电点离魄缆远端的躐离。局部放电定位 在电缆制造厂十分有用。在线定位方法也基本耐弼髑帮放电脉渖在电缆中传播的特 性进行定位测量，但目前还没有很好的抗干扰方法，仍难以实现。 2 2 电缆塌都放电在线检测技术瀚礤究现状 常规x l p e 电缆局部放电测量多采用i e c 6 0 2 7 0 法，但是篡测量频带较低，遥 常在几十到几百k h z 范围内，易受背景干扰的影响，抗干扰能力差。理论研究表明， x l p e 电力电缆局部放电躲冲包含的频谱很宽，最蕊可达到g h z 数量级pj 。因此， 选铎在信嗓魄离的频段溺爱可有效羹垒避免予撬豹影响。匿蘸国内夕 已瑟电缆鲻部藏 电测量的焦点转移到高频和超高频测擞上。尤其是超高频检测技术在g i s 上成功应 用后，很多研究学者尝试将这一方法拓展到x l p e 电缆局部放电在线检测上一j 。 迄今为壹，蓬凌努矮子x l p e 奄缝鼹部藏电竣测懿方法煮缀多。毽赉予x l p e 电缆局部放电信号微弱，波形复杂多变，极易被背景噪声和外羿电磁干扰嗓声淹没， 华北电力大学硕士学位论文 世界各国纷纷采用宽频带放大检测器对电缆绝缘进行局部放电检测。1 9 6 3 年， 荷兰 n k f电缆厂f .h .k r e u g e r 博士发表了他 1 9 5 7. 1 9 6 0 年实验研究的论文和“ 局部放电 检测” 一书， 奠定了局部放电的测量技术基础。 此后，国际大电网会议 ( c i g r e ) 第 2 1 技术委员会 ( 高压电缆)成立了局部放电工作组，针对电缆局部放电的特点进行 确定试验方法标准的工作。 1 9 7 9 年德国5 家主要电缆工厂同汉诺威大学西林研究所 合作研究， 提出了长电缆上局部放电测试的科学方法。1 9 8 0 年德国正式批准这一建 议为国家标准。1 9 8 2 年国际电工委员会 ( i e c )第 1 7 工作组采纳为i e c标准草案， 1 9 8 5 年经各国i e c分委会多数表决， 同意将该草案作为电缆局部放电的试验方法标 准i l l 在电缆局部放电检测技术发展过程中还有两个同时展开的熏要课题。一个是电 缆局部放电抗干扰问题;另一个是局部放电点的定位问题。 电缆局部放电抗干扰问题， 不仅存在于电缆生产厂家对电缆产品的出厂质量检 验或研究性试验中，更主要的是电缆运行部门现场测试和在线监控电缆线路绝缘局 部放电时首先遇到的严重问题，由于现场背景干扰很大，这些干扰信号会侵入到局 部放电检测回路中， 大大影响了检测的灵敏度和准确度。目前随着快速a / d转换技 术和计数器、数字滤波器以及均值器等数据处理技术的应用，可望出现新一代的抗 千扰且能准确测量局部放电的技术和仪器。尤其是超高频检测技术在发电机、g i s 中的成功应用，国内外检测焦点己转移到超高频检测技术上。 关于电缆局部放电定位，早期采用的是扫描式检测技术来查找电缆局部放电 点，现在实际中推广和应用的是 7 0年代发展起来的利用局部放电脉冲在电缆中传 播的特性， 用 i o mh z以上的高速扫描示波器进行定位测量的方法il l 。 由于电缆中脉 冲波传播的速度对确定的电缆绝缘形式是已知常数，所以测出放电脉冲与其经远端 反射后的脉冲波之间的时延，就可以算出放电点离电缆远端的距离。局部放电定位 在电缆制造厂十分有用。在线定位方法也基本利用局部放电脉冲在电缆中传播的特 性进行定位测量，但目 前还没有很好的抗干扰方法，仍难以实现。 1 . 2 . 2电缆局部放电在线检测技术的研究现状 常规x l p e电缆局部放电测量多采用i e c 6 0 2 7 0 法，但是其测量频带较低，通 常在几十到凡百k h z 范围内， 易受背景干扰的影响， 抗干扰能力差。 理论研究表明， x l p e电力电缆局部放电脉冲包含的频谱很宽，最高可达到g h z 数量级 8 1 。因此， 选择在信噪比高的频段测量可有效地避免干扰的影响。目 前国内外己把电缆局部放 电测量的焦点转移到高频和超高频测量上。 