电力电缆与局部放电

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局部放电与震荡波
# g8 E+ m7 ~9 G+ c1.对电缆绝缘质量的分析，一般分为离线检测与在线监测的方式，通过对局部放电、泄漏电流、电磁场、温度等相关物理量的检测，判断电缆绝缘是否受损。
2. 电缆绝缘离线检测方面，建立在局部放电信号上的常用方法有：工频测试法、0.1Hz超低频测试法及直流测试法等：
8 T" Q# j0 \8 m* j# W4 D（1）工频测试法即利用工频交流电压对电缆进行测试，但由于电缆等效电容较大，这个过程需要很长的时间及很大的能量，这对于测试设备提出了很高的要求；
. o/ V' J' Y* U  }/ K, @（2）0.1Hz超低频测试法，0.1Hz低频交流电作为局放激励源，其极性转换频率与转换电压斜率低，需要加高压测试及较长的测试时间才能收集到较多的局放数据，同时，这种方法对电缆绝缘损伤也较大，可能会引发电缆中新的缺陷；??
（3）直流测试法，降低了对电源的要求，但电缆绝缘层在直流和交流电压作用下，内部电场分布完全不同，差别较大，不具有一般等效性，且试验后会在电缆缺陷处存有大量残留?空间电荷，电缆投入运行后往往会造成击穿事故发生。
3.电缆绝缘在线监测方面，利用局部放电信号作为监测对象对电缆实施在线监测，操作更为简便，避免了离线检测方法下必须将电缆切除电路的问题，减小了由断电问题而导致的经济损失，较离线方法有一定的优势。
: g: w* j; g# L6 o+ j, X: H& p（1）常用的局放在线监测方法有差分法、超高频电感耦合法、超高频电容耦合法、REDI法、电磁波法、电磁耦合法等。但同样的，在线监测不可避免地会遇到一些干扰问题，检测信号通常较微弱，容易淹没在强大的背景噪声中，同时，现场存在大量的电磁干扰，这种干扰比离线情况下更为复杂，因此，在线监测下，如何有效地抑制干扰，将检测信号从干扰及运行电压中识别出来，是在线监测方法的关键。??
4.除工频信号的影响外，局部放电的干扰通常分为三类:白噪声干扰、脉冲干扰以及周期性窄带干扰。
（1）白噪声是最为常见的干扰，通常由系统的热噪声引起，这类噪声的功率密度均匀分布在较广的频域范围内;
. R( Q8 Y: k- u; E3 G处理手段：小波去噪、数字滤波等常见信号处理方式，并取得了良好的效果; 小波变换能同时反映信号的时域和频域特性，克服傅里叶变换不能放映信号局部信息的短板，对去除局部放电信号中的周期性窄带干扰和背景噪声干扰比较有效。
小波去噪的主要方法有三种，一是小波阀值法，二是空域相关法，三是Mallat模极大值法;常用的小波基函数有Harr小波、Gaussian小波、Meyer小波和D aubechies正交小波等等。小波基的选取是去噪效果优劣的关键。由于长电缆局部放电信号的传播路径较长，衰减较大，宜采用较低阶数的Daubechies作为小波基;而短电缆局部放电信号的传播路径较短，宜采用较高阶数的Daubechies小波。
" q+ P7 r3 Y  ]) F! A5 q4 X（2）脉冲干扰主要由系统开关电力电子元件的开闭合造成，虽然在频域上与局放脉冲相似，但由于幅度差距较大、发生次数少、随机性高，且通常由所检测设备的外部传入，所以利用信号波形形状特征、相位特征以及传播方向上的差异，较容易区分;
7 R$ k+ }/ ]4 ?: F0 s" h& b处理手段：目前主要采取时延鉴别法进行鉴别。时延鉴别法是利用外来干扰脉冲及发射波到达测量点的时间差与内部放电及反射波到达测量点的时间差的不同进行鉴别。
/ B" j) q+ e$ |9 V  x（3）周期性窄带干扰的来源很多，最主要是由系统高次谐波、载波、无线通讯及电台广播等构成，这类信号从kHz到MHz的较广范围内均有分布，在频域表现为离散的特性，幅值远大于局放信号，且个数随机，通常将局放信号完全湮没，对局放信号的检测造成了较大的影响。?
6 p, p4 P; {  R处理手段：大多采用频域滤波的方法进行抑制。?
