5-14意大利TECHIMP XLPE电力电缆局放在线检测系统的应用研究

1、全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集现场试验及方法1 1 XLPE电力电缆局放在线检测系统的应用研究赵宇李华春王立薛强陈平（北京市电力公司电缆公司，100027）摘要局部放电测试技术对高压电缆尤其是电缆附件的绝缘检查是非常有效的方法1-3。本文主要介绍一种高压电缆局放在线检测系统（PDCheck）及其在实际现场的应用情况。试验结果表明，该系统能够有效地将放电信号从外界噪声干扰中分离出来，并对每一类放电进行识别，从而发现电缆设备的潜在缺陷。关键词局部放电在线检测信号分离放电识别1引言交联聚乙稀（XLPE）电缆已经在城市电网中运行了将近二十年，长时间运行后XLPE绝缘的老化情况究竟怎样，何时需要

2、进行更换的问题亟待解决，而常规的预试方法无法进行评价。目前，社会对电力供应的可靠性和连续性要求日益提高，因此，通过带电局放检测技术对运行中的高压XLPE电缆进行诊断检测，了解系统运行中电缆的绝缘状况，及时发现潜在的缺陷隐患，对于电缆的安全运行具有重大意义。测量局部放电的方法很多，例如差分法、方向耦合法、电磁耦合法、超高频电感耦合法等4，经对比研究和综合分析，许多学者认为差分法和电磁耦合法的试验重复性较好5-6。由于宽频带电磁耦合法具有小巧灵活、操作安全、抗干扰能力强、能更加真实地反映脉冲波形等优点27-8，正在被广泛的研究和应用。意大利TechImp公司局放在线检测系统PDCheck就是采用电

3、磁耦合的方法。PDCheck利用高频CT从接地线和交叉互联线中提取信号，通过滤波、信号特征提取、频谱分析等手段将放电脉冲信号从外界噪声干扰中分离出来，并对放电类型进行识别，达到发现电缆潜在缺陷的目的。2局放测试系统（PDCheck）介绍及测试原理PDCheck主要包括信号采集单元（主机）、高频CT、同步线圈和专家诊断系统（软件）四个部分。如图所示。图1信号采集单元（主机）图2高频CT图3同步线圈信号采集单元主要有高频检测通道、同步输入以及通讯接口。高频检测通道共有三个，可同时接收三相接地线或交叉互联线上采集的PD信号，采样频率为100MHz,带宽为16kHz-30MHz9这样的采样频率和带宽完

4、全满足局放测试的要求。同步输入端口接收同步线圈从电缆本体上采集来的参考相位信号，通讯接口通过光纤、光电转换器与电脑的RS232串口通讯，将主机中的数据传送至电脑中，再利用专家诊断系统对信号进行分离、分类及放电模式识别。专家诊断系统是建立在一个庞大的局放特征数据库基础上的，数据库是长时间对大量局放数据进行分析比较总结后积累而成。现场测试时将高频CT卡在电缆终端或者中间接头的接地线上，同步线圈卡在电缆本体或者接地线上并与信号采集单元连接，如图4、图5所示。图4测试电缆终端设备连接示意图中间接头高频CT同步线圈：图5测试电缆中间接头设备连接示意图全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集现场试验及方法图

5、8试品2测试信号的分类谱图 传统的基于放电电流脉冲的局放检测手段是基于IEC60270标准，频带局限于10200kHz,测量的是局放总量，最后绘出其放电相位一方电量一放电次数谱图，以此进行放电种类识别10。其信号采集和处理的方法不足以获取足够信息以区分局放与噪声及不同种类的局放，抗噪声能力较弱。PDCheck则是基于局放电流脉冲波形的局放检测，它通过对放电的电流脉冲信号进行高速（100MS/S）宽带采样获取信号完整的时域波形，并针对不同放电及噪声的差异提取多种信号特征,将不同的放电分离开来，再将其放电特征与专家库中的放电“指纹”比较，运用模糊逻辑的方法,判断被测放电类型与已知放电类型的相似性，

6、从而实现对每一类放电进行甄别，进而诊断设备绝缘状态。图6是专家诊断系统数据处理流程图。波形数据（相位谱图）#1模式#1hRIl干扰识别b局放种类识别（专家系统）模式#2图6专家诊断系统数据处理流程图由于采用电磁耦合技术，测试单元与高压设备实现了电气隔离，而测量单元与电脑之间也采用了光纤连接，确保了操作人员的安全；该系统结构简单、安装方便，并能很好抑制噪声，非常适合现场使用。3现场试验及数据分析现场测试的四个试品，具体参数如下:编号额定电压（kV）电缆型号接头类型接地方式运行时间1220XLPE-1x2500mm2中间接头交叉互联接地2年2110YJLW02-1X800mm2空气终端直接接地1年

7、3110XLPE-1X300mm2GIS终端护层保护接地18年435YJV22-3X240mm2空气终端直接接地11年Z.DDE-Z1.00E-2r-1.COE-22.0CE-2190phaseDeg:;!l：1-12-5.OJE-3183FhszeBeg3&DcI.00H-0500I-LD-50DZ-L-IDDH-DSD003dII34图7四种试品的相位谱图从相位谱图中可以看出，试品1、3中采集的信号均匀分布在所有象限，为外界传来的噪声干扰，试品2、4的信号较为复杂，可能存在放电信号，需要进一步分析。首先，利用专家诊断系统通过计算得到其分类谱图，试品2测试信号的分类谱图如图8所示:15.01