尤其是超高频检测技术在g i s上 成功应 用后， 很多研究学者尝试将这一方法拓展到x l p e电 缆局部放电 在线检测上(9 ) 迄今为止，国内外用于 x l p e电缆局部放电检测的方法有很多。但由于 x l p e 电缆局部放电信号微弱， 波形复杂多变， 极易被背景噪声和外界电磁干扰噪声淹没， 华北电力大学硕士学位论文 所以研究开发电缆局部放电在线检测技术的难度在所有电缆绝缘在线检测技术中 是最高的。由于电缆中间接头绝缘结构复杂，影响其绝缘性能的原因很多，发生事 故的概率远远大于电缆本体，同时在电缆中间接头和电缆终端处获取信号比从电缆 本体获取信号灵敏度要高且容易实现，因此通常电缆局部放电在线检测方法亦多用 于电缆附件故障的检测。 1 . 2 . 2 . 1 v h 电缆附件局部放电检测法 目 前的电缆局部放电检测方法中所采用的传感器主要分为两类，一类是以罗戈 夫斯基线圈测量原理为基础的电 磁传感器，主要包括电磁祸合法1 1 3 . 1 4 , 1 5 . 1 6 1 ，超高 频电感法2 4 1 。这些方法使用的传感器磁芯材料、 传感器结构、检测位置、抗干扰措 施等各有不同; 另一类是以电容褐合原理为基础的电容传感器， 主要包括差分法1 1 0 . 1 1 1 ，电 容分压法( 1 7 1 ， 超高频电 容法 2 0 . 2 1 . 2 2 . 2 3 1 。 这些方法使用的传感器电 容大小， 安装位置，检测频带，抗千扰措施等各有不同。总之，这两类传感器的检测频带都 集中在v h f频段 ( 3 v 3 0 0 mh z ) ，故可以统称为v h f检测方法。v h f检测方法较 为成熟，日 本， 新西兰， 德国， 瑞士都有相关产品。 其中， 对于v h f 钳型电磁传感 器，我国深圳供电公司己经引进了新西兰的该检测装置，用于配电网电缆局部放电 的在线检测，北京供电局也引进了日本的检测装置。这两家的钳型传感器都是被安 装在电缆接地线上进行测量。由于x l p e电缆局部放电信号微弱、幅值很小，外界 强电磁场干扰源很多，特别是地线_ l 干扰信号更为复杂，单纯依赖宽频带滤波器和 高倍数的放大器很难检测到局放信号。 实际的现场测量也证实仅凭v h f 传感技术无 法排除某些类似局部放电脉冲的干扰。 1 . 2 . 2 . 2 u h 电缆附件局部放电检测法 超高频检测技术在 g i s上成功应用后，很多研究学者尝试将这一方法拓展到 x l p e电缆局部放电在线检测上。采用 u h f检测频段来检测局部放电是通过 u h f 传感器接收局部放电辐射的u h f电磁波， 实现局部放电的检测。 电缆中每一次局部 放电都发生正负电荷的中和，伴随有一个很陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。 根据已经取得的结论:局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局部放电源的几何形 状以及放电间隙的绝缘强度有关。当放电间隙比较小，且放电间隙的绝缘强度比较 高时， 放电过程的时间比较短， 电流脉冲的陡度比较大， 辐射的电磁波u h f 分量比 较丰富。目前已经证实: x l p e电缆内部局部放电确实能激发出很高频率的电磁波， 最高可达上g h z 1 9 . 2 0 1 。虽然电缆本体有良 好的屏蔽层，但u h f电 磁波可以 通过电 缆接头的绝缘部件和接地引线向外传播， 因此u h f 检测技术用在电缆局部放电的检 测是可行的。 目前德国的l d i c公司采用了u h f 检测方法对电缆局部放电进行测量， 其体外式传感器的频带为3 0 0 -8 0 0 m h z 。 实测表明， 现场噪声通常低于4 0 0 m h z 12 6 1 因而u h f 检测频段可最大限度避开干扰， 具有良 好的抗干扰特性。同时，由于检测 华北电力大学硕士学位论文 频带宽，因而具有较高的灵敏度。但u h f检测频段超出了局部放电量标定的频段， 因而无法对u h f检测到的局放信号进行标定。 