5.对局放信号白噪声及窄带干扰的抑制，一般具有两种思路，
: v4 U9 i; v4 E: o- F0 y一种思路为从局放信号的角度出发，利用局放信号与干扰在时域表征上的差异，采用信号匹配的方式，直接从时域信号中提取出局放信号，
另一种思路则从干扰的角度出发，利用干扰与局放信号在时域及频域的分布差异，分别提出针对白噪声或窄带干扰的去噪算法，从而进行局放提取。
* \% w) q! L+ S7 \（1）针对白噪声的去噪算法发展较为成熟，传统的信号处理方法，如数字滤波、小波(包)、EMD等都能取得良好的去噪效果;
4 t* s& A! d5 n9 E5 D) O（2）而针对局放信号窄带干扰抑制的研究，主要集中于小波(包)变换的方法、傅里叶方法、基于EMD或EEMD的方法、独立分量法、形态学滤波等，其它方法多由这些方法改进而来。
6.在现有文献的基础上，总结各种方法的优缺点，考虑到局放信号和窄带干扰在时、频域上的分布差异，提出基于信号频域估计及时域重构的局部放电窄带干扰抑制算法。首先采用对原采样信号进行数据分段，通过分析各段信号频谱的相似性来估计窄带干扰个数及粗略频率，其次利用频域插值的方法对频率进行精确估计，进而结合傅里叶级数重构窄带干扰信号并将重构信号与原始信号相减以实现窄带干扰的抑制，同时利用仿真和实测数据对所提方法的有效性进行了验证。
2 N, Q; D; k: N; K+ v7.振荡波(又称阻尼振荡波)电压法，主要是以被测试电力电缆的等值电容与电感线圈的串联谐振原理为基础的，图2为系统原理图。恒流电源，以线性连续升压方式对被测电缆充电蓄能，自动加压到预设的电压值，整个升压过程，被测电缆绝缘无静态直流电场存在;加压完成以后，固态高压开关在1us内闭合，使被测电缆的等值电容和系统中高压电感周期性交换能量，并经等效电阻逐渐损耗，在电缆上产生20~300 H z幅值逐次衰减的振荡交流电压。图3为试验过程的电压波形图。
  d, {# }2 b+ w# z, s' A9 _    在振荡电压的激励下，如果电缆内部有潜在的缺陷，就会激发局部放电，测控主机则通过采集、存储和分析分压器/祸合器所采集的振荡波信号和局放信号，来进行后续的绝缘状况分析。
8.振荡波局放检测系统简介
振荡波局放检测系统((0 scillating Wave Test System )与传统局放测试设备相比，具有检测时背景噪声小、定位精度高等诸多的优点。振荡波局放试验过程中，产生20~300 H z幅值逐次衰减的振荡交流电压，且作用的时间短、设备体积小、便于现场操作;试验后不会像直流耐压对交联聚乙烯电缆绝缘造成损伤。如被测电缆长度小于250 m，必须另外连接补偿电容。
振荡波电压法检测装置可以检测的电缆电容范围是0.05~2微法。如果被测试的电缆长度不够，电容量<0.05微法，就要将振荡频率控制在一定的范围，同时在电缆上再并联一个电容.
5 h: k: _' k7 }2 G/ N- C; ~9. HVPD公司的Longshot电缆在线检测仪，通过HFCT(高频CT)传感器夹在电缆接地线采集电缆中的局部放电信号。该系统对电缆接地线传来的电磁信号进行捕捉，实时记录局放脉冲的相位，波形特征、放电时间等。而系统的分析软件模块将电缆中的局放活动和其他如电机励磁脉冲信号、晶闸管开关、射频干扰等产生的电“噪声”信号甄别开来，然后通过自动、详细的分析方法来分析脉冲频率、波形及脉冲的其他特征。
9.1在线检测判断一条电缆是否存在局放从3方面判断:局放产生象限图、局放脉冲波形图和局放值分析。从这3方面判断此条电缆检测情况:
5 }& ]) |( R% _# o# b8 j9.1.1局放产生象限图
局放在电压升高的时候激发。交流电为正弦波，电压在1, 3象限时升高。因此局放点也应该出现在1, 3象限，但由于电压和电流会有相位差所以局放点也会出现在00 -100度或者180度 -280度区间内。
; k- S* K# `) }' b6 j+ y9.1.2局放脉冲波形图
电缆局放为高频信号，其波形特征为短时间内振幅突变。
9.1.3局放值分析

$ N. h( V2 U3 A5 R/ R+ D2 d+ g6 x# S10.电力电缆绝缘缺陷检测常规方法
10.1泄漏电流试验法
    这种检测方法主要运用直流电对铜芯电力电缆进行不间断的电流检测，从得到的电流初始值，来判断铜芯电力电缆的绝缘层是否正常工作，有无漏电的情况发生。泄漏电流试验法的优势在于成本低廉，针对性强，能够进行无损检测，因此被广泛的应用于电力电流绝缘缺陷的检测工作中。绝缘层老化的通常变现为被击穿，并在管壁形成树枝状的碳粒痕迹，使用泄漏电流试验法，能够判断出铜芯电力电缆绝缘缺陷的形成原因，通过加压并测定泄漏电流值的形式，测定绝缘材料内部是否发生结构的变化，并凭借测定的结果，判定铜芯电力电缆绝缘老化的原因。
10.2交流电叠加法
交流电叠加法是铜芯电力电缆绝缘缺陷检测的常见方法，通过交流发电机在铜芯电力电缆绝缘层金属护套上施加交流电，从而推断出电缆的绝缘程度，是一种不受外界干扰的检测方法，交流电叠加法的优势在于能够在不接触铜芯电力电缆的情况下，从试验中接收到的绝缘信号来判断绝缘层是否出现老化的情况，绝缘信号越强，说明电缆的情况越正常。绝缘信号越弱，说明电缆老化程度越高，便利性是交流电叠加法优于其他电力电缆绝缘缺陷检测技术的一个方面，此外，交流电叠加法的准确性也很高，因此被广泛的应用于电缆绝缘缺陷的检测工作中。
9 k1 \  H4 z5 q6 ^10.3电磁耦合法
电磁耦合法是一种常见的铜芯电力电缆绝缘缺陷检测的技术，也是一种在线检测技术四。电磁耦合法将装置安装在屏蔽层与外导体之间，通过输出功率自动匹配调谐，功率参数前置设定，优良的光之体系是电磁耦合法的先进控制系统，在检测时，能够保持铜芯电力电缆绝缘层的稳定性，甚至绝缘层的峰值都能有所保证。相关工作人员需要注意，电磁耦合法不适用于一些金属制成的电缆屏蔽层，因此想要电磁耦合检测法获得成功，发挥出自身的优势，需要对电缆进行模拟试验，从而推断出铜芯电力电缆绝缘老化情况。