第5章高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)

1、電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)（帶電檢測(cè)分冊(cè)）第五章 高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)目錄第1節(jié) 高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)概述21.1 發(fā)展歷程21.2 技術(shù)特點(diǎn)31.2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及局限性31.2.1 局限性31.2.3 適用范圍41.3 應(yīng)用情況4第2節(jié) 高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)基本原理42.1 羅氏線圈基本知識(shí)42.2 高頻局部放電檢測(cè)基本原理62.3 高頻局部放電檢測(cè)裝置組成及原理7第3節(jié) 高頻局部放電檢測(cè)及診斷方法93.1 檢測(cè)方法93.1.1 電力電纜93.1.2 其他電力設(shè)備103.2 診斷方法11第四節(jié) 典型高頻局部放電案例分析144.1 110kV 電纜GIS終端內(nèi)部氣隙局部放電缺陷案例14參考文獻(xiàn)16

2、第1節(jié) 高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)概述1.1 發(fā)展歷程高頻局部放電檢測(cè)方法是用于電力設(shè)備局部放電缺陷檢測(cè)與定位的常用測(cè)量方法之一，其檢測(cè)頻率范圍通常在3MHz到30MHz之間。高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)可廣泛應(yīng)用于電力電纜及其附件、變壓器、電抗器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等電力設(shè)備的局放檢測(cè)，其高頻脈沖電流信號(hào)可以由電感式耦合傳感器或電容式耦合傳感器進(jìn)行耦合，也可以由特殊設(shè)計(jì)的探針對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合。高頻局部放電檢測(cè)方法，根據(jù)傳感器類型主要分為電容型傳感器和電感型傳感器。電感型傳感器中高頻電流傳感器（High Frequency Current Transformer ，HFCT）具有便攜性強(qiáng)、安裝方便、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力較好等

3、優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用最為廣泛，其工作方式是對(duì)流經(jīng)電力設(shè)備的接地線、中性點(diǎn)接線以及電纜本體中放電脈沖電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，高頻電流傳感器多采用羅格夫斯基線圈結(jié)構(gòu)。羅格夫斯基線圈（Rogowski coils，簡(jiǎn)稱羅氏線圈）用于電流檢測(cè)領(lǐng)域已有幾十年歷史。早在1887年英國(guó)布里斯托大學(xué)的茶托克教授即進(jìn)行了研究，把一個(gè)長(zhǎng)而且形狀可變的線圈作為磁位差計(jì)，并且通過(guò)測(cè)量磁路中的磁阻，試圖研究更加理想的直流發(fā)電機(jī)。羅格夫斯基線圈檢測(cè)技術(shù)在20世紀(jì)90年代被英國(guó)的公立電力公司（CEGB）用在名為“El-Cid”的新技術(shù)里，用于測(cè)試發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的定子1。羅氏線圈自公布起就受到了很多學(xué)者的重視，對(duì)于羅格夫斯基線圈的應(yīng)用也

4、越來(lái)越廣泛，1963年英國(guó)倫敦的庫(kù)伯在理論上對(duì)羅格夫斯基線圈的高頻響應(yīng)進(jìn)行了分析，奠定了羅格夫斯基線圈在大功率脈沖技術(shù)中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)2。20世紀(jì)中后期以來(lái)，國(guó)外一些專家學(xué)者和公司紛紛對(duì)羅氏線圈在電力上的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，并取得了顯著的成果。如法國(guó)ALSTHOM公司有一些基于羅氏線圈電流互感器產(chǎn)品問(wèn)世，其主要研究無(wú)源電子式互感器，在20世紀(jì)80年代英國(guó)Rocoil公司實(shí)現(xiàn)了羅格夫斯基線圈系列化和產(chǎn)業(yè)化。總而言之，在世界范圍內(nèi)對(duì)于羅格夫斯基線圈傳感器的研究，于20世紀(jì)60年代興起，在80年代取得突破性進(jìn)展，并有多種樣機(jī)掛網(wǎng)試運(yùn)行，90年代開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用化階段。尤其進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，微處理機(jī)和數(shù)

