據(jù)不完全統(tǒng)計, 電纜附件故障已經(jīng)占到了高壓電纜運行故障的近50%, 尤其是高壓線纜的中間接頭和終端接頭故障。出于高壓電纜鋪設(shè)及其高壓線纜的制作需求, 電纜接頭在實際電纜鋪設(shè)中難以避免, 因而對整個高壓電纜而言, 接頭部位成為了運行故障易發(fā)點和電纜絕緣的薄弱環(huán)節(jié)。隨著我國高壓特高壓系統(tǒng)的不斷發(fā)展, 電壓等級在不斷升高, 隨之而來的是對高壓電纜接頭的絕緣要求更加嚴格, 電纜附件制作也將更加復(fù)雜, 其故障的風險也隨之提高, 因此必須對高壓電纜接頭給予足夠的重視, 做好其故障排查, 以保障整個電纜系統(tǒng)的正常運行。

為保證高壓電纜正常運行, 就要定期不定期的對高壓電纜開展絕緣檢測。過去的多年, 我國廣泛通過預(yù)防性試驗的方法進行電力檢修, 這種檢修易造成停電, 帶來了極大的不便;為在不影響正常的電力使用情況下進行高壓電纜檢修, 近年來對于高壓電纜接頭的絕緣檢測日益成為新的研究熱點。通過對在線檢測技術(shù)的不斷研究, 實現(xiàn)了通過電纜絕緣良好程度的特征信號及其判據(jù)對運行中的電纜絕緣是否存在被擊穿的隱患進行有效判定。

在對電纜放電進行檢測時, 如果能找出局部放電源的位置, 那么將大大提高放電檢測的效率和精確性, 為了達到這一目的, 通常采用時域反射法進行放電位置的判定, 即Tim Domain Reflectometry.TDR。該方法的運用機理如下:將脈沖檢測裝置架設(shè)在電纜的一端, 利用局部放電脈沖在電纜中傳播造成的反射原理, 從而獲取同一脈沖在電纜中來回傳播的情況和時間差數(shù)據(jù), 然后利用找出脈沖位置來判定局部放電源的位置。如果將局部放電信號耦合裝置架設(shè)在電纜近端, 那么可以利用脈沖電流法檢測阻抗。當然也可以通過高頻電流傳感器等方式來找尋檢放電脈沖信號位置。一旦電纜接頭發(fā)生局部放電, 那么產(chǎn)生的脈沖會形成幅值相等的兩個信號, 并以相反的方向在電纜線路內(nèi)傳播, 不同的信號會具有不同的傳播時間, 利用兩個信號到達的時延差, 同時參考電纜中脈沖的傳播速度等參數(shù), 能夠大致確定局部放電脈沖發(fā)出的區(qū)域。同樣, 對電力電纜進行帶電檢測時, 傳感器也能檢測到類似的脈沖群信號, 利用其方向可初步確定局放源的位置, 只有找出局部放電源的位置, 才能找出故障所在, 并進一步采取故障排除措施, 從而保障電纜的正常運行。

電力電纜接頭產(chǎn)生局部放電時, 會產(chǎn)生單極性脈沖, 且上升時間很短、脈沖寬度很窄, 同時向兩個方向進行傳播, 因傳播過程中會出現(xiàn)衰減和散射, 因此當脈沖到達測量點時會導(dǎo)致脈寬增加、幅值減小。一般而言, 能夠較好的檢測到脈沖波形。假如脈沖的上升時間和寬度在電纜局部放電脈沖的正常波動范圍內(nèi), 那么就可認為該脈沖是電纜局部放電所致。Boggs和Stone通過不斷研究使測試儀器的1GHz測量頻帶成為現(xiàn)實, 這種強大功率的測試儀器能夠成功測試出初始局部放電脈沖。在此強大的頻帶下, 可通過衰減噪聲信號的方式降低噪聲對放電檢測的影響, 從而更大限度的再現(xiàn)局部放電脈沖, 以此深化對局部放電的機理研究。

