高压电力电缆实验方法与检测技术分析

高压电力电缆实验方法与检测技术分析

高志国1王健2王莉娜3

1.大庆油田工程有限公司安装公司第八工程部黑龙江大庆163000

2.大庆炼化公司电仪运行中心黑龙江大庆163411

3.中油集团电能公司供电公司黑龙江大庆163000

摘要：经过多年的电网建设，部分区域的高压电力电缆已经进入故障多发阶段。电力电缆所处运行环境一般较为恶劣，如低矮的隧道、潮湿的电缆沟等。在这种恶劣环境下电缆容易受潮、渗水等，进而引起电缆绝缘性能劣化。电缆接头和电缆终端在应力作用下，更容易产生故障。经过多年的检测经验发现，接头和终端等电缆附件产生故障的概率要远远高于其他部位，约占总故障率的七成。本文针对高压电力电缆实验方法与检测技术进行分析。

关键词：高压电力电缆；实验；检测技术

中图分类号：TM855文献标识码：A

引言

高压电力电缆高频电流检测法检测中，局部放电的情形非常复杂，很难找到一种可解决所有局部放电问题的方法。

1、现有高压电缆带电检测中存在的主要问题

在现有高压电源电缆检测技术条件下，随着检测信号频率的增加，信号的振幅衰减进一步加剧，信号的滞后效果更加明显。这意味着局部放电信号的高频分量衰减现象明显，其相位也发生了较大的偏移，获得的高压电源电缆波形的扭曲问题明显。目前广泛使用的自动聚类方法的主要问题包括:(1)选择聚类数量有问题，手动选择聚类数的方法，难以获得最佳聚类数等。(2)聚类算法通过连续迭代最终逼近最优解。对初始值选择敏感，如果初始值不合适，则通常无法逼近全局最佳解决方案，重复过程只能徘徊在局部最佳解决方案中，从而导致分类错误或失败。(3)数据集样本要求较高，难以对任意两个聚类簇有一定交集的样本集进行处理，数据簇合理分离能力较弱。传统的模糊聚类方法无法满足局部放电检测当前的自动化智能需求。因此，本文使用交互式自动聚类算法，该算法能够选择多发射功率信号自动分离功能、多种聚类方法和聚类数之间的自动优化功能、最佳优化效果，从而更好地适应局部放电聚类分离中实际出现的复杂问题。

2、高压电力电缆局部放电检测试验

2.1超声波检测法

局部放电引起的超声波会引起机械振动和压力波。超声波检测方法使用超声波传感器检测电缆局部放电引起的超声波，转换为电信号，将频率测量为10~300khz。原理如图1所示。超声波检查方法可以在几乎不受外部电磁干扰的情况下进行带电检查，但由于超声波信号随着PD能量的增加，高频部分衰减速度也会显着提高，因此超声波检查方法通常用于接头管件和相邻位置检测，结果用作辅助判断。

2.2脉冲电流检测法

电缆内部有故障时，供电后产生的内部放电会从高电位的核心到中间连接器或终端接地线，产生进入场地的高频脉冲电流。在连接器或终端上放置电流器，收集和分析放电产生的脉冲电流信号，以获得最终测试结果。脉冲电流法的局部放电测试原理如图2所示，其中CX是测试用电缆。

传统的脉冲电流法测试通常是测量频率低、频带窄、收集的信息量少、受现场其他因素干扰时，信号提取效果不符合测试要求，从而导致电缆内部的局部放电现象检测率低。宽带脉冲电流方法改进了传统的脉冲电流方法，扩展了测试的带宽，收集尽可能多的脉冲电流信号，并以分类方式消除脉冲信号的干扰信号，对放电信号进行分类。传统的脉冲电流方法大部分频率为40至400khz，而宽带脉冲电流方法一般频率为1khz至50mHz，收集的数据比传统方法多得多。

2.3差分法

差额法通过耦合剂将两个金属箔连接到275kv电缆中间接头两侧金属屏蔽管外部的绝缘，金属箔和金属屏蔽管之间构成约1500~2000pf的等效电容，以及连接两个金属箔之间5ω的检测阻抗。金属箔和电缆屏蔽的等效电容、两级电缆绝缘的等效电容和检测阻抗构成检测电路。