5、字處理器技術(shù)的成熟，為研制新型的高頻電流傳感器奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代歐洲學(xué)者將羅氏線圈應(yīng)用于局部放電檢測(cè)，效果良好，并得到了廣泛應(yīng)用。例如意大利的博洛尼亞大學(xué)的G.C. Montanari和A. Cavallini等人及TECHIMP公司成功研制了高頻局部放電檢測(cè)儀，并被廣泛應(yīng)用。近幾年國(guó)內(nèi)的一些科研院所和企業(yè)均開(kāi)始研制基于羅氏線圈傳感器以及高頻局放檢測(cè)裝置，雖然起步比較晚，有些技術(shù)還處于跟蹤國(guó)外大公司的水平，但隨著發(fā)展羅氏線圈電子式傳感器的時(shí)機(jī)逐漸成熟，國(guó)內(nèi)如清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)、華北電力大學(xué)等對(duì)于羅氏線圈傳感器進(jìn)行了深入的研究和探索，并取得了大量成果 4。1.2 技術(shù)

6、特點(diǎn)1.2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及局限性高頻局放檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及局限性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）可進(jìn)行局部放電強(qiáng)度的量化描述。由于高頻局放檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用高頻電流傳感器，與傳統(tǒng)的脈沖電流法具有類同的檢測(cè)原理，若傳感器及信號(hào)處理電路相對(duì)確定的情況下，可以對(duì)被測(cè)局部放電的強(qiáng)度進(jìn)行理化描述，以便于準(zhǔn)確評(píng)估被檢測(cè)電力設(shè)備局部放電的絕緣劣化程度。（2）具有便于攜帶、方便應(yīng)用、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。高頻電流傳感器作為一種常用的傳感器，可以設(shè)計(jì)成開(kāi)口CT的安裝方式，在非嵌入方式下能夠?qū)崿F(xiàn)局放脈沖電流的非接觸式檢測(cè)，因此具有便于攜帶、方便應(yīng)用的特點(diǎn)。（3）檢測(cè)靈敏度較高。高頻電流傳感器一般由環(huán)形鐵氧體磁芯構(gòu)成，鐵氧體配

7、合經(jīng)磁化處理的陶瓷材料，對(duì)于高頻信號(hào)具有很高靈敏度。局部放電發(fā)生后，放電脈沖電流將沿著接地線的軸向方向傳播，即會(huì)在垂直于電流傳播方向的平面上產(chǎn)生磁場(chǎng)，電感型傳感器是從該磁場(chǎng)中耦合放電信號(hào)。除此之外利用HFCT進(jìn)行測(cè)量，還具有可校正的優(yōu)點(diǎn)。1.2.1 局限性（1）高頻電流傳感器的安裝方式也限制了該檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍。由于高頻電流傳感器為開(kāi)口CT的形式，這就需要被檢測(cè)的電力設(shè)備的接地線或末屏引下線具有引出線，而且其形狀和尺寸能夠卡入高頻電流傳感器。而對(duì)于變壓器套管、電流互感器、電壓互感器等容性設(shè)備來(lái)說(shuō)，若其末屏沒(méi)有引下線，則無(wú)法應(yīng)用高頻局放檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。（2）抗電磁干擾能力相對(duì)較弱。由于高頻電

8、流傳感器的檢測(cè)原理為電磁感應(yīng)，周圍及被測(cè)串聯(lián)回路的電磁信號(hào)均會(huì)對(duì)檢測(cè)造成干擾，影響檢測(cè)信號(hào)的識(shí)別及檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。這就需要從頻域、時(shí)域、相位分布模式等方面對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行排除。1.2.3 適用范圍高頻法僅適用于具備接地引下線電力設(shè)備的局部放電檢測(cè)，主要包括電力電纜、變壓器鐵心及夾件、避雷器、帶末屏引下線的容性設(shè)備等。1.3 應(yīng)用情況隨著高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)的不斷成熟，國(guó)網(wǎng)公司在高頻局部放電檢測(cè)應(yīng)用實(shí)踐上積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了大量潛在缺陷，目前該方法已廣泛應(yīng)用于電力電纜及其附件、變壓器、電抗器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等電力設(shè)備局部放電檢測(cè)。隨著狀態(tài)檢修工作的不斷深入，高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)已列入狀態(tài)檢修試