1 . 3当前x l p e 电缆局部放电在线监测存在的问题 局部放电在线检测技术研究开发难度很大，被认为是理论上可行，但难以实际 应用的一种检测技术。 很多x l p e电缆局部放电在线检测方法在实验室里是可行的， 但是应用到现场中测量效果并不理想，例如曾有文献报道日本提出的r e d i 局部放 电检测法之所以没有得到更广泛的应用，其原因在于现场测量效果不理想。迄今为 止，x l p e电力电缆局部放电检测试验大多都仅局限于实验室里完成，其主要原因 是:1 、外界强电磁场干扰源很多，单纯依赖硬件技术实现剔除和防止外界电磁干 扰难度很大;2 、采集的信号量微弱，幅值很小，极易被背景噪声淹没;3 、宽频带 滤波器和高倍数的放大器使得采集到的信号的原始波形畸变，容易导致误判;4 , 缺乏电缆绝缘局部放电信号的识别技术，缺乏局部放电脉冲信号波形、频率及幅值 的识别判断技术; 5 、 缺乏x l p e电力电缆绝缘劣化的评价基础和运行状态判据等实 际 运 行 经 验 的 积 累 山 。 1 . 4本论文的主要工作 在中国开展电缆绝缘局部放电在线检测的工作才刚刚起步，根据国内电力电缆 运行情况，需要对己投运的电缆进行绝缘监测。虽然x l p e电缆附件局部放电检测 方法有很多，各有优缺点。但多数检测法要把测量单元或传感器置入电缆附件中， 或改变电缆、电缆附件的结构，需在电缆设计中和敷设电缆的施工时实现，而对于 己运行的电缆很难实施;此外，传感器置入电缆附件中有可能影响电缆附件的电场 分布，若安放位置不合理反倒引起电缆附件发生故障，这些检测方法都是针对特定 结构的电缆接头或者电缆的，不能普遍适用。因此实际应用十分困难。 采用钳形传感器的 v h f电磁祸合法在电缆本体上进行测量和其他检测方法相 比，该方法不用改变电缆附件的结构，特别适用于己投入运行的电力电缆的在线检 测，钳式结构的传感器可轻易的安装在电缆终端或中间接头附近的电缆本体上，其 测量回路与高压电缆没有直接的电气连接，具有使用安全、较好的灵活性和操作方 便等优点，并且相对于套在接地上的传感器具有更好的抗千扰性能。 本文研究发现三相交叉互连的电缆系统，由于其三相电缆中间接头通过交叉互 连线互相连接，当某一相电缆接头发生局部放电时，其局放信号可以通过交叉互连 线传到其它两相电缆本体上，给局部放电的定位带来了困难。本文针对此问题，使 用 a t p - d r a w软件对交叉互连的电缆系统进行了仿真，发现了局放信号在此系统内 的传播规律， 利用此规律， 使用三个v h f 传感器可以对此电缆系统进行局部放电定 华北电力大学硕士学位论文 频带宽，因而具有较高的灵敏度。但u h f检测频段超出了局部放电量标定的频段， 因而无法对u h f检测到的局放信号进行标定。 1 . 3当前x l p e 电缆局部放电在线监测存在的问题 局部放电在线检测技术研究开发难度很大，被认为是理论上可行，但难以实际 应用的一种检测技术。 很多x l p e电缆局部放电在线检测方法在实验室里是可行的， 但是应用到现场中测量效果并不理想，例如曾有文献报道日本提出的r e d i 局部放 电检测法之所以没有得到更广泛的应用，其原因在于现场测量效果不理想。迄今为 止，x l p e电力电缆局部放电检测试验大多都仅局限于实验室里完成，其主要原因 是:1 、外界强电磁场干扰源很多，单纯依赖硬件技术实现剔除和防止外界电磁干 扰难度很大;2 、采集的信号量微弱，幅值很小，极易被背景噪声淹没;3 、宽频带 滤波器和高倍数的放大器使得采集到的信号的原始波形畸变，容易导致误判;4 , 缺乏电缆绝缘局部放电信号的识别技术，缺乏局部放电脉冲信号波形、频率及幅值 的识别判断技术; 5 、 缺乏x l p e电力电缆绝缘劣化的评价基础和运行状态判据等实 际 运 行 经 验 的 积 累 山 。 1 . 4本论文的主要工作 在中国开展电缆绝缘局部放电在线检测的工作才刚刚起步，根据国内电力电缆 运行情况，需要对己投运的电缆进行绝缘监测。