如果电缆接头一侧有局部放电，则另一侧电缆绝缘等效电容的耦合会导致检测阻抗输入频谱分析器，并与窄带放大和显示的局部放电脉冲信号相结合。本研究发现，当频谱分析器中心频率设置为10-20MHz时，信噪比最高。差动感应电路类似于差异平衡电路，可以很好地抑制噪声，因为它不会在检测到导线核心噪声信号的阻抗两端产生压降。

1.4超高频检测法

超高频检测法的主要原理是，当电负荷的一部分被放电时，都会产生电荷中和的过程，在此过程中，会激发一个陡峭的电流脉冲，并向外界辐射电磁波。电磁频率可以是多个GHz，而现场干扰信号不超过400MHz。使用超频方法捕获信号的频率通常介于300MHz和3GHz之间。这样可以在扩大信息范围的同时提高阻力性能，从而简化局部电力负荷信息的搜索。UHF仪器法的主要问题是，复合绝缘的多次反射和折射会，由于大幅度衰减，影响了检测的准确性，目前超高频检测法主要应用于长度较短的电缆和GIS终端的局部放电试验。

1.5电容耦合检测法

电容连接是南安普敦大学、英国电力运营公司和西安交通大学研究的一种局部发电方法fan25rXLPE电缆，传感器图为4。在工作电压下，外部半导体层的电阻大大低于绝缘电阻，因此半导体层可以看作是构造块，而不会受到电容耦合影响电缆绝缘。UHF中将外部半阻尼电阻与阻尼电阻进行比较，但接地连接器是一种金属屏蔽层，有助于测量高频信号。

电容耦合传感器灵敏度高，容易受到各种电磁干扰的影响。UHF电容耦合方法与光电子采集和传输结合使用，可以减少干扰的影响，提高信噪比，但系统复杂且成本高昂，而超高频电容耦合方法安装要求切割电缆金属外壳等也影响了此技术的推广和应用。

1.6电磁耦合检测法

电磁耦合是测量电器局部放电的有效方法。XLPE电缆基于电磁耦合原理的部分采用多种传感器材料、传感器结构、传感器位置、干扰器等。电磁耦合方法通常采用高带宽rogosv线圈电流传感器，在金属屏蔽层接地导线头上测量。测量位置也可以位于单相电缆上，带有中间连接高屏蔽电缆、电缆本体和3芯电缆。

结束语

高压电力电缆的绝缘状态对于电网安全性的价值与意义不言而喻。虽然局部放电带电检测技术已经具有了一整套技术体系，但是高压电力电缆试验方法与检测技术的现场使用效果还有待提高。

参考文献

[1]姜芸,周韫捷。分布式局部放电在线监测技术在上海500千伏交联聚乙烯电力电缆线路中的应用[J]。高电压技术,2015年，41(04):1249-1256。

[2]张磊祺,盛博杰,姜伟,等。基于电缆传递函数和信号上升时间的电力电缆局部放电在线定位方法[J]。高电压技术,2015年，41(04):1204-1213。

[3]黄兴溢,张军,江平开。热塑性电力电缆绝缘材料以下内容:历史与发展[J]。高电压技术，2018，44(05):1377-1398。

[4]刘刚,王鹏宇,周凡,等。高压电力电缆暂态热路模型中绝缘层的优化[J]。高电压技术，2018，44(05):1549-1556。

[5]高树国,刘贺晨,范辉,等。考虑波速特性的小波变换模极大值法的电力电缆局部放电定位研究[J]。电网技术，2016年，40(07):2244-2250

[6]刘勇,马楠,宋书生,陈金锋,薛晓峰,赵景峰,李睿.高压电缆耐压试验时局部放电测试的探讨[J].电工技术,2018(14):57-58.

[7]吴昊,赵睿,王瑞,王孜旭,廉斌,周傲雪.高压电缆交接试验中分布式局部放电检测技术的应用[J].山东工业技术,2018(14):179.

[8]王冠宇,李博,李彦澄,王靖晶,钟庆超.高压电力电缆OWTS局部放电试验适用范围[J].山东电力技术,2016,43(03):57-60.