9、驗(yàn)規(guī)程，成為提前發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備潛在缺陷的重要手段。國(guó)家電網(wǎng)公司在推廣應(yīng)用高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)方面做了大量卓有成效的工作。2010年，在充分總結(jié)部分省市電力公司試點(diǎn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合狀態(tài)檢修工作的深入開(kāi)展，國(guó)家電網(wǎng)公司頒布了電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（試行）和電力設(shè)備帶電檢測(cè)儀器配置原則（試行），在國(guó)家電網(wǎng)公司范圍內(nèi)統(tǒng)一了高頻局部放電檢測(cè)的判據(jù)、周期和儀器配置標(biāo)準(zhǔn)，初步建立起完整的高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)在國(guó)家電網(wǎng)公司范圍全面推開(kāi)。第2節(jié) 高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)基本原理2.1 羅氏線圈基本知識(shí)羅格夫斯基線圈（Rogowski coils），簡(jiǎn)稱羅氏線圈，又被稱為磁位計(jì)，最

10、早被用于磁路的測(cè)量。一般情況下羅氏線圈為圓形或矩形，線圈骨架可以選擇空心或磁性骨架，導(dǎo)線均勻繞制在骨架上。羅氏線圈的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 5-所示。圖 5-1 羅氏線圈結(jié)構(gòu)示意圖羅氏線圈的原邊為流過(guò)被測(cè)電流的導(dǎo)體，副邊為多匝線圈。當(dāng)有交變的電流流過(guò)穿過(guò)線圈中心的導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。副邊線圈與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁通相交鏈，整個(gè)羅氏線圈副邊產(chǎn)生的磁鏈正比于導(dǎo)體中流過(guò)的電流大小。變化的磁鏈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，且電動(dòng)勢(shì)的大小與磁鏈的變化率成正比。令流過(guò)導(dǎo)體的電流為，線圈副邊感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為，基于安培環(huán)路定律和法拉第電磁感應(yīng)定律，可由Maxwell方程8解得： （5-1）其中M為羅氏線圈的互感系數(shù)。根據(jù)羅氏線圈負(fù)載

11、的不同，線圈可分為外積分式和自積分式9。外積分式羅氏線圈又稱作窄帶型電流傳感器，具有較好的抗干擾能力。當(dāng)采用外積分式羅氏線圈時(shí)，為得到電流的波形，線圈的輸出通常需要經(jīng)過(guò)無(wú)源RC外積分電路、由運(yùn)放構(gòu)成的有源外積分電路，以及數(shù)自積分電路等負(fù)載。外積分式羅氏線圈受積分電路頻率性能影響較大，測(cè)量頻率上限受到限制，一般用于測(cè)量兆赫茲以下的中低頻率電流。自積分式羅氏線圈又稱作寬帶型電流傳感器，具有相對(duì)較寬的檢測(cè)頻帶。由于其直接采用積分電阻，因此頻率響應(yīng)較快，適用于測(cè)量上升時(shí)間較短的脈沖電流信號(hào)。羅氏線圈根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同可分為撓性羅氏線圈、剛性羅氏線圈和PCB型羅氏線圈10-11。撓性羅氏線圈以能夠完全的撓性

12、材料作為線圈骨架，將導(dǎo)線均勻繞在骨架上。測(cè)量時(shí)將骨架彎曲成一個(gè)閉合的環(huán)，使通電導(dǎo)體沖線圈中心穿過(guò)。這種線圈使用方便，但測(cè)量精確度低、穩(wěn)定性不高。剛性羅氏線圈采用剛性結(jié)構(gòu)線圈骨架，在結(jié)構(gòu)上更容易使得繞線能夠均勻分布，大大提高了抗外磁場(chǎng)干擾的能力，從而提高了測(cè)量的精確度。這種線圈的測(cè)量精確度和可靠性較高，但在實(shí)際使用中會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的限制。PCB型羅氏線圈是一種基于印刷電路板（PCB）骨架的羅氏線圈，相比傳統(tǒng)的羅氏線圈，其線圈密度、骨架截面積以及線圈截面與中心線的垂直程度都有極大提高，是一種高精度的羅氏線圈。這種線圈現(xiàn)在還處于起步階段，其實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離。2.2 高頻局部放電檢測(cè)基本原理

