电力电缆局部放电在线检测技术

2012-02-01 16:23:42来源: 互联网
电力电缆局部放电在线检测技术

摘要:本文简要介绍了电力电缆局部放电在线检测技术,根据放电脉冲的波形特征有效识别电缆局放信号,利用放电电流计算放电量。阐述了电缆局部放电点的双端定位方法,使用同步收发仪检测微小的局放脉冲信号,进行放大处理,再注入到被测电缆中,解决电缆局放点难于定位的问题。引入英国电缆局放在线检测及定位的实例及经验,供使用单位参考。

关键词:局部放电 在线检测 定位 同步收发仪

0 引言

电气设备检修技术的发展大致可以分为三个阶段,即故障检修、定期检修、状态检修。状态检修是以可靠性为中心的检修,并逐步取代以往的定期预防性检修,它是根据设备的状态而执行的预防性作业。状态检修通过对设备关键参数的测量来识别其已有的或潜在的劣化迹象,可在设备不停运的情况下对其进行状态评估。这种策略不必对设备进行定期大修,提高了检修的针对性和有效性,能发现问题于萌芽状态,有效延长设备的使用寿命,合理降低设备运行维护费用。目前,避雷器全电流和阻性电流的检测技术、容性设备介损和电容量的检测技术、变压器本体油中溶解气体、局部放电的监测技术以及输 电线路的红外检测技术使用相对较为广泛。随着电力电缆在城市电网建设中的普遍应用,对提高电力电缆检测手段的需求日益迫切,尤其是在线检测。


 

1 电力电缆局部放电量的在线测量


 

局部放电检测越来越被看作是一种最有效的绝缘诊断方法,在线检测应用中更是如此,目的是观察和研究局部放电引起的绝缘老化问题。电缆发生局部放电时,引起局部放电的空穴形成实阻抗,这是电缆的浪涌阻抗,在开始时是纯阻性的。其产生的脉冲基本上是单极性脉冲,上升时间很短,并且脉冲宽度也很窄。脉冲从产生的位置向外传播,由于在电缆中传播时的衰减和散射,当到达测量点时,脉宽增加,幅值减小。一般情况下,在测量时能检测到比较好的脉冲波形,其保留了很多与源波形相同的特性。图1显示了一段典型的电缆局放脉冲波形,其上升时间以及脉冲特性可以通过计算机生成的光标测量。
 

图1 电缆中的局部放电脉冲波形(显示了计算机生成的光标)

如果上升时间和脉冲宽度在电缆局部放电脉冲的通常范围内,那么就可以把该脉冲看成是电缆局部放电。一般来说,电缆局部放电的上升时间在50ns到1s之间,而脉宽小于2s。实际上,对于交联聚乙烯(XLPE)电缆来说,其对应值会比这小些。这是由于XLPE电缆的损耗和散射比较小的缘故。脉冲的上升时间和脉宽取决于电缆端部的脉冲波形,也取决于检测电路。然而,这种使用上升时间和脉冲宽度来检测脉冲位置的简单方法并不非常适用。由于检测电路的不确定性,同样使得上升时间和脉冲宽度随之变化,例如当其包含一个大电感时,脉冲的上升时间就会迟缓,并且脉冲宽度也会变大。然而,在脉冲的起始位置,上升时间却是一个很有价值的特征量。对于利用高频电流传感器(HFCT)的在线局部放电检测,其检测电路通常有较大的带宽(>20MHz),这种简单的定位方法还是能得到较为满意的测量结果的。
 
图2高频电流传感器检测33kV电缆局部放电(箭头所指为高频电流传感器)
 

图2所示为用于33kV XLPE电缆检测的电流传感器,传感器可以夹绕在接地线之上的每个线芯上,也可以将电流传感器夹绕在接地线上。局部放电脉冲沿电缆传至终端,在导体上它们的极性相同,在屏蔽上相反,关键的问题是能在接地线或导体电流两者之间截取其中一个。实际上,这两个信号很相似,但它们在两个测量点之间的噪音成分却有所不同。
 
