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应用多种传感器,联合检测电力电缆局部放电的方法

发布来源:天津德芃科技集团有限公司  发布日期: 2022-04-26  访问量:57

电力电缆局部放电联合检测电力电缆局部放电的方法

作者结合了基于罗氏线圈的电磁耦合法VHF钳式传感器与特高频传感器的联合应用,探讨了多传感器联合检测电力电缆局部放电的方法,设计了满足电缆局部放电检测的系统。


挤压绝缘电力电缆的绝缘材料一般为交联聚乙烯或乙烯丙烯橡胶,具有结构轻、介电强度高、介质损耗低、耐老化、安装简单、敷设不限等一系列优点,适用于550kV以下高压输配电路,特别是在城市地下变电网中,对此类电缆的使用越来越多。

局部放电检测则是发现电缆绝缘中缺陷,保障电缆安全正常运行的重要手段。当电缆绝缘内部存在缺陷时,会导致电缆内部局部放电的发生。通过检测电缆绝缘内部发生局部放电时所产生的声、光、电信号及化学物质,可以实现对电缆局部放电的检测和定位。

局部放电测量最大的问题是抗干扰问题。由电缆特性决定的局部放电频率会受到空间中许多无线电的干扰,导致干扰信号或局部放电信号无法最终确定。只有保证抗干扰能力,才能提高试验水平。

基于罗氏线圈的电磁藕合法,结合各种传感器的应用,设计了满足电缆局部放电检测的系统。

1 基本原理

1.1 电磁藕合法

电磁莲藕是将罗氏线圈安装在电缆屏蔽层的接地线上,通过电缆屏蔽层的局部放电脉冲电流检测局部放电。结构简单,使用方便,能很好地抑制噪音,更真实地反映脉冲波形。

罗氏线圈传感器的结构原理如图1所示。罗氏线圈测量电流的理论测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律I当轴通过罗氏线圈中心时,在环绕组周围的体积中产生相应的变化磁场。当线圈一定时,交感系数为定值,输出电压U0与被测电流I微分成正比,只要在线圈引出线处增加积分器,就能得到反映局脉冲电流信号。


图1 罗氏线圈传感器结构原理图

1.2 特高频(UHF)法原理

由于局部放电伴随着正负极电荷的相互中和,会产生陡峭的电流脉冲,并向周围辐射电磁波。局部放电辐射的电磁波的频谱特性与局部放电源的几何形状和放电间隙的绝缘强度有关。

当放电间隙小时,放电过程时间短,电流脉冲陡度大,辐射高频电磁波能力强;由于绝缘强度高(交联聚乙烯最小工作频率的平均击穿场强度不小于30kV/mm,最小冲击平均击穿强度不小于60kV/mm),击穿过程快,电流脉冲陡度大,辐射高频电磁波能力强。

特高频(UHF)局部放电检测方法是利用超高频传感器接收局部放电产生的超高频电磁波,实现局部放电检测。由于检测频段高,频带宽大,可避免常规局部放电测量中的电晕、开关操作等电气干扰,检测灵敏度也很高。

2 联合检测系统的组成

局部放电多传感器联合检测系统主要由加压控制台、调压变压器、保护电阻、耦合电容器、局部放电探测器、加压舱、钳式传感器、特高频传感器、信号采集器、计算机等部件组成。

1.1 VHF钳型传感器

VHF钳式传感器主要由磁芯、线圈、金属屏蔽盒、同轴电缆、放大器等组成,工作频率为1~100MHz,放大器增益为40dB。其等效电路如图2所示。


图2 VHF钳传感器等效电路图

磁心采用耐磨耐腐蚀、高频高导磁性、损耗小、稳定性好的磁性材料,由两个半环通过金属屏蔽箱的闭合结构形成。

金属屏蔽盒的作用是屏蔽现场的干扰信号,以确保现场测量局不受干扰。屏蔽盒设计为两个半环结构,略大于 磁心,用于放置和固定 磁心。金属盒内环有一个间隙,使传感器的电流脉冲信号与线圈耦合,并在垂直于金属屏蔽盒轴的方向打开间隙,以避免剩余磁性,提高线圈的稳定性。

线圈中R电压信号从金属屏蔽盒上的接头引出。当电缆绝缘局部放电时,电缆的金属屏蔽层可以感知脉冲电流信号并通过电流传感器检测到局部放电信号。

1.2 UHF传感器

UHF基于特高频的传感器(UHF)内部局部放电的原理主要由平面等角螺旋天线(见图3)、宽带放大器、高频电缆等组成,工作频率为400~3000MHz,放大器增益为50dB。


图3

平面等角螺旋天线用于接收局部放电时电缆绝缘辐射的特高频电磁波。局部放电产生的电脉冲具有较高的绝缘电强度10-9秒的脉冲宽度和陡峭的上升边缘(见图4)。由于现场干扰信号的频率主要是400MHz激励器的特高频电磁信号频率如下1GHz因此,可以大大提高局部放电检测的灵敏度和可靠性,有利于局部放电信号的检测。


图4 局部放电时产生的电脉冲波形

3 联合检测系统的应用论证

选择实验室110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆样品安装在电缆本体上,VHF局部放电产生的电脉冲信号,如带有背景噪声的干扰信号(见图5a),同时,放大和收集UHF传感器接收的信号(见图5b),用于计算机LabVIEW编写的程序。

首先判断传感器是否超过设定的初始噪声阈值,然后在特高频信号中找到超过阈值VHF判断信号对应相位对应的相位点是否超过初始噪声阈值。最后,根据局部放电信号的特点,检查提取的信号相位分布,确定局部放电信号。(见图片5c)。


图5 获取和处理局部放电信号

通过上述试验,设计的多传感器联合检测系统可以很好地检测电缆的局部放电。

4 结语

本文利用VHF钳型传感器和UHF传感器各自的优缺点,讨论了多传感器联合检测电力电缆局部放电的方法,具有抗干扰能力强、使用安全、操作灵活方便的特点,应用前景广阔。

本文编自《电气技术》,题为《电力电缆局部放电多传感器联合检测》

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