電纜PD的離線檢測需要對電纜停電操作(zuò),影響供電可靠性(xìng);離線(xiàn)PD難以實現對電纜的實時監測,不能及(jí)時發現電纜故障隱患;且離線PD的測試條件(jiàn)與電纜(lǎn)的實際(jì)運行條件不符,不能正確的(de)反映電纜絕緣內的缺陷。為(wéi)了減少停電時間,提高供(gòng)電可靠性,檢修策略正(zhèng)從預防性試驗為主(zhǔ)到狀態檢修為主轉變(biàn),其中電(diàn)氣設(shè)備(bèi)的狀態檢測是狀態檢修的基礎。對於直接麵對用戶的中壓配電電纜,其PD在線檢測成為目前研(yán)究的熱點。
(a) 高頻脈衝電流(liú)法
高頻脈(mò)衝電流檢測技術,在足夠寬的頻帶範圍內(nèi),通過安裝在被測設備接地線上的穿芯式電流傳感器(qì)或鉗型電流傳感器,檢測(cè)PD的脈(mò)衝信號,也稱為高頻電流互感器方(fāng)法。如通過在XLPE電纜接(jiē)地線上或電纜本體上(shàng)安裝高頻電(diàn)流傳感器(HFCT),以耦合高頻脈衝電流流經通(tōng)路上所產生的電磁場信號。HFCT高頻電流傳感器實際上是一種寬頻帶羅戈夫斯基線圈型電(diàn)流傳感器,檢測頻帶(dài)通常在幾百kHz到幾十MHz,能夠有效地獲取PD信號。該電流傳感器主(zhǔ)要由磁芯、線圈、金屬屏(píng)蔽盒等組(zǔ)成。磁芯采用耐磨耐蝕、高頻高導磁率、損耗小、穩定性好的磁性(xìng)材料,由兩個半環經金屬(shǔ)屏蔽盒的閉合結構(gòu)而形(xíng)成圓環(huán)。金屬屏蔽(bì)盒為兩半(bàn)環結構,尺寸稍大於(yú)磁(cí)芯,安放和固定磁芯,該屏蔽盒可(kě)屏蔽現場空(kōng)間的幹擾,以減少(shǎo)甚至避(bì)免現場測量PD時的幹擾。HFCT高頻電流傳感器原理如下圖(a)所示,在半環(huán)磁芯上纏繞線圈並(bìng)串接積分電阻R,構成自積分電路。圖中Cs為等效雜散電容、Rs為線(xiàn)圈的等效電阻、Ls為(wéi)線圈的自感、M為電流傳感器的互感。
PD檢測時,將HFCT卡在電纜地(dì)線(或電纜本體)上。發生於電纜上的PD電流脈(mò)衝沿金(jīn)屬屏蔽傳播到地(dì)線時,該電(diàn)流脈衝信號被HFCT的(de)線圈耦合,其(qí)中R上的電壓信號大小、波形由PD脈衝信號決定,該(gāi)信號即為采集到的PD信號,經屏蔽(bì)盒(hé)上的BNC接頭引出(chū)。

(a)高(gāo)頻電流互感器原理

(b)高頻電流互(hù)感器照片

(a)高頻電流互感器(qì)卡在終端頭的地線上 (b)高(gāo)頻電流互感器在中問接(jiē)頭的連接方法

HFCT傳感器的頻(pín)率響應
(b) 暫態地電波檢(jiǎn)測法
電纜相連接的電纜終端頭、分支箱、開關(guān)櫃等設備也會產生PD,這無疑(yí)會對(duì)電纜PD檢測帶來幹擾。通常在對電纜進行PD檢(jiǎn)測的同時,也需要對與電纜相連的分接箱、開關櫃等(děng)產生的本地(dì)PD進行檢測,從而更加準確地診斷電纜PD。暫態地電波法(TEV)是檢測電纜相連接的高壓(yā)設備本地PD的一種方法,下麵對TEV的產生原(yuán)理進行分析。當開關(guān)櫃等高壓設備存在PD時,設備(bèi)內部PD源就會(huì)向外輻射出電磁波。在被遮擋物完全屏蔽情況,電(diàn)磁波信號則會被限製在遮擋區域內部,遮擋區域外檢(jiǎn)測不到電磁(cí)波信號;在有縫(féng)遮擋(dǎng)的(de)情況下,大部分電磁波被金屬外(wài)殼屏蔽,有小(xiǎo)部分(fèn)從縫隙傳播至遮擋區域外。
根據(jù)電磁感應(yīng)原理,電磁(cí)波在空(kōng)間傳播遇(yù)到導體時,在櫃體內表麵會感應出幅值大小、頻率等參數與PD電磁(cí)波相關的感應脈衝電流。由於實際的櫃體不是完全密封的(de),櫃(guì)體(tǐ)屏蔽層通常在絕(jué)緣部位、墊(diàn)圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現縫隙,根(gēn)據電磁波傳播特(tè)性,櫃體內(nèi)表麵感應脈衝電流最終會從開口(kǒu)、接頭、蓋板等的縫隙處傳出,然後沿著金屬櫃體外表麵傳到大(dà)地,這樣(yàng)就形成了一個個暫態對地電(diàn)壓,如下圖所示。若在設(shè)備的金屬外箱殼上(shàng)放置一(yī)個電容(róng)性(xìng)探測器,該(gāi)傳感器可感應到設備外表麵的暫態地電波,再將信號(hào)傳輸到PD檢測儀。