8、2.510.07.5-5.0-2.5-0.0-0.0500,01500,02500.0四种试品在运行电压下的相位谱图如下:在分类谱图中，我们可以看到，信号大致分为四类，将信号分为红、绿、蓝、白四个部分，四部分信号所对应的相位谱图及波形如下：2.IXE-20一、.Xs_I1F/Z.00E-2i.ooe-z100Phasepeg360O-n0E4PEO.三p0500100015002120TimenslDischargePulse-強-dE-c0500100015002120Timens1.0DE-2-2.0DE-2190Fhasm电|芟0DDischargePulse-D.0-II2120ooD

9、.D.smpB一a50010001500TimenslDischargePukeMapnBUJn-D.0-II2120.O.ODD50010001500TimenslD图9各类信号所对应的相位谱图及信号波形全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集现场试验及方法全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集图13试品4各类信号所对应的鉴定结果 图10试品2各类信号所对应的鉴定结果 信号A主要分布在2、4象限及过零点，信号频率较低，判断为远端传来的电晕干扰信号；信号B幅值连续、相位集中，是典型的开关噪声干扰；信号C散布在所有相位上，为高频的噪声干扰；信号D主要分布在过零点附近，呈包罗装，对应信号的波形为放电

10、衰减波形，对应信号的频率在5-8MHz左右，判断该信号为电缆接头中或者附近设备的内部放电信号。考虑到该电缆运行时间不到一年，而且已经通过了交流耐压实验，推断缺陷为安装过程中误划伤造成的电树放电或接头处覆盖半导体均压层时接触不良存在的气隙放电。图9为专家诊断系统的判断结果，与我们初期的判断基本相同。其中信号A系统认定为无效数据是由于信号波形对应的特征参数在数据库中没有相似的“指纹”模版，无法进行放电类型识别，这就需要由现场的操作人员根据设备电气连接与机械构造情况，经过对其它相和相邻设备测试后进行综合判断。ABCD试品4信号的分类谱图如下:800.0-LlllLUTL4llq=IE&円700.0-

11、B00.0-500.0400.0-300.0500.0-100.0-Q.0-,0.Q2.55.Q7.510.Q12.5EquivsJsiktEiikdwiithMJe图11试品4测试信号的分类谱图分类谱图中信号大致分为三类，所对应的相位谱图和波形如下:LUVPEE4n-pmtllir+udmbe-oi/im1TA黑色部分对应信号E-Sn二它去bkinplitudeV占oopoiiiiiiiiEoCnowiiiii0i6卜朴、nplitadfiCi3-011-_L3.0EICl.CETCi0U+3Iimtn叮B红色部分对应信号1.ME+D5.WE-10-5.ODE-1nozto二21o-_re0

12、5a:l05l015Dlzici-ni-o-rlE書Mduv-O.OE+C1.CE+32.0I!+3Time,nslC绿色部分对应信号图12各类信号所对应的相位谱图及信号波形信号A主要分布在一、三象限，但频率在2MHz以下，为同相的放电信号从远端传来；信号B只有正放电，频率在10MHz左右，波形为震荡衰减波形，为近端的电晕放电，但由于放电相位在90120之间，应为相邻母线或者其它相电晕放电耦合而来；信号C分布在一、三象限，频率在810MHz,波形为放电衰减波形，为本相电缆终端接头的内部放电，由于放电幅值在300mV以下，而且电缆终端已经正常运行了十多年无任何事故，近期也无过电压、过电流等特殊工

13、况冲突，应为电缆交联聚乙稀绝缘的正常老化引起的放电，在运行中要密切关注它的发展情况，如放电量长期没有变化则可以继续运行，如放电量随时间不断加大则需要进行检修。图13为专家诊断系统的判断结果，其中系统认定信号A有80%内部放电、20%电晕放电的可能。ItPtIdentifiratiwiPDIdemificationItPlIdenlnfi7HtminPDIdemification17x1nzEothhLnrULcturiiE|Q-ilj|vp4TTttacfn-*n-E3inl*tirEFIy占L3DLt陀LSsK-xd0Lsrmsl|rpilT1前leLarDndpUFnSrITFirstlb

14、LevelTOC o 1-5 h zCwDnaDigcharfdL0-MSurfaceDischarglo.w*1nterBlBis-chox1_fl-MInvslIdABCSAcKifeJ4结论（1）系统采用宽通带传感器与高速宽带采样单元，可以录入完整的足够多的放电信息，为系统诊断提供有效的判断依据。（2）通过对比不同放电脉冲信号之间及放电与干扰之间波形特征的差异，能够有效分离聚类不同的放电脉冲，区别不同放电类型，并根据放电脉冲波形指纹特征通过模糊逻辑诊断方法对放电信号进行识别，对试验人员的分析起到很好的辅助作用。（3）由于在线检测设备处于运行之中，实际现场信号复杂，在某个电缆接头处测量到的

15、放电信号有可能是在其它设备中产生经导体传输或耦合到该相的，所以测量到放电信号后需要对放电源进行追踪确认；一般而言，近点放电信号的频段都在5MHz以上。（4）不是所有的内部放电都会导致电缆在短时间内击穿，在对电缆绝缘状态分析的过程中应考虑到电缆线路的具体情况，根据相应情况做出综合判断，进行状态检修。参考文献1WorkingGroup21.09AfterlayingtestsonhighvoltageextrudedinsulationcablesystemJ.Electra,1997,173:33-41.罗俊华，马翠姣，邱昌.XLPE电力电缆局部放电在线检测J.高电压技术,1999,（4）:32

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