一、背景介紹
由于交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜具有絕緣性能好、易于制造、安裝方便、供電安全可靠、有利于美化城市等優(yōu)點，在60年代初問世以來的50余年中得到了迅速發(fā)展。在中低壓領域幾乎替代了油浸紙絕緣電纜，并已在高電壓等級中使用。近十年來，我國城市電網(wǎng)中大量采用XLPE電力電纜輸配電。但是這種電纜的絕緣結構中往往會由于加工技術上的難度或原材料不純而存在氣隙和有害性雜質，或者由于工藝原因，在絕緣與半導電屏蔽層之間存在間隙或半導電體向絕緣層突出，在這些氣隙和雜質處極易產生局部放電（PD），同時在電力電纜的安裝和運行過程當中也可能會產生各種絕緣缺陷導致局部放電。由于XLPE等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料不斷老化最終導致絕緣擊穿，造成嚴重事故。
據(jù)有關資料統(tǒng)計，電力系統(tǒng)中的電力電纜的事故主要發(fā)生在其接頭處，事故原因很大程度上取決于接頭的施工條件和施工技術。為了保證電力電纜的安全運行，要求在接頭做好后進行耐壓和局部放電的試驗。同時，對已經(jīng)進入運行的電纜也能經(jīng)常測量其局部放電以評估其絕緣狀態(tài)。因此，對電纜接頭進行現(xiàn)場局部放電監(jiān)測，對實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運行，進而對經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定都有重要的意義。
公司生產的電纜接頭局放測量系統(tǒng)已應用到國內多個供電局，經(jīng)過多年的技術積累，我公司已完成對國內近百個不同電壓等級電纜接頭的帶電檢測。通過對這些數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)電纜接頭處的局部放電水平與監(jiān)測的脈沖幅值有密切的聯(lián)系。在此基礎上，擬對原有的局放測量系統(tǒng)進行簡化設計，只以接頭處接地線上的脈沖幅值大小以及接地電流值作為主要監(jiān)測參量，進行實時監(jiān)測，從而以較低成本，并有效方便地實現(xiàn)對電纜接頭局放水平的在線監(jiān)測。
二、檢測原理
當電纜線芯中有電流流過時，將會使金屬護套上產生感應電勢。在護套開路時，這個感應電勢可能會很大，有時不但會危及人身安全，還會擊穿金屬護套的外護層，尤其是電纜線路發(fā)生過電壓及短路故障時，在金屬護套上會形成很高的感應電壓，使電纜外護套絕緣發(fā)生擊穿，故應在金屬護套的一定位置采用特殊的連接方式和接地方式。
當護層兩端都接地時，就和大地形成一個通路，從而產生了接地環(huán)流。護層接地方式不當時，這個環(huán)流大小甚至可以達到線芯電流的50%或者更高，使得金屬護層上產生大量的損耗，影響了電纜的載流量并且使得電纜絕緣加速老化，同時電纜線路的許多故障會表現(xiàn)為金屬護層接地環(huán)流的變化，比如護層絕緣損壞引起的多點接地、護層接地系統(tǒng)遭到破壞（接地線或者交叉互聯(lián)線被偷盜）等，所以有必要對電纜金屬護層的環(huán)流進行相關的分析計算。而當護層單端接地時，接地線中將有電容電流流過，因為可以將單芯電纜線芯和線芯外面的金屬護套，看作是一個圓柱形的電容器，使得接地電流成分中含有電容電流，這個電容電流在電纜主絕緣狀態(tài)發(fā)生變化時也隨之發(fā)生變化。當電纜主絕緣存在水樹時，由于水樹的整流作用，將會有直流電流成分通過接地線，而電纜主絕緣或者接頭處存在缺陷的而產生的局部放電信號電流也會流經(jīng)電纜護層的接地線，這些不同類型的接地電流成分不僅可以反映電力電纜金屬護層自身的狀態(tài)，也可以反映主絕緣的品質狀態(tài)（如老化以及缺陷等）引起的局部放電在內的多類故障。
電纜內部局部放電產生的電流脈沖還可以激發(fā)出電磁波，包括中低頻和UHF段(0.3-1.5GHZ)電磁波，然后根據(jù)接收的信號來分析局部放電的嚴重程度及其位置。該方法特別適合在電纜頭位置處檢測，電纜頭是局放發(fā)生概率最高的位置，且UHF信號更容易傳出來被檢測到，可定制合適的頻帶來實現(xiàn)抗干擾的目的，也能對故障實現(xiàn)定位。
超聲信號也是伴隨著電纜局放產生的衍生物，通過電纜表面超聲信號的檢測也能實現(xiàn)對局放信號的檢測。
HFCT是常規(guī)的電纜脈沖電流局放檢測方法，我們還可以提供脈沖電流法、UHF和超聲等多方法同時檢測方案。多種方法同時對局放信號進行檢測可以實現(xiàn)檢測結果互相印證，減少單一方法因為干擾信號引起的誤報警。
三、系統(tǒng)構成
典型系統(tǒng)包括：
- 主站計算機系統(tǒng)（軟件平臺）
- 前端采集部分
- 傳感器部分（局部放電傳感器）
- 電纜本體感應取電部分
- 綜合檢測柜
3.1 局部放電信號傳感器
HFCT局放傳感器由磁芯、羅高夫斯基線圈、濾波和取樣單元以及電磁屏蔽盒組成。線圈繞在高頻下具有較高導磁率的磁芯上。濾波及取樣單元的設計，兼顧測量靈敏度和信號響應頻帶的要求。為了抑制干擾，提高信噪比，并考慮到防雨、防塵等要求，羅高夫斯基線圈及濾波采樣單元都安裝在金屬屏蔽盒中。屏蔽殼設計有自鎖扣，可通過按壓開啟，提高了傳感器安裝的便利性和運行過程中的安全性。
圖 HFCT局放傳感器
局放傳感器同時內置了信號調理模塊，該模塊主要是對傳感器耦合到的信號進行放大、濾波、檢波處理，使高頻脈沖信號能有效被數(shù)據(jù)采集模塊采集到。