虽然x l p e电缆附件局部放电检测 方法有很多，各有优缺点。但多数检测法要把测量单元或传感器置入电缆附件中， 或改变电缆、电缆附件的结构，需在电缆设计中和敷设电缆的施工时实现，而对于 己运行的电缆很难实施;此外，传感器置入电缆附件中有可能影响电缆附件的电场 分布，若安放位置不合理反倒引起电缆附件发生故障，这些检测方法都是针对特定 结构的电缆接头或者电缆的，不能普遍适用。因此实际应用十分困难。 采用钳形传感器的 v h f电磁祸合法在电缆本体上进行测量和其他检测方法相 比，该方法不用改变电缆附件的结构，特别适用于己投入运行的电力电缆的在线检 测，钳式结构的传感器可轻易的安装在电缆终端或中间接头附近的电缆本体上，其 测量回路与高压电缆没有直接的电气连接，具有使用安全、较好的灵活性和操作方 便等优点，并且相对于套在接地上的传感器具有更好的抗千扰性能。 本文研究发现三相交叉互连的电缆系统，由于其三相电缆中间接头通过交叉互 连线互相连接，当某一相电缆接头发生局部放电时，其局放信号可以通过交叉互连 线传到其它两相电缆本体上，给局部放电的定位带来了困难。本文针对此问题，使 用 a t p - d r a w软件对交叉互连的电缆系统进行了仿真，发现了局放信号在此系统内 的传播规律， 利用此规律， 使用三个v h f 传感器可以对此电缆系统进行局部放电定 华北电力大学硕士学位论文 频带宽，因而具有较高的灵敏度。但u h f检测频段超出了局部放电量标定的频段， 因而无法对u h f检测到的局放信号进行标定。 1 . 3当前x l p e 电缆局部放电在线监测存在的问题 局部放电在线检测技术研究开发难度很大，被认为是理论上可行，但难以实际 应用的一种检测技术。 很多x l p e电缆局部放电在线检测方法在实验室里是可行的， 但是应用到现场中测量效果并不理想，例如曾有文献报道日本提出的r e d i 局部放 电检测法之所以没有得到更广泛的应用，其原因在于现场测量效果不理想。迄今为 止，x l p e电力电缆局部放电检测试验大多都仅局限于实验室里完成，其主要原因 是:1 、外界强电磁场干扰源很多，单纯依赖硬件技术实现剔除和防止外界电磁干 扰难度很大;2 、采集的信号量微弱，幅值很小，极易被背景噪声淹没;3 、宽频带 滤波器和高倍数的放大器使得采集到的信号的原始波形畸变，容易导致误判;4 , 缺乏电缆绝缘局部放电信号的识别技术，缺乏局部放电脉冲信号波形、频率及幅值 的识别判断技术; 5 、 缺乏x l p e电力电缆绝缘劣化的评价基础和运行状态判据等实 际 运 行 经 验 的 积 累 山 。 1 . 4本论文的主要工作 在中国开展电缆绝缘局部放电在线检测的工作才刚刚起步，根据国内电力电缆 运行情况，需要对己投运的电缆进行绝缘监测。虽然x l p e电缆附件局部放电检测 方法有很多，各有优缺点。但多数检测法要把测量单元或传感器置入电缆附件中， 或改变电缆、电缆附件的结构，需在电缆设计中和敷设电缆的施工时实现，而对于 己运行的电缆很难实施;此外，传感器置入电缆附件中有可能影响电缆附件的电场 分布，若安放位置不合理反倒引起电缆附件发生故障，这些检测方法都是针对特定 结构的电缆接头或者电缆的，不能普遍适用。因此实际应用十分困难。 采用钳形传感器的 v h f电磁祸合法在电缆本体上进行测量和其他检测方法相 比，该方法不用改变电缆附件的结构，特别适用于己投入运行的电力电缆的在线检 测，钳式结构的传感器可轻易的安装在电缆终端或中间接头附近的电缆本体上，其 测量回路与高压电缆没有直接的电气连接，具有使用安全、较好的灵活性和操作方 便等优点，并且相对于套在接地上的传感器具有更好的抗千扰性能。 本文研究发现三相交叉互连的电缆系统，由于其三相电缆中间接头通过交叉互 连线互相连接，当某一相电缆接头发生局部放电时，其局放信号可以通过交叉互连 线传到其它两相电缆本体上，给局部放电的定位带来了困难。