13、用于局部放電檢測(cè)的羅氏線圈稱為高頻電流傳感器，其有效的頻率檢測(cè)范圍一般為3MHz30MHz。由于所測(cè)量的局部放電信號(hào)是微小的高頻電流信號(hào)，傳感器需要在較寬的頻帶內(nèi)有較高的靈敏度。因此HFCT選用高磁導(dǎo)率的磁芯作為線圈骨架，并通常采用自積分式線圈結(jié)構(gòu)13。使用HFCT進(jìn)行局部放電檢測(cè)的等效電路圖如圖 5-2所示。其中為被測(cè)導(dǎo)體中流過(guò)的局部放電脈沖電流，M為被測(cè)導(dǎo)體與HFCT線圈之間的互感，Ls為線圈的自感，Rs為線圈的等效電阻，Cs為線圈的等效雜散電容，R為負(fù)載積分電阻，uo(t)為HFCT傳感器的輸出電壓信號(hào)。圖 5-2 高頻電流傳感器局部放電檢測(cè)等效電路圖在傳感器參數(shù)滿足自積分條件的情況下，

14、忽略雜散電容Cs，計(jì)算可得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為15： （5-2）其中N為線圈的繞線匝數(shù)。因此，在滿足自積分條件的一段有效頻帶內(nèi)，HFCT的傳遞函數(shù)是與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù)。并且，HFCT的靈敏度與繞線匝數(shù)N成反比，與積分電阻R成正比。事實(shí)上，在高頻段Cs的影響是不能忽略的。在考慮Cs影響的情況下，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(S)為： （5-3）HFCT等效電路類似于高頻小信號(hào)并聯(lián)諧振回路，采用高頻小信號(hào)并聯(lián)諧振回路理論分析可得電流傳感器的頻帶為：下限截止頻率： （5-4）上限截止頻率： （5-5）在實(shí)際使用中，一般希望HFCT有盡可能高的靈敏度，并且在較寬的頻帶范圍內(nèi)有平滑的幅頻響應(yīng)曲線。同時(shí)要求HFCT有較強(qiáng)的

15、抗工頻的磁飽和能力，這是因?yàn)閷?shí)際檢測(cè)時(shí)不可避免有工頻電流流過(guò)，而此時(shí)不應(yīng)因磁芯飽和而影響檢測(cè)結(jié)果。2.3 高頻局部放電檢測(cè)裝置組成及原理常用的高頻局部放電檢測(cè)裝置包括：傳感器、信號(hào)處理單元、信號(hào)采集單元和數(shù)據(jù)處理終端。高頻局部放電檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖 5-3所示，裝置實(shí)物圖如圖 5-4所示。圖 5-3 高頻局部放電檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖圖 5-4 高頻局部放電檢測(cè)裝置實(shí)物圖（一） 傳感器高頻局部放電檢測(cè)HFCT傳感器按安裝位置不同主要分為接地線HFCT和電纜本體HFCT。安裝在電力設(shè)備接地線或電纜交叉互聯(lián)系統(tǒng)上的HFCT傳感器，內(nèi)徑一般為幾十毫米；安裝在單芯電力電纜本體上的HFCT傳感器，內(nèi)徑一般在100

16、毫米以上，傳感器靈敏度相對(duì)接地線HFCT較低。接地線HFCT傳感器又可根據(jù)檢測(cè)需要分為分體式和整體式。分體式HFCT線圈可開(kāi)合，方便測(cè)試時(shí)安裝和拆卸，可以使用一個(gè)傳感器對(duì)設(shè)備多個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量。整體式HFCT傳感器需要在設(shè)備接地線安裝時(shí)同時(shí)進(jìn)行安裝，適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)用?，F(xiàn)有的HFCT傳感器下限截止頻率大多在1MHz以下，上限截止頻率為幾十MHz。一般要求傳感器的-6 dB 下限截止頻率不高于1 MHz，上限截止頻率不低于20 MHz，在輸入10 MHz正弦電流信號(hào)時(shí)傳輸阻抗不小于5mV/mA（頻帶以及傳輸阻抗定義見(jiàn)GB/T 7354）。（二） 信號(hào)處理單元針對(duì)傳感器的輸出信號(hào)，需要進(jìn)行濾波和放大。實(shí)

