国内外电缆局部放电的研究现状

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局部放电是一种复杂的物理过程，有电、声、光、热等效应，还会产生各种生成物，对局部放电的监测就是以发生局放时所引发的各种现象为依据的，基于对这些物理化学现象的检测，目前，对电力电缆局部放电在线检测的方法主要有差分法、方向耦合法、电磁耦合法、电容耦合法、电感耦合法、超声波检测法等。超高频测量方法可以有效避开干扰，近些年来是国内外研究的热点。

差分法在线监测高压电力电缆的局部放电技术于1989年在日本问世，其基本原理是在中间绝缘接头连接盒外护套表面，金属护套绝缘分段处的接头左右两端分别固定两个金属铂电极，外接一选用适当的高阻值检测阻抗Zd，利用电缆绝缘层的等效电容作为耦合电容，这样接头内产生的局部放电信号就可以被检测阻抗耦合到。该方法操作简单安全，不需要额外使用高压电源和耦合电容等试验设备，并且无需改变现场检测时的电缆接线，而其还可以很好地抑制来自线芯的噪声干扰，因此特别适合于在线检测。但是由于两边的等效电容很难做到严格相等，那么检测回路就有可能将来自于线芯的干扰信号误判断为局放信号。因此有人提出利用电桥平衡法来改善差分法，通过这种改善，能够得到较高的检测精度和较强的抗干扰能力。

方向耦合法由德国柏林大学的Strehl等人提出，并在德国的一400kV电缆线路上有成功应用的例子。方向耦合法是在电缆中间接头两侧分别安装一个方向耦合传感器，传感器安装在电缆的外半导电层和金属护套之间，这样的安装不会影响电缆的绝缘性能，两个传感器引出四个测量端口A，B，C，D，利用四个端口测得的信号，可以判断出是来自中间接头内部的局放信号还是来自外部空间的干扰信号，因此该法可以很好的抗干扰。现场测试结果表明，其检测灵敏度可小于0.1pC。

电磁耦合法的基本原理是脉冲电流法，其是将钳型罗戈夫斯基线圈卡装在电缆终端或者中间接头的屏蔽层的接地线上，通过感应流过电缆屏蔽层的局部放电脉冲来检测局放。该法在瑞士有比较成功的应用实例，检测灵敏度可低于5pC。电磁耦合法的检测频带可以很宽，可以捕捉到大部分的局部放电信息，并具有能真实地反映脉冲波形等特点，而且其操作简单，安装方便，正在被广泛的研究和应用。不足之处在于该方法容易受到地线电磁信号的干扰，单纯依赖硬件滤波放大技术很难排除某些类似于局部放电脉冲的干扰。

电容耦合法是由国内的西安交通大学和英国南安普敦大学共同提出和研究的一种方法。其做法是：剥去XLPE电缆的部分外护套，将金属箔片贴在外半导电层上作为检测电极，切断的金属屏蔽层用导线重新连接起来。由于在工频时外半导电层阻抗远小于绝缘层，而在高频时外半导电层的阻抗和绝缘层的阻抗将具有可比性，故外半导电层可视为工频地，金属屏蔽层为高频地，这样电容传感器的接入既不影响电缆的绝缘效果，又有利于对高频信号的获取。研究表明，该检测法的灵敏度可小于3pC。

电感耦合法是从局部放电信号产生的磁场中获取局部放电信息，该法为荷兰提出的一种应用于绕包恺装电缆的局部放电在线检测方法。其检测原理是：当电缆中的局部放电脉冲沿电缆屏蔽传播时，可将该脉冲电流信号分解径向分量和切向分量。由于脉冲电流的切向分量会产生一个轴向的磁场，穿过磁场的传感器上会因磁通变化而感应出一个双极性的脉冲电压信号，以此信号的大小来判断电缆内局放量的大小。此检测方法的检测灵敏度为10 pC-20pC。这种测量方法的劣势在于只能用于绕包恺装电缆，并且由于高频信号沿电缆传播时衰减严重，因此该法的有效测量距离很短(仅为10m左右)，只能用于对电缆终端或中间接头等电缆附件的局部放电测量。

超声波检测技术是研究较早的用于电缆局部放电检测的方法之一，由于电力电缆局部放电时会辐射出超声波信号，利用超声波传感器检测到这一信号，就可以判断出电缆本体或附件中是否发生了局部放电。局部放电产生的超声波频率范围分布在几十到几百kHz范围内，考虑到超声信号在电缆绝缘中传播时其高频分量衰减很快，同时考虑到声波的散射等原因，需要提高超声波传感器的灵敏度和抗干扰能力。

超高频法是近年来发展出来的一种新的局部放电检测方法，超高频法最早应用于GIS的局部放电检测，由于其灵敏度高、抗干扰能力强、能对局部放电源定位以及识别不同的缺陷类型等诸多优点得到了迅速发展。其后，国内外又对超高频法应用于变压器和电机绝缘的局部放电检测做了很多研究并有很多成功应用的例子。超高频法在GIS以及变压器上成功应用之后，借鉴其应用原理与经验，很多专家学者开始尝试将该方法应用到XLPE电力电缆局部放电的在线检测中。研究表明，XLPE电缆本体或中间接头发生局部放电时，其放电脉冲具有很短的上升沿，能够激发出频率高达上GHz的电磁波分量，虽然电缆本体上有很好的屏蔽层，但是UHF电磁波可以通过电缆的接地引线、电缆终端或中间接头的屏蔽断开处向自由空间传播，因此将UHF检测技术应用于电缆局部放电的检测中是可行的，利用超高频传感器接受这部分电磁波分量来检测电力电缆的局部放电是目前的研究热点，然而超高频分量在传输时衰减严重，信号获取困难又是其难以推向实际应用的技术难点。

上述介绍了国内外用于XLPE电力电缆局部放电检测的诸多方法，虽然种类多样，优点各异，但同时也存在着难以解决的技术难点：(1)电缆发生局放时信号极其微弱，容易被强大的背景噪声所淹没；(2)电缆运行现场电磁干扰源较多，单纯的硬件滤波难以滤除全部干扰；(3)传感器采集到的信号经滤波后波形会发生畸变，不利于信号的辨别；(4)尚缺乏电缆绝缘劣化判断标准、局部放电信号识别技术以及现场运行经验的积累等。

虽然己有的各种检测方法方法有其各自的优点，但又都存在着各自的不足之处，很难有一种大家公认的、成熟的检测方法应用于实际中。为了弥补各种检测方法的不足，可以采用各种检测方法相互配合的多传感器联合检测方法，即使这样，在线检测中准确判断XLPE电缆的局部放电量依然很困难。

另外，考虑到电力电缆大部分的绝缘故障来自于电缆附件，而很少发生在电缆本体，而且在电缆附件处获取局部放电信号时信号的衰减较小，幅值较大，因此灵敏度较高，所以研究怎样准确测量电力电缆终端及电缆中间接头的局部放电是大有前途的。

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