编辑: 静看花开花落 2018-09-01

张书琦( 1981―) , 男, 高级工程师, 研究方向为高电压与绝缘技术及变压器相关技术. 通讯作者: 蒲金雨

0 引言随着我国城、 乡电网改造的实施和经济建设的 不断深入, 电力系统中电力电缆的敷设量日益增多, 电力电缆线路的安全运行对电力系统供电可靠性的 影响也越来越大.长期实践表明, 局部放电是造成 电力电缆绝缘破坏的主要原因, 局部放电将引起电 缆绝缘内电树的产生和发展, 最终导致绝缘击穿. 特别是对电缆终端及中间接头, 由于现场制作安装 时容易产生缺陷, 更易发生局部放电.对局部放电 进行监测有利于发现早期故障隐患, 防止绝缘击穿 事故的发生 [1 -

4 ] . 目前, 对电力电缆局部放电的检测方法主要 有: 脉冲电流法、 振荡波法、 电感耦合法、 电容耦合 法、 光纤温度传感法、 超声波法、 高频电流传感法、 特高频法等 [5 - 8] , 其中脉冲电流法检测频带窄、 抗 干扰性差, 只适用于实验室检测;

振荡波法只适用 于对断电切运的电缆进行离线检测;

电感耦合法 只适用于绕包铠装电缆;

电容耦合法和光纤温度 传感法需将传感器预置在电缆内, 不适用于已敷 设电缆的局放检测;

超声波法检测灵敏度低, 不能 对放电量进行标定;

高频电流法虽检测频带宽, 但 抗干扰性较差;

特高频法抗干扰性好, 但不能对放 电量进行标定.

1 局部放电检测系统总体框图 综合分析传统检测方法的优缺点, 本文提出了 电力电缆局部放电的高频( HF) 与特高频( UHF) 联 合检测法.高频法采用罗戈夫斯基线圈型电流传感 器从电缆的接地线上耦合局部放电产生的高频电流 信号;

特高频法采用阿基米德螺旋天线传感器在中 间接头附近接收局部放电辐射到空间的电磁波;

高 频法可以对放电量进行标定, 特高频法有利于避开 干扰.本文所设计的基于 HF 和UHF 信号联合测 量的局部放电检测系统, 包括高频与特高频传感器、 信号调理电路、 数据采集软件、 干扰抑制算法等, 如图1所示. HF 传感器 UHF 传感器 信号调理后续处理数据采集局部放电 图1联合检测系统框图 Fig.

1 Block diagram of the combination system

2 HF 传感器 XLPE 电缆发生局部放电时在其接地线上会流 过微弱的高频脉冲电流信号, 该信号幅值在几个毫 安左右, 为此采用基于自积分型罗戈夫斯基线圈原 理的钳式高频电流传感器来耦合局部放电高频信 号, 传感器的结构图和等效电路如图

2 所示. M i(t) ui(t) LS RS CS R u0(t) ( b)等效电路图 磁心 i1 ( t) u0 ( t) 副边线圈 ( a)结构原理图 R R―积分电阻;

LS ―线圈的自感;

RS ―线圈的等效电阻;

CS ―线圈的 杂散电容;

M―电流传感器的互感. 图2电流传感器结构及等效电路图 Fig.

2 Structural drawing and equivalent circuit of current sensor 采用高频小信号并联谐振回路理论对上述等效 电路进行分析 [9 ] , 可以得到电流传感器的上、 下限 工作频率 fH、fL 分别为 fH =

1 2π LS + RRS CS LS RCS ≈

1 2π

1 RCS , ( 1) fL =

1 2π R + RS LS + RRS CS ≈

1 2π R + RS LS . ( 2) 由式( 1) 和式( 2) 可看出, 传感器在设计时 R 和N有一个最佳匹配问题.积分电阻 R 增大, 传感器的 工作频带降低, 但积分电阻的增大有利于提高传感器 的灵敏度;

绕线匝数 N 增大, 线圈的自感 LS 增大, 电 流传感器的工作频带变宽, 但其灵敏度降低.同时减 小积分电阻和增大绕线匝数有利于满足自积分条件. 根据以上理论分析及实验研究, 最后确定局部放 电高频传感器线圈匝数为

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