17、際測(cè)量中會(huì)有各類噪聲和干擾信號(hào)，因此需要配合硬件濾波器或后續(xù)數(shù)字濾波功能進(jìn)行濾波。濾波過(guò)后信號(hào)幅值會(huì)有一定程度的衰減，須經(jīng)過(guò)寬帶放大器放大，從而達(dá)到提高局部放電信號(hào)信噪比的目的。對(duì)于具有電壓同步功能的高頻局部放電檢測(cè)裝置，可以通過(guò)外部觸發(fā)信號(hào)為檢測(cè)裝置提供電壓同步。同步信號(hào)可由分壓電容、電源或工頻電流互感器提供。某些設(shè)備還會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)濾波放大的局部放電脈沖信號(hào)進(jìn)行檢波處理，從而降低對(duì)后續(xù)信號(hào)處理的要求。信號(hào)處理單元的性能主要由上、下限截止頻率和放大倍數(shù)來(lái)衡量。一般要求儀器能夠在疊加40kHz500kHz固定頻率正弦信號(hào)的情況下能夠有效檢測(cè)出100pC放電量。（三） 信號(hào)采集單元信號(hào)采集單元主要有數(shù)

18、據(jù)采集卡構(gòu)成，將實(shí)際采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為可供進(jìn)一步處理的數(shù)字信號(hào)。信號(hào)采集單元的主要性能參數(shù)為采樣率、采樣分辨率、帶寬以及存儲(chǔ)深度。常用的高頻局部放電檢測(cè)設(shè)備采樣率在幾MS/s到100MS/s。采樣率越高越能夠還原局部放電信號(hào)的高頻分量。（四） 數(shù)據(jù)處理終端數(shù)據(jù)處理終端往往采用筆記本電腦，安裝有專門的數(shù)據(jù)處理與分析診斷軟件，主要用于顯示測(cè)量結(jié)果。常規(guī)高頻局部放電檢測(cè)裝置所提供的檢測(cè)結(jié)果包括：?jiǎn)蚊}沖時(shí)域波形顯示、單周期（20ms）時(shí)域波形顯示、多周期局部放電譜圖、PRPD譜圖、局部放電脈沖頻譜分析等。有些儀器還具有數(shù)字濾波功能、局部放電類型模式識(shí)別功能、局部放電定位功能、多通道同步測(cè)量以及多種

19、測(cè)量檢測(cè)方法聯(lián)合測(cè)量等功能。一般要求儀器的整機(jī)靈敏度不小于100pC，并且能夠有效檢測(cè)且識(shí)別出電暈放電。第3節(jié) 高頻局部放電檢測(cè)及診斷方法3.1 檢測(cè)方法高頻局部放電檢測(cè)具有非嵌入式檢測(cè)，不同電力設(shè)備結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，從而對(duì)應(yīng)的高頻檢測(cè)方法略有不同，但檢測(cè)原理及局部放電檢測(cè)裝置基本一致。下文對(duì)電力電纜及其它電力設(shè)備分別介紹高頻局放檢測(cè)的具體操作方法。3.1.1 電力電纜電力電纜局部放電帶電測(cè)試前，需對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行性能校驗(yàn)，其方法可參考IEC 60270局部放電測(cè)量方法中7.3部分進(jìn)行校驗(yàn)，確保檢測(cè)系統(tǒng)可以正常工作。在線帶電測(cè)量時(shí)，針對(duì)局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度校驗(yàn)，CIGRE B1.28工作組提出可

20、在一端HFCT處直接注入校準(zhǔn)脈沖，在各接頭或另一端進(jìn)行測(cè)量。但該方法受傳感器性能、電纜長(zhǎng)度及電纜種類等因素影響，倍受質(zhì)疑。因此利用高頻電流互感器進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)其系統(tǒng)靈敏度校驗(yàn)方法一直沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)16。電力電纜局部放電帶電測(cè)試時(shí)，HFCT測(cè)量位置示意及實(shí)物安裝圖如圖5-5、圖5-6所示。通常HFCT卡裝在電纜本體、中間接頭接地線以及終端接地線上。對(duì)于直埋電纜，可以在電纜中間接頭檢修工井電纜外護(hù)套交叉互聯(lián)接地線或直接接地線上卡裝HFCT方法進(jìn)行檢測(cè)，如果條件允許可以開(kāi)挖電纜接頭及本體，在電纜接頭和本體上卡裝HFCT進(jìn)行輔助檢測(cè)；對(duì)于隧道內(nèi)電纜，應(yīng)綜合采用以上兩種方法進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)于電纜終端頭，在

