国网上海市电力公司 杨天宇 纪 航 张圣甫 龚黎翔

近年大中城市的电缆化率逐步提高。交联聚乙烯电缆凭借良好的绝缘和机械性能，以及耐热和耐腐蚀的特性已经得到了广泛的应用。交联聚乙烯电缆制造工艺不断发展进步，电缆本体的故障率已逐年降低，但电缆接头和终端由于结构较为复杂，安装工艺控制困难，电缆经长时间运行在这些部位容易发生故障[1]。局部放电检测技术检测电缆内部微小绝缘缺陷的局部放电现象，通过检测局放波形、放电量、频率等，能在不停电的情况下判断电缆的绝缘状态，及时发现缺陷，避免缺陷继续发展，引起跳闸停电事故[2]。目前常用电缆局部放电检测方法有：高频电流传感器法（HFCT）、超高频法（UHF）、超声波法和电容耦合法等[3-5]。现有的电缆局放检测方法还存在着检测位置较为单一，传感器容易非线性饱和，局放信号分离提取不便，接线较为复杂等缺点。

本文针对上海电网某110kV 电缆终端，利用新型的耦合电磁波法进行局部放电检测，发现A、B、C 三相电缆终端均存在异常信号。对每相的异常引号进行信号分离并判断了放电类型。对该电缆终端进行停电检修，发现A、B 相终端屏蔽帽处存在螺丝突出，检查户外终端尾管部位，发现三相户外终端底部的接地处理存在焊接缺陷，验证了局放检测分析结果。

1 耦合电磁波法天线传感器

本次110kV 电缆终端局放检测使用一种基于耦合电磁波法的新型局放带电检测设备，集成了新型的耦合电磁波传感器和高性能信号处理系统，采样频率可以达到200M/s，同时采样带宽可以达到100MHz。由于电场耦合电磁波天线传感器和无线连接技术（WiFi）的使用，以及系统高度的集成性，避免了传统测试方法中信号传输线的使用，提高了测试的便利性。

耦合电磁波法是一种非接触式的局放检测方法，通过耦合感应局部放电对外界辐射的电磁波来进行检测，因此检测位置更加灵活，适用于电缆本体、接头、终端和换位箱等的局放检测。传感器采用球形单极性天线设计的原因主要有两个：一是天线传感器是单极性的，具有良好指向性，可方便地用于局放定位。当传感器面向局放源时传感器接收信号强度最大，同时可抑制噪声干扰；二是在现场检测过程中具有相对强的获取工频交流参考相位信号的能力，相较于传统检测方法中通过罗氏线圈采集相位，使用该传感器能减少额外传感器的使用，提高检测的便利性。传统的罗氏线圈采集电缆内部交变电流的相位，而电缆内部的局放是由交变电压引起的，因此罗氏线圈采集的相位信号会与实际的电压相位有一定偏差。而耦合电磁波法天线传感器直接接收电缆内部交变电压产生的电场信号，避免了参考相位的偏差。

天线传感器的输出响应非常线性，避免了传统局放检测传感器非线性和饱和的问题，能够在局放信号接收和转换过程中不损失信号的波形和频率信息。因此通过该传感器进行电缆局放检测能够获得更完整的信号信息，方便对各种放电现象产生的信号进行分离、判断，以及抑制采集到的噪声信号。通过屏蔽实验室的试验，在距离信号源1cm 时该传感器的灵敏度小于1pC，精度达到了10mV/pC[6]。

传感器采集到的信号需与实际局放脉冲电流波形尽量一致。这需要通过更高的信号采样频率以及信号的实时处理来实现。传感器与一个基于FPGA的高速数据处理单元相连接，同时处理采集到的高频局放脉冲信号及工频同步参考信号（图1）。高频局放信号经过可编程增益放大器（PGA）信号调理后，通过8bit 的模数转换器变为数字信号，送入CPU 进行信号处理；同时工频同步参考信号也送入CPU 作为参考相位信号。协同处理器（Co-Processor）用于实时提取脉冲信号的特征参量（上升沿、下降沿时间、长度、极性等）。所有数据通过网线或WIFI 与电脑连接，通过电脑可进行信号采集、参数调节等操作[6-7]。

图1 高速数据处理单元电路结构

2 局放检测结果分析

2018年5 月对110kV 重要电缆线路户外终端进行带电局放检测时，发现某110kV 电缆户外终端存在明显局放信号。该电缆型号为YJLW03-630mm2，电缆长度1602米，于2012年11月20日安装投运。采用基于耦合电磁波法的局部放电检测设备采集电缆内部局部放电产生的脉冲电磁波信号，对该电缆A、B、C 三相终端进行局部放电检测。

A 相终端的局放时域波形图和PRPD 图谱如图2和图3所示。通过放电波形和放电量的相位特性，初步判断A 相终端存在悬浮及脉冲放电。悬浮放电可能是户外终端内部油存在杂质（包括水等）或屏蔽罩、顶板上有一定的水、悬浮金属物或其它导电性材料及接地系统不良引起的放电，而脉冲放电可能是内部某种原因引起的放电（如终端外部、特别是屏蔽罩处较脏引起的放电），也有可能是终端顶部金属部分存在某种连接不充分或局部尖端引起的放电。

图2 A 相终端局放时域波形图

图3 A 相终端局放PRPD 图谱

图4 A 相分离图谱（电晕放电）

图5 A 相分离图谱（表面放电）

图6 B 相终端局放时域波形图

图7 B 相终端局放PRPD 图谱

图8 B 相分离图谱（电晕放电）

图9 B 相分离图谱（表面放电）

图10 C 相终端局放时域波形图

图11 C 相终端局放PRPD 图谱

图12 C 相分离图谱（悬浮放电）

图13 C 相分离图谱（电晕放电）

对图3中A 相终端相位图进行信号分类和分析，如图4、图5所示，可以判断A 相终端存在电晕放电和表面放电。B 相终端的局放时域波形图和PRPD图谱如图6和图7所示。对图7中B 相终端相位图进行信号分类和分析，如图8、图9所示，可以判断B相终端存在电晕放电和表面放电。C 相终端的局放时域波形图和PRPD 图谱如图10和图11所示。对图11中B 相终端相位图进行信号分类和分析，如图12、图13所示，可以判断B 相终端存在悬浮放电和电晕放电。

3 电缆终端解体情况及结论

通过以上分析，该电缆终端A、B 相具有明显的电晕及脉冲放电信号，C 相具有悬浮放电信号。根据检测结果，结合之前类似的检测案例，确认该局放信号为电缆终端内部缺陷引起的放电，终端内部很可能存在浸水或接地系统不良等缺陷。对该电缆终端进行停电检修，发现A、B 相终端屏蔽帽处存在螺丝突出；检查户外终端尾管部位，发现户外终端底部的接地处理存在焊接缺陷、封铅不充分的情况，该电缆终端停电检修的解体情况基本验证了局放检测分析结果，表明基于耦合电磁波法的电缆局放检测具有不用接线、检测位置灵活、采集信号失真少、局放信号分离提取方便等诸多优势，验证了其应用于110kV 电缆终端局放带电检测的有效性。