DH-JF500 高压电缆局部放电在线监测系统 电压/电流/电荷放大器

一、背景介绍

       由于交联聚乙烯（XLPE）电缆具有绝缘性能好、易于制造、安装方便、供电安全可 靠、有利于美化城市等优点，在 60 年代初问世以来的 50 余年中得到了迅速发展。在中 低压领域几乎替代了油浸纸绝缘电缆，并已在高电压等级中使用。近十年来，我国城市 电网中大量采用 XLPE 电力电缆输配电。但是这种电缆的绝缘结构中往往会由于加工技 术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或者由于工艺原因，在绝缘与半导 电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出，在这些气隙和杂质处极易产生局 部放电（PD），同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能会产生各种绝缘缺陷导致 局部放电。由于 XLPE 等挤塑型绝缘材料耐放电性较差，在局部放电的长期作用下，绝 缘材料不断老化最终导致绝缘击穿，造成严重事故。 

       据有关资料统计，电力系统中的电力电缆的事故主要发生在其接头处，事故原因很 大程度上取决于接头的施工条件和施工技术。为了保证电力电缆的安全运行，要求在接 头做好后进行耐压和局部放电的试验。同时，对已经进入运行的电缆也能经常测量其局 部放电以评估其绝缘状态。因此，对电缆接头进行现场局部放电监测，对实现电力系统 的安全运行，进而对经济发展、社会稳定都有重要的意义。 

       公司生产的电缆接头局放测量系统已应用到国内多个供电局，经过多年的技术积累， 我公司已完成对国内近百个不同电压等级电缆接头的带电检测。通过对这些数据的对比 分析，发现电缆接头处的局部放电水平与监测的脉冲幅值有密切的联系。在此基础上， 拟对原有的局放测量系统进行简化设计，只以接头处接地线上的脉冲幅值大小以及接地 电流值作为主要监测参量，进行实时监测，从而以较低成本，并有效方便地实现对电缆 接头局放水平的在线监测。

二、检测原理 

     当电缆线芯中有电流流过时，将会使金属护套上产生感应电势。在护套开路时，这 个感应电势可能会很大，有时不但会危及人身安全，还会击穿金属护套的外护层，尤其 是电缆线路发生过电压及短路故障时，在金属护套上会形成很高的感应电压，使电缆外 护套绝缘发生击穿，故应在金属护套的一定位置采用特殊的连接方式和接地方式。 当护层两端都接地时，就和大地形成一个通路，从而产生了接地环流。护层接地方 式不当时，这个环流大小甚至可以达到线芯电流的 50%或者更高，使得金属护层上产生 大量的损耗，影响了电缆的载流量并且使得电缆绝缘加速老化，同时电缆线路的许多故 障会表现为金属护层接地环流的变化，比如护层绝缘损坏引起的多点接地、护层接地系 统遭到破坏（接地线或者交叉互联线被偷盗）等，所以有必要对电缆金属护层的环流进 行相关的分析计算。而当护层单端接地时，接地线中将有电容电流流过，因为可以将单 芯电缆线芯和线芯外面的金属护套，看作是一个圆柱形的电容器，使得接地电流成分中 含有电容电流，这个电容电流在电缆主绝缘状态发生变化时也随之发生变化。当电缆主 绝缘存在水树时，由于水树的整流作用，将会有直流电流成分通过接地线，而电缆主绝 缘或者接头处存在缺陷的而产生的局部放电信号电流也会流经电缆护层的接地线，这些 不同类型的接地电流成分不仅可以反映电力电缆金属护层自身的状态，也可以反映主绝 缘的品质状态（如老化以及缺陷等）引起的局部放电在内的多类故障。 电缆内部局部放电产生的电流脉冲还可以激发出电磁波，包括中低频和 UHF 段 (0.3-1.5GHZ)电磁波，然后根据接收的信号来分析局部放电的严重程度及其位置。该方 法特别适合在电缆头位置处检测，电缆头是局放发生概率最高的位置，且 UHF 信号更容 易传出来被检测到，可定制合适的频带来实现抗干扰的目的，也能对故障实现定位。 超声信号也是伴随着电缆局放产生的衍生物，通过电缆表面超声信号的检测也能实杭州顿恒科技有限公司 电缆局放在线监测系统技术方案 - 4 - 现对局放信号的检测。 HFCT 是常规的电缆脉冲电流局放检测方法，我们还可以提供脉冲电流法、UHF 和 超声等多方法同时检测方案。多种方法同时对局放信号进行检测可以实现检测结果互相 印证，减少单一方法因为干扰信号引起的误报警。

三、系统构成 

典型系统包括： 

 主站计算机系统（软件平台） 

 前端采集部分  传感器部分（局部放电传感器） 

 电缆本体感应取电部分 

 综合检测柜

3.1 局部放电信号传感器

     HFCT 局放传感器由磁芯、罗高夫斯基线圈、滤波和取样单元以及电磁屏蔽盒组成。 线圈绕在高频下具有较高导磁率的磁芯上。滤波及取样单元的设计，兼顾测量灵敏度和 信号响应频带的要求。为了抑制干扰，提高信噪比，并考虑到防雨、防尘等要求，罗高 夫斯基线圈及滤波采样单元都安装在金属屏蔽盒中。屏蔽壳设计有自锁扣，可通过按压 开启，很大地提高了传感器安装的便利性和运行过程中的安全性。

3.2 局放在线检测单元 

    电力电缆局放检测单元是本系统最重要的组成部分，其作用包括：数据采集、数据 存储和处理。并能驱动光纤局域网或通过 WIFI 以及 4G 等无线通信方式传输部分进行数 据传输，同时负责监控多组接头（即 A B C 三相）的局部放电信号和接地电流信号，设 备可以安装在测点附近端子柜或者自立室外端子箱里。由于环境比较恶劣，需要外加防 水箱。检测装置外壳为不锈钢材质，对高频和工频屏蔽较好。由于在室外安装需要安装在 防水箱体内，防水等级为 IP68，工作温度范围：-45℃至 75℃。 当利用局放在线检测单元对电力电缆进行局放检测时，可直接就地取电源，保证在 线检测单元的正常工作；当对沟槽内的高压电缆进行局放检测时，可利用感应线圈从供 电电缆获取电源为检测单元进行供电。