21、保證安全、具有充分手段和條件情況下，可在電纜終端頭接地線上卡裝HFCT進(jìn)行局部放電檢測(cè)。測(cè)試過(guò)程主要包括如下基本步驟：（1）安裝高頻局放傳感器，連接檢測(cè)裝置的電源線、信號(hào)線、同步線、數(shù)據(jù)傳輸線等一系列接線，并開(kāi)始檢測(cè)；（1）觀察數(shù)據(jù)處理終端（筆記本電腦）的檢測(cè)信號(hào)時(shí)域波形與對(duì)應(yīng)的PRPD譜圖，排除干擾并判斷有無(wú)異常局放信號(hào)；（2）確定存在異常局放信號(hào)后，可利用去噪、模式識(shí)別以及放電聚類等方法進(jìn)一步識(shí)別（詳細(xì)介紹見(jiàn)診斷方法）；（3）對(duì)放電源進(jìn)行定位，結(jié)合放電特征及放電缺陷診斷結(jié)果給出檢測(cè)診斷結(jié)論，并提出檢修建議。 圖5-5 電纜本體及接頭HFCT安裝示意圖 圖5-6中間頭三相交叉接地箱內(nèi)HFCT

22、安裝圖現(xiàn)場(chǎng)電纜局部放電帶電測(cè)試時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：（1） 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境應(yīng)準(zhǔn)備相應(yīng)的防護(hù)和工作器具，如在電纜隧道內(nèi)工作應(yīng)確認(rèn)隧道內(nèi)是否存在有毒易燃?xì)怏w并采取相應(yīng)手段予以排除。（2） 對(duì)于在電纜互層交叉互聯(lián)接地線和直接接地線上進(jìn)行的測(cè)試工作應(yīng)使用合適的工具打開(kāi)接地箱，在開(kāi)啟過(guò)程中嚴(yán)禁接觸裸母排等導(dǎo)體，傳感器的卡裝等操作應(yīng)佩戴10kV電壓等級(jí)絕緣手套。（3） 對(duì)于電纜終端下方的測(cè)試應(yīng)保證所有操作處于電氣安全距離范圍內(nèi)。3.1.2 其他電力設(shè)備對(duì)于其他電力設(shè)備，如旋轉(zhuǎn)電機(jī)、開(kāi)關(guān)設(shè)備以及變壓器等，利用高頻電流互感器進(jìn)行局部放電檢測(cè)方法與電纜類似，都是在連接設(shè)備電纜本體或接地線上進(jìn)行測(cè)量，圖5-7是幾種

23、利用HFCT進(jìn)行帶電或在線監(jiān)測(cè)時(shí)的檢測(cè)示意圖。對(duì)于這些設(shè)備，在進(jìn)行局部放電測(cè)試前，同樣需要對(duì)局部放電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，以確保檢測(cè)設(shè)備的正常運(yùn)行。由于開(kāi)關(guān)柜、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等正常運(yùn)行時(shí)電壓均較高，在進(jìn)行傳感器安裝、設(shè)備調(diào)試過(guò)程中務(wù)必佩戴相應(yīng)等級(jí)的絕緣手套以及在一定的電氣安全距離內(nèi)操作，確保人生安全。圖5-7 帶接地引下線設(shè)備高頻局部放電檢測(cè)原理圖3.2 診斷方法對(duì)于不同電力設(shè)備，高頻局部放電檢測(cè)的診斷方法基本一致，主要包括兩大部分：噪聲抑制及放電信號(hào)區(qū)分、局部放電源的準(zhǔn)確定位。（一） 噪聲抑制、干擾排除及局放缺陷診斷對(duì)不同電力設(shè)備進(jìn)行高頻局部放電檢測(cè)時(shí)，高頻傳感器耦合出來(lái)的信號(hào)并非單純的放電信號(hào)，而是

24、混合著電磁干擾噪聲，如何將干擾噪聲去除是局部放電帶電檢測(cè)過(guò)程中較為困難和關(guān)鍵的問(wèn)題之一。按照時(shí)域波形特征，外部背景噪聲主要包括周期型干擾信號(hào)、脈沖型干擾信號(hào)和白噪聲干擾信號(hào)。針對(duì)不同干擾信號(hào)的特征和性質(zhì)，需采用不同的抑制措施。在已有的各種系統(tǒng)中，干擾信號(hào)抑制主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面的措施。雖然硬件抑制方法有一定的效果，但是現(xiàn)場(chǎng)干擾會(huì)隨著環(huán)境、設(shè)備負(fù)載以及運(yùn)行方式的改變而改變，硬件抑制方法難以達(dá)到理想的效果。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，高頻局部放電檢測(cè)中的干擾抑制措施主要依靠軟件實(shí)現(xiàn)。目前常用的數(shù)字化抗干擾方法主要有：脈沖平均法、數(shù)字濾波法、信號(hào)相關(guān)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及小波分析法。小波變換是基于