本文针对此问题，使 用 a t p - d r a w软件对交叉互连的电缆系统进行了仿真，发现了局放信号在此系统内 的传播规律， 利用此规律， 使用三个v h f 传感器可以对此电缆系统进行局部放电定 华北电力大学硕十学位论文 位。 本文研究发现电缆附件局部放电激发出的 u h f局部放电信号能够通过电缆附 件的无屏蔽处辐射出来，并且也能够通过电缆附件的交叉互连线和接地引线辐射出 来，并被 u h f 传感器接收到。 电缆局放检测环境中的现场噪声通常低于4 0 0 mh z ， 并且主要集中在较低频率。 所以在电缆局放检测中运用频域开窗的方法可以有效避免的低频干扰。频域开窗硬 件是利用选择合适频带的传感器和采用适当的带通滤波电路躲过各种连续的周期 j性干扰和某些固定频率干扰。常规电缆局部放电检测方法中均用到了频域开窗的抗 干扰措施，主要是通过选择测量传感器和信号放大器的频段来躲开低频干扰和某些 固定频率干扰。上文提到的差分法和电磁祸合法分别采用了 5 -1 0 mh z和 1 5 - 5 0 mh z的检测频带。我们研制的 v h f传感器采用了 5 -6 0 mh z的检测频带，这个 频带躲过了载波千扰和无线电干扰。但有时现场的干扰频谱较宽且频带较高，甚高 频的检测频带往往只适合于某一个具体的变电站和检测点， 使用上不灵活， 并且在安 装前须经过细致的试验以选择最佳的频带。超高频法通过其很高的检测频带避免了 这些缺陷。我们采用的超高频检测系统具有 5 0 0 mh z的检测下限，1 . 5 mh z的检测 上限。其中，测量中遇到的大部分干扰都是低于5 0 0 mh z 的，从而超高频检测方法 避开了测量环境中较低频率的多种干扰。这些干扰主要包括:电力系统载波通信和 高频保护信号引起的干扰; 无线电干扰;被测设备接地线上串上来的干扰。 本文在电缆局放检测中还运用了时域开窗的方法抗干扰。时域开窗是利用脉冲 干扰在时域上离散的特点来消除干扰。在现场的测量中，发现很多干扰处于 v h f 的检测频段 ( 1 mh z - 3 0 0 mh z ) ，单凭频域开窗的方法并不能完全抑制这种+扰。这 些千扰主要来自电缆本体和电缆附件接地线。 u h f 传感器由于其测量频带高，不受 此类干扰的影响。将 u h f和v h f传感器结合起来，利用时域开窗的方法，便可以 分辨出v h f 传感器接收到的干扰信号。 本文研究发现， 在电缆附件局放测量环境中， 存在着类似局放信号的干扰信号， 这种信号可以通过空间传播同时干扰 v h f和 u h f传感器，为了消除这种干扰对检 测系统的影响，本文研制了新型的拉杆天线传感器，与v h f和u h f 传感器一 起组 成局部放电检测系统，用拉杆天线对v h f和u h f传感器进行时域开窗，可以很好 的抑制测量环境中的空间干扰。 综合上述调查分析， 我们认为采用u h f 传感器检测电缆局部放电， 具有良好的 抗干扰特性和较高的灵敏度，可以捕捉到电缆附件局部放电信号，如果和体外式 v h f 钳型传感器结合起来，即可排除v h f传感器中的干扰信号，又可利用v h f传 感器对其放电信号进行标定，这种方法具有广阔的发展前景，因此本文针对高压 x l p e电缆附件的局部放电测量，从 u h f 传感器的研究出发， 立足于开发出测量灵 敏度高、 能标定， 抗干扰能力强、 便于现场测量的电缆附件局部放电在线检测系统。 华北电力大学硕十学位论文 本论文的主要工作具体如下: 1 、利用平面等角螺旋天线在实验室进行了超高频局放信号在电缆附件中传播 特性的研究，试验研究了超高频法检测电缆附件局部放电的可行性。 2 、根据电磁祸合法检测原理，研制一套用于高压 x l p e电缆附件局部放电在 线检测的v h f宽频带钳型电流传感器，主要用来与超高频传感器配合，进 行电缆附件的局部放电检测和对局部放电量的标定。 3 、用a t p - d r a w软件对交叉互连的电缆系统进行仿真， 对交叉互连电缆系统局 部放电定位进行初步研究。并提出了直埋式电缆的局部放电