局部放電是指在電場作用下發(fā)生在絕緣中非貫穿性的放電現(xiàn)象。XLPE電纜及其附件中發(fā)生的局部放電信號幅值可達(dá)1000pC,頻帶可高達(dá)GHz。超高頻段內(nèi)的其它干擾也相對較少。因此,我們應(yīng)該選擇高頻段的電磁信號來檢測,這樣可以避免常規(guī)電氣測量方法不容易避開的干擾。因此,研究如何檢測超高頻信號,提高信噪比是目前研究的主要方向。
1. 超高頻電感法
1993年,荷蘭人將線圈纏繞在繞包愷裝電纜上,如圖所示,脈沖電流在鎧裝層下產(chǎn)生的軸向磁場作用于線圈使得線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而通過測量線圈得到的磁通量來衡量局部放電的大小。這種超高頻電感耦合系統(tǒng)頻帶寬度可以達(dá)到600MHz,測量靈敏度是10-20pC,頻帶高出上面提到的各種檢測方法一個數(shù)量級。這種方法受到特殊的電纜結(jié)構(gòu)限制,只適用于帶有繞包鎧裝結(jié)構(gòu)的電纜,并且檢測的高頻信號傳輸距離有限,所以更適合電纜附件的檢測。2. 超高頻電容耦合法
以電容耦合原理為依據(jù),重慶大學(xué)和西安交通大學(xué)都研制出了測量電纜附件局部放電信號的內(nèi)置式電容耦合傳感系統(tǒng),這種系統(tǒng)是將金屬箔耦合電極預(yù)制在接頭附近電纜的外半導(dǎo)電層上,被破壞的外屏蔽層通過圓形金屬法蘭連接恢復(fù)屏蔽。這種系統(tǒng)所能檢測的有效頻帶寬為500MHz,系統(tǒng)靈敏度是2pC。此外,我國的許多科研機(jī)構(gòu)、電力行業(yè)公司以及大學(xué)也對這種方法進(jìn)行了研究和改進(jìn),比如興迪公司直接從外半導(dǎo)電層通過傳輸線提取局部放電信號,最大限度的減少了外環(huán)境的背景噪聲干擾。超高頻電感法示意圖
3. 電磁波檢測法(UHF法)
電磁波檢測法就是通過阿基米德螺旋天線接收局部放電產(chǎn)生的電磁波,通過測量超高頻段的電磁波來檢測局部放電的大小,通常檢測的范圍可以達(dá)到500MHz-1500MHz的頻率。根據(jù)規(guī)定300MHz-3GHz的頻率范圍屬于超高頻,用于檢測這個頻段的在線檢測方法簡稱為UHF法。GIS和變壓器的局放監(jiān)測中己經(jīng)成功實現(xiàn)了UHF法的應(yīng)用。2006年,哈爾濱理工大學(xué)和清華大學(xué)的學(xué)者們提出利用局部放電高頻信號和特高頻信號相結(jié)合的方式抑制電力變壓器的現(xiàn)場干擾,并給出絕緣油中局部放電的測量的頻帶范圍。2008年,意大利研究天線具有方向性定位局部放電位置的功能,但美中不足的是天線帶寬僅僅只有25MHz-30MHz。韓國研究的天線比較特殊,稱為Planer Loop Antenna,意思就是平面回路天線,是制作在電路板上的。德國研制了300MHz-800MHz頻率帶寬的天線用于GIS電纜接頭的檢測。2009年,上海電力局電纜輸配電公司通過科研,對于局部放電信號進(jìn)行分析和辨認(rèn),最終研發(fā)出了便攜式電力電纜局部放電在線監(jiān)測儀器。電力電纜附件在局部放電發(fā)生時,也會輻射出超高頻電磁波信號,因而理論上UHF法也可以應(yīng)用在電纜附件的檢測上,用來判斷是否產(chǎn)生局部放電。2013年,哈爾濱理工大學(xué)的學(xué)者將局部放電的高頻與超高頻檢測聯(lián)合方法拓展到電力電纜局部放電上,利用互相鑒別以及時域開窗、基于復(fù)小波多周期疊加的干擾濾除算法等手段,有效的抑制了多種干擾,其局部放電檢測的分度系數(shù)為1mV/pC,檢測靈敏度小于10pC。對于XLEP電纜附件超高頻檢測法優(yōu)缺點(diǎn)對比如表所示。
XLEP電纜附件超高頻檢測法對比