25、非平穩(wěn)信號(hào)的分析手段，在時(shí)域、頻域同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)，非常適合于不規(guī)則、瞬變信號(hào)的處理，越來(lái)越多的用于高頻局部放電檢測(cè)的干擾抑制措施中。對(duì)于放電信號(hào)的區(qū)分，一方面可利用前述的抗干擾技術(shù)，將外界干擾噪聲抑制到較小水平，另一方面也可通過(guò)與不同缺陷放電特征數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，即進(jìn)行放電信號(hào)的模式識(shí)別。模式識(shí)別的主要步驟包括放電信號(hào)的測(cè)量、放電信號(hào)特征提取與分類和特征指紋庫(kù)比對(duì)三個(gè)步驟，從而判斷所測(cè)信號(hào)是否為真實(shí)的放電信號(hào)以及是何種放電。一種模式識(shí)別方法是利用相位統(tǒng)計(jì)譜圖的形狀特點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算統(tǒng)計(jì)譜圖的偏斜度、陡峭度以及相互關(guān)聯(lián)因素等特征參數(shù)，從而對(duì)缺陷類型進(jìn)行確認(rèn)和識(shí)別。另外一種是聚類分析法，該方法

26、主要將放電信號(hào)按其各自的等效頻率、等效時(shí)長(zhǎng)或其它與波形相關(guān)的特征參量進(jìn)行分類，形成時(shí)頻域映射譜圖。時(shí)頻譜圖的特點(diǎn)是多個(gè)放電源、不同放電類型的局部放電脈沖會(huì)被映射到不同聚點(diǎn)，這樣便于在局部放電相位譜圖上將真實(shí)放電和噪聲干擾區(qū)分開(kāi)來(lái)如圖5-8所示。還有一種聚類原理是利用三相同步局部放電檢測(cè)技術(shù)，對(duì)耦合到的信號(hào)進(jìn)行幅度、相位或頻率的計(jì)算，從而進(jìn)行分類，如圖5-9所示。圖5-8 局部放電時(shí)頻映射譜圖16 圖5-9 三相局部放電同步檢測(cè)聚類譜圖28（二）放電源的定位對(duì)于電力電纜運(yùn)行情況下局部放電源的定位，較為簡(jiǎn)單的方法是利用高頻局部放電檢測(cè)傳感器在電纜終端、各個(gè)接頭處分別進(jìn)行局部放電信號(hào)的檢測(cè)，通過(guò)對(duì)比

27、分析不同傳感器位置放電信號(hào)的時(shí)域和頻域特征，來(lái)進(jìn)行放電源的大致定位。該方法主要利用的是放電脈沖信號(hào)在電纜中傳輸衰減原理，隨著放電信號(hào)的傳播，放電信號(hào)幅值減小，上升時(shí)間下降、脈沖寬度變寬，信號(hào)高頻分量嚴(yán)重衰減等，因而可利用這些特點(diǎn)大致判斷出放電源的位置。但值得注意的是該方法較為粗略，精度較低，僅能大致判斷出在哪個(gè)接頭附近或哪兩接頭間存在缺陷。另一種方法是利用分布式局部放電同步檢測(cè)技術(shù)。該方法與上述方法類似，但不同的是在連續(xù)幾個(gè)接頭處進(jìn)行同步測(cè)量，根據(jù)不同測(cè)量處耦合到同一脈沖信號(hào)的幅值大小、極性以及到達(dá)時(shí)間的不同而準(zhǔn)確定位放電源的位置。該方法已在電纜在線局部放電監(jiān)測(cè)中逐漸展開(kāi)應(yīng)用，如圖5-10所示