根據(jù)頻帶的寬窄, 超高頻檢測又分為超高頻窄帶檢測和超高頻超寬頻帶檢測。后者帶寬可達幾GHz。由于超高頻超寬頻帶檢測技術(shù)能夠?qū)υ肼暺鸬矫黠@的抑制作用, 同時又具有信息量大的優(yōu)點, 因而使用較多。超高頻局部放電檢測采用的傳感器主要為微帶天線傳感器, 這種傳感器安裝在一個或兩個磁極上, 可探測到單根定子線棒的放電。目前, 微帶天線傳感器已被用于大型電力變壓器、電力電纜等設(shè)備的局部放電檢測上。

高壓電纜的局部放電信號幅值很小, 僅為μA級;另外其持續(xù)時間很短, 僅為ns數(shù)量級, 但是卻有較寬的頻譜。因此為了進行高壓電纜局部放電檢測, 必須配備寬頻帶、靈敏度高、線性度好、輸出失真小、穩(wěn)定的耦合器。

Rogowski線圈電流傳感器作為一種I/V轉(zhuǎn)換器型電流傳感器應(yīng)用廣泛。通常將Rogowski線圈制作成圓形或矩形, 選擇空心或帶有磁性的骨架, 之后在骨架上均勻纏繞螺線圈。吳廣寧等人對該傳感器進行了不少改進, 設(shè)計出寬頻電流傳感器, 這種傳感器能夠?qū)Υ笮碗姍C及電纜局部放電進行在線監(jiān)測, 具有很強的實用性, 并獲得了國家專利 (圖1) 。

在Rogowski線圈的原邊是一匝線圈, 副邊則是多匝線圈, 被測脈沖電流會產(chǎn)生磁通, 磁通會與副邊線圈相交鏈。當Rogowski線圈有脈沖電流通過時, 螺線管的每一匝中就會產(chǎn)生磁通, 整個Rogowski線圈N匝中產(chǎn)生大小與導(dǎo)體中脈沖電流大小的磁鏈成正比, 電動勢會因磁鏈的變化而變化, 且電動勢與電流成正比。這種傳感器檢測方法能夠較好的找出局部放電源之所在, 為快速排出故障奠定基礎(chǔ), 應(yīng)用較為便捷。

局部放電的過程中, 放電區(qū)域內(nèi)分子會因放電而產(chǎn)生劇烈撞擊, 并導(dǎo)致介質(zhì)因放電而出現(xiàn)發(fā)熱, 發(fā)熱會帶來體積的瞬間變化, 這些因素都在影響著宏觀上的脈沖壓力波, 而其中的頻率高于20k Hz的聲波分量就是超聲波。此時, 局部放電源可視為點脈沖聲源, 聲波的四周傳播通過球面波的形式進行, 同時具備機械波的傳播規(guī)律, 也就是說對于不同的介質(zhì)而言, 其傳播速度不僅不一樣, 且不同介質(zhì)交界處會產(chǎn)生不同的反射和折射現(xiàn)象。如果在設(shè)備外部安裝聲電轉(zhuǎn)換器, 那么就可以將聲信號轉(zhuǎn)化為電信號, 之后再通過一系列的處理就可得到代表設(shè)備局放信息的特征量, 從而找出局部放電產(chǎn)生的區(qū)域, 找出故障之所在, 進而采取補救措施, 以保障電纜設(shè)備的正常運行。

絕緣在電力轉(zhuǎn)送過程中不僅受到電、熱的直接影響, 還會因使用時間不良環(huán)境等多種因素導(dǎo)致性能逐漸弱化, 甚至是出現(xiàn)缺陷, 一旦發(fā)生故障, 將直接影響電力傳輸, 因此必須定期不定期對之進行放電檢測, 通過絕緣檢測和診斷技術(shù)能夠更早的發(fā)現(xiàn)其中的故障。