图3 电缆脉冲上升时间分布
图3所示为33kV纸绝缘电缆的在线检测结果,从图中我们可以看到,电缆的主要上升时间集中在200ns附近。被测电缆长度为2km左右,所有脉冲全部取自于1600m处的一个中间接头。从图中显示的电缆上升时间的分布情况看,各上升时间之间还存在着宽度不等的空白区。理论上,可根据图3画出上升时间的曲线图,纵坐标以米为单位,假定局部放电脉冲上升时间和脉冲在电缆中的传播距离之间存在函数关系。实际上,这种关系也是比较容易建立的,它取决于电缆的类型,而问题的关键就在于电缆终端的测量电路的阻抗是不确定的。如前面所述,当检测电路的阻抗中含有大的感抗时,脉冲的上升时间主要取决于检测电路的阻抗而不是局部放电脉冲的传播距离。在这种情况下,脉冲上升时间和传播距离之间的关系就无法建立。
利用局部放电脉冲波形检测局放的最大优势就在于:可以几乎不用考虑因脉冲在电缆中传播的衰减而造成的测量误差,尤其是对于衰减很大的纸绝缘电缆。局部放电脉冲在电缆上传播一段距离以后幅值很快就会衰减10到20倍。如果脉冲峰值衰减到原来的1/20,那么离测量点比较远的局部放电事件就会显得很微弱,难以发现。利用放电脉冲波形,测量局部放电电流下的面积,就可以对幅值进行测量,并且它受信号衰减的影响小得多,放电量则可通过放电电流的积分求得,如下式:
 
式中的“const”是电流转换为电压的系数。此式已考虑了电流互感器的传输阻抗,电缆阻抗以及放大器增益等因素。通过这种方法测量放电量以后,乘以一个修正因数并假设检测阻抗为电缆的浪涌阻抗,就可以以皮库(pC)为单位测量局部放电的幅值。实际应用中,在电缆中部接头处的地线上测量时,浪涌阻抗和实际的浪涌阻抗很接近,而端部浪涌阻抗的波动一般在20%以下。例如对整体浸渍不滴流(MIND)11kV纸绝缘电缆,在3km处测量,用上面的公式测量时幅值仅衰减了3倍,而直接测量时幅值衰减了15倍。这就说明,这种方法对任何电缆的在线局部放电测量,都可以以皮库为单位表示,而不需要标定。

 

2 电缆局部放电单端定位法
在检测到电缆局放时,如果能对局部放电源进行定位,那么局部放电活动测量的实效性就会大大提高。当局部放电发生时,局放脉冲从放电点向电缆两侧传播(平均速度约150-160m/μs)。首先到达测量端的脉冲是直接向该方向传播的脉冲(直达脉冲),而完成局部放电定位,还要测量向反方向传播后被反射回来的脉冲(反射脉冲),如图4所示:
 
图4:“单端”电缆局部放电定位方法

理想状态下,如果直达脉冲和反射脉冲都能被识别,就可很容易地确定局部放电位置。即计算两个脉冲的时间差(ΔT),就可确定局部放电位置。但在实际应用中,使用这种简单的单端测量方法,很难实现局放点的定位。这是由于反射的脉冲太弱,或存在其它反射脉冲、噪音以及波形失真带来的干扰。因此,如果第二个脉冲(反射脉冲)能够明显强于噪音信号,定位就会容易得多。
         
3 利用同步收发仪进行电缆局部放电双端定位

在电缆局放定位过程中使用同步收发仪,为高压电缆局部放电的定位提供了一种更准确和可靠的方法,可以克服单端定位的许多问题,如:
• 长电缆的信号衰减过大,会降低反射脉冲的大小,从而导致反射脉冲淹没在“背景噪音”中。
• 存在诸如来自馈线电动机噪音的干扰,局放波形难以读取。
• T形连接的电缆或带接头的电缆会导致衰减和反射。
• 环网柜中的其它电缆会导致信号衰减和(部分)脉冲反射。
• 电缆远端阻抗没有明显变化。
在测量时,为了增强反射脉冲,使之能够从背景噪音中突显出来,可以使用同步收发仪。如图4所示,该仪器包括一套放电触发单元和一个脉冲发生器,其基本工作原理是利用放电触发单元探测到一个小的脉冲后,再利用脉冲发生器注入一个很大的脉冲,这样便可确保在电缆的测量端能够检测到一个“反射”的脉冲。
 
图4 同步收发仪的触发单元和脉冲发生器


 


图 5 利用同步收发仪定位电缆局放示意图

 

图5所示为使用同步收发仪进行电缆局放定位的示意图,这里利用高频电流传感器作为探测和发射传感器,此系统可用于5km长的电缆。当触发器在上升边沿触发时,设备的精密度决定了局部放电脉冲上升时间的精度。

 

图6有无同步收发仪定位局放脉冲的效果
 

图6所示分别为使用和不使用同步收发仪两种情况下进行电缆局部放电定位的结果。图中,使用同步收发仪时,定位的结果是:局部放电发生的地方比较靠近测量端,可以明显地看到很大的同步脉冲。这里电缆的长度为750米左右。
用于局部放电定位的同步收发仪由电池供电,从而使得在电缆远端没有主电源的情况下,仍可以定位局放,在现场非常适用。这种定位方法非常简单,只要局部放电脉冲清晰,且使用同步收发仪时方法规范,定位结果就会清晰明确。


 

4 电缆局放定位英国应用案例分析

[1] [2]

关键字:在线

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0201/article_14056.html
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