暫態地電波的(de)形成
(c) 超聲波檢測法
絕(jué)緣中發生PD是一個複雜的物理過程,微(wēi)觀上放(fàng)電區域分子間會(huì)發(fā)生劇烈的(de)撞擊,宏觀上表現為一種壓力波。PD是一連串的脈衝電流,由此產生的壓力波也表現為脈衝形式。通常PD激發的聲信號頻帶較寬,一般為10Hz-10MHz之間,其(qí)中頻率超過10kHz的波段稱為(wéi)超聲波。PD源可以看作點脈衝波聲源,以球麵(miàn)波(bō)形式向四周傳(chuán)播,與機械波(bō)一樣,在不同介質中(zhōng)傳播速度不同,在介質交界處同樣會發生反射和折射現象。若在設備外部安裝超聲波傳感器(通常采用壓電傳(chuán)感器)即可接(jiē)收到設備內(nèi)部PD產生的超聲波信(xìn)號。
聲學方法有一個顯著的優點就是PD的定位。PD的(de)定位是根據其產生(shēng)的超聲波傳播的方向(xiàng)和時間來確定放電位置的。超聲波方法是非侵入式的檢測方法,受電(diàn)氣幹擾小,主要用於定性地判斷PD信號的有無,適用(yòng)於不需斷電的PD在線檢測,如開關櫃內的PD,但不適合(hé)電纜PD的檢測。
目前(qián)絕緣劣化程度(dù)與發射的(de)超聲波信號之間的強弱定量關係還不能確定,故該法在(zài)設(shè)備(bèi)PD檢測中隻能作為一種輔助測量手段。另外電氣設備的絕緣往往是多種材(cái)料構成的複合絕緣,結構複雜,各種絕緣材料對聲波的影響(xiǎng)都不一樣,限製了PD超聲檢測法測量與(yǔ)定位的準確性。
(d) 超高頻檢測法及其他PD檢測方法
超高頻檢測法(UHF)通過檢測設備(bèi)內(nèi)部因(yīn)PD所產生的超高頻(pín)(300-3000MHz)電磁波信(xìn)號,實現(xiàn)PD的檢測、定位和抗幹擾(rǎo)。通過使用多個UHF傳感器,能夠較好地對(duì)PD源進行定位。UHF傳感器不需(xū)要接觸到高壓部分,且可以進行移動,適用於PD的在線檢(jiǎn)測。PD的UHF檢測法因檢測頻(pín)率高,抗幹擾能力強和靈(líng)敏度高等特點,近年來在氣體絕緣組合電器和(hé)電力變壓器PD檢測中獲得了比較成功的運用。由於XLPE電力電纜多層屏蔽結構和顯(xiǎn)著的低通濾波(bō)效應,造成UHF信號沿電纜傳播時衰減很快,UHF適合尺寸較小的XLPE電力電(diàn)纜附件絕緣缺陷產(chǎn)生的PD進行檢測。UHF法對PD的長距離檢測、放電量的標定、放電(diàn)嚴重程度判斷、放電類型判別等方麵需要大量的試驗研究和經驗(yàn)積累。
此外除上述方法外,電容(róng)耦合法、方(fāng)向耦合法、差分法(fǎ)等方法(fǎ),是在電纜本體植入相應的傳(chuán)感器進行電纜(lǎn)PD的監測。這些方法目前尚不(bú)成熟,都處於研究階段。雖然這些傳感器的植入並不會對電(diàn)纜主絕緣造成影響,但這些方法需要對電纜本體進(jìn)行(háng)切割,破壞了外(wài)護層(céng)和(hé)金屬(shǔ)護套(tào),電纜的完整性遭到破壞,水分(fèn)等會滲入電纜絕緣(yuán)中,促使水樹枝的產生與生(shēng)長,破(pò)壞電纜(lǎn)的(de)的長期可靠運行。但若在電纜生產過程中就將這些傳感器植入(rù),這些方法(fǎ)還是具有較(jiào)好的研究價值的。