作者：张西子
来源：《科技视界》 2012年第21期
张西子
（华北电力大学〈北京〉 中国 北京 102206）
【摘 要】本研究通过谐振耐压系统对高压电缆试品施加交流高电压，激发出电缆内部故障点处的局部放电信号，设计合理的局放检测系统与高压谐振电源相结合，有效检测电缆的局部放电信号，并对其视在放电量进行标定。在有效获取局放信号的基础上，基于行波原理对故障点位置进行计算，有效排除电缆潜在性故障，确保电缆的安全运行。
【关键词】高压电缆；谐振；局部放电；检测；定位
０ 引言
目前在国际和国内已有越来越多的XLPE交联聚乙烯绝缘的电力电缆替代原有的充油油纸绝缘的电力电缆。但在交联电缆投运前的试验手段上由于被试容量大和试验设备的原因，仍沿袭使用直流耐压的试验方法。近年来国内外的很多研究机构的研究成果表明直流试验对XLPE交联聚乙烯电缆有不同程度的损害。因此，使用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验就越来越受到人们的重视。但是，由于电缆的电容量较大，采用传统的工频试验变压器很笨重、庞大、且大电流的工作电源现场不易取得，所以采用串联谐振交流耐压试验设备。其输入电源的容量能显著降低，重量减轻，便于使用和运输。
研究发现，电缆的局部放电量与其绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘可能存在危害电缆安全运行的缺陷，因此准确测量电缆局部放电量是判断电缆绝缘品质的最直观、理想、有效的方法。
１ 研究方法
了解到局部放电的原因，本文采用高压电缆谐振耐压局部放电测量的方法，具体如下：
将电缆在谐振条件下加压运行，电缆缺陷部位将在一定电压下产生局部放电脉冲。该脉冲将以一定的传播速度沿电缆长度传播，并在末端发生反射，反射后继续传播。将该脉冲信号进行采集并经放大器放大，利用编写的软件来显示，采用行波测距的方法，通过获取故障点放电电压入射波和反射波到达测试端的时间差，算出故障点距离。从而进一步定位故障发生地。
2 局部放电检测
目前在局部放电的电测法中得到大量应用的是耦合电容法。
耦合电容法又叫ERA法。其基本原理是：产生一次局部发电时，试品Cx两端产生一个瞬时的电压变化DU，此时如经过一个耦合电容Ck耦合到一个检测阻抗Zd（阻值50欧姆）上，回路中就会产生一个脉冲电流I，脉冲电流I流经检测阻抗产生的脉冲电压予以采集，放大和显示等处理，就可以测定局部放电的一些基本量。
耦合电容法主要利用局部放电频谱中的较低频段部分，一般位数kHz至数百kHz（至多数MHz），以避免无线电干扰。一般均配有脉冲峰值表指示脉冲峰值，并有示波管显示脉冲大小，
个数与相位。放大器增益很大，其测试灵敏度相当高，而且可用已知电荷量的脉冲注入校正定量，从而可测出放电量q。
通过对测量实际的分析，我们选用频带为100Hz~60MHz，增益为40dB的放大器来将采集到的局部放电信号进行放大。
3 局部放电故障点的定位
3.1 行波法测距
输电线路行波法故障测距原理是利用故障点到达测量点的距离与行波的传播时间成正比的原理, 通过测量行波的传播时间来确定故障点到测量点距离的测距方法。
L为R点和点之间线路的总长度，在F点发生故障后，暂态行波分别向R，S运动，到达R，S后将检测到两个波头，设在R点测到两个波头之间的时间差为ΔT，行波速度为V。
当发生故障时,经小波变换检测到与初始行波波头同极性第二个行波波头，即故障点初始行波经终端反射回到故障处再次回到检测端的波头，由此可以得到R点到故障点之间的距离为：
x=L-0.5*v*T
3.２ 具体步骤
3.2.1 信号的处理
由于测试导线固有的高频干扰等，对波头识别和有用信息的读取带来干扰，造成故障点误判，测距误差较大。所以需要对原始信号进行有效的数据处理，以消除噪声干扰，提取信号突变点的位置信息。信号的处理主要采用小波变换的方法。
3.2.2 故障点的定位
1）检测波形峰值
对检测系统采集到的局放原始信号，设定合理的检测阈值，软件自动找出局放信号中所有过阈值的波峰及波谷。
2）入射-反射脉冲的配对
根据行波理论，电缆终端开路时，入射脉冲和反射脉冲极性相同，且入射脉冲的幅值大于反射脉冲。基于该理论，首先提取完整局放波形中的最大峰值（波峰或波谷），以此峰值所在的脉冲作为一个入射波，并以入射波时刻为起点，截取一定时间段内的波形，截取波形的时间长度为L（L为电缆长度，V为电缆中波速)。然后在完整的局放波形中消去已经截取的子波，在剩余波形中再次搜索峰值（波峰或波谷），求取峰值最大值，重复上述步骤，依此方法完成一个完整局放波形的分割。在分割得到的每个子波中，搜寻与入射波脉冲最为相似的脉冲作为反射波（入射波与反射波极性相同，入射波幅值大于反射波）。为便于区分，入射波、反射波以及波形其余部分用不同颜色标识，并标识出入射波及反射波的峰值。这样，每个子波中包括入射波及反射波，这样的一个波形作为一个定位波形，用户可以选择查看。
上面给出一个完整局放波形的波形分割及脉冲匹配方法，针对大量的局放测试波形，软件均按照上述方法进行波形分割及脉冲匹配处理。
3）选取合理的定位波形
每个完整的局放信号波形在经过2.1.2中所述的方法完成子波形切割、脉冲自动配对后，可以形成若干个定位波形。由于局放信号波形随机性较大，软件自动生成的脉冲配对结果不一定准确。为提高脉冲配对准确度，需要在软件自动配对的基础上进行人工筛选，最终确定准确的配对结果。
再根据行波理论及经验最终确定用于定位计算的脉冲配对波形，并选择合理的入射及反射脉冲，软件自动测量选取的入射、反射脉冲之间的时间差值，根据下式计算故障原位置：
x=L-0.5*v*T
上式中L为电缆长度，v为电缆中波速，Δｔ为入射波与反射波峰值之间的时间差。
3.2.3 放电量的判别
虽然故障点放电量大小不能直接测得，但是其数值可以反映在波形幅值上。预先通过实验得到放电量与幅值之间的关系作为校准波形，与所测得波形相比较，便可得到故障点放电量。校准波形如下图所示：
4 结论
利用励磁变压器激发串联谐振回路，通过调节输出频率，使回路中电抗器和试品电容发生串联谐振，是当前高压试验的一种新方法。我们配合谐振耐压系统设计出了局部放电检测装置，将这种对电缆高压检验的先进方法与电缆的局部放电检测相结合，在对电缆的进行耐压检验的过程中实现对局部放电的检测与定位。
该测量系统能同时进行耐压试验和局部放电检测，及其发现电缆的大、小故障，提高电缆供电可靠性。
【参考文献】
［１］雷振山，魏丽，等.Labview高级编程与虚拟仪器工程应用[M].北京：中国铁道部出版社，2009.
［２］张晓阳，浦子耿，徐洪峰.电力电缆局部放电测量小波降噪技术[J].自动化应用，2010(5).
［３］白春涛.基于小波分析的电力电缆故障行波测距研究[J].赛尔电力自动化 ,2008,78.
［４］时昌盛，苏良虎.行波测距在电力系统中的应用[J].电气开关，2010(1).
［５］杜言.交联聚乙烯电缆局部放电在线监测及定位研究[D].重庆：重庆大学，2006.
［责任编辑：王静］
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