28、。圖5-10 分布式同步局部放電檢測(cè)技術(shù)還有一種方法是進(jìn)行雙端局部放電定位。該方法采用的仍為脈沖反射（TDR）原理。對(duì)于較長(zhǎng)電纜，放電信號(hào)的嚴(yán)重衰減會(huì)導(dǎo)致反射脈沖不可分辨，因此有必要進(jìn)行雙端局部放電定位：在電纜兩端分別安裝高頻檢測(cè)傳感器，在電纜遠(yuǎn)端同時(shí)安裝便攜式應(yīng)答裝置和大幅值脈沖發(fā)生器。當(dāng)在遠(yuǎn)端檢測(cè)到放電脈沖信號(hào)時(shí)（高于設(shè)定閾值），便攜式應(yīng)答裝置被啟動(dòng)，觸發(fā)大幅值脈沖發(fā)生器發(fā)出一個(gè)幅值較大的脈沖，從而可根據(jù)原脈沖與大脈沖信號(hào)之間的時(shí)間差對(duì)電纜缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位。對(duì)于其他電力設(shè)備，如變壓器、互感器等，利用高頻局部放電檢測(cè)傳感器定位的應(yīng)用較少，對(duì)應(yīng)的局部放電源定位可采用超聲波、特高頻等方法實(shí)現(xiàn)。第

29、四節(jié) 典型高頻局部放電案例分析4.1 110kV 電纜GIS終端內(nèi)部氣隙局部放電缺陷案例（一）案例經(jīng)過(guò)2013年9月，對(duì)某110kV電纜線路進(jìn)行巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)其變電站內(nèi)部分存在局部放電信號(hào)，精確定位結(jié)果顯示局部放電缺陷位于該電纜線路B相GIS終端電纜倉(cāng)內(nèi)。隨后，對(duì)B相電纜倉(cāng)進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)檢查并更換電纜終端，更換后異常信號(hào)消失。對(duì)更換下來(lái)的GIS終端進(jìn)行X光檢測(cè)和解體發(fā)現(xiàn)在環(huán)氧套管地電位金屬內(nèi)襯件端部存在3.9mm不規(guī)則氣腔，驗(yàn)證了局部放電檢測(cè)的有效性。（二）檢測(cè)分析方法采用高頻局部放電檢測(cè)儀器對(duì)上述110kV電纜終端接地箱進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)圖譜如圖5-11所示。由檢測(cè)圖譜可知，在三相電纜接地箱處均能檢測(cè)到明

30、顯的局部放電信號(hào)，其中，B相幅值最大，達(dá)到200mV左右；A、C相幅值較小均在80mV左右。且在同一同步信號(hào)下，A、C相放電信號(hào)與B相信號(hào)極性相反，表明局部放電信號(hào)穿過(guò)B相傳感器的方向與穿過(guò)其他兩相傳感器的方向相反，即局部放電信號(hào)沿著B(niǎo)相電纜終端接地線傳播，再經(jīng)同一接地排傳播至其他兩相的接地線，因此確定局部放電源位于B相GIS電纜終端。同時(shí)，采用特高頻傳感器和高速示波器對(duì)上述局部放電源位置進(jìn)行了確認(rèn)。（a）A相檢測(cè)圖譜（b）B相檢測(cè)圖譜（c）C相檢測(cè)圖譜圖5-11 110kV電纜終端接地箱處高頻局部放電檢測(cè)圖譜采用GE數(shù)字化放射攝影系統(tǒng)（CT）對(duì)該環(huán)氧套管進(jìn)行X光掃描，掃描結(jié)果如圖5-12所示

31、，由圖可見(jiàn)，在該GIS終端套管底部?jī)?nèi)襯件端部存在3.9mm不規(guī)則氣隙，解體切割后的氣隙如圖5-13所示。圖5-12環(huán)氧套管CT掃描重建橫向與縱向斷面圖圖5-13解體切割后的氣隙（三）經(jīng)驗(yàn)體會(huì)（1）該案例表明高頻局部放電檢測(cè)不僅能發(fā)現(xiàn)電纜中間接頭的局部放電缺陷，通過(guò)在電纜終端接地箱處進(jìn)行檢測(cè)，還能有效發(fā)現(xiàn)電纜終端甚至GIS倉(cāng)體內(nèi)部的局部放電缺陷。（2）通過(guò)對(duì)三相高頻檢測(cè)圖譜中時(shí)域脈沖的極性和幅值分析，可以很容易的辨別出缺陷的相別。（3）對(duì)缺陷設(shè)備進(jìn)行的X光檢測(cè)和解體分析驗(yàn)證了高頻帶電檢測(cè)的有效性，對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要意義。參考文獻(xiàn)1 劉曉鷗. 用于局部放電在線監(jiān)測(cè)的高頻電流傳感器研究D

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