梁劭华（广东电网公司佛山供电局，广东佛山，528000）

高压电缆局部放电检测方法的探究

梁劭华
（广东电网公司佛山供电局，广东佛山，528000）

高压电缆局部放电检测系统的开发涉及到高压绝缘和高压试验等技术，局部放电检测是通过状态监测发现故障隐患，采取有效手段进行处理，降低供电系统运行风险，提高供电设备的运行效率，保证电力系统的安全性和稳定性。

高压电缆；局部放电；检测方法

0 引言

本文定性的分析了局部放电产生的基本原理和检测方法，通过高压电缆工作的背景噪声来源和性质的分析，阐述了高压电缆局部放电检测的检测技术与方法，介绍了局部放电量等各个相关参数输出以及频谱分析，从而实现对高压电缆绝缘质量的评价，确保其投入运营后的安全可靠。

1 高压电缆局部放电检测的意义及现状

国内在高压电缆局部放电检测技术方面的研究起步相对较晚，发展也比较缓慢，特别是由于局部放电过程比较复杂，到目前研究理论仍很不完善，给这方面的研究带来了很大的困难。上海电缆研究所从上世纪60年代起，已经开始进行局部放电试验的探索工作，但是由于没有灵敏度较高的测试仪器，而且国家标准中也没有明确局部放电考核指标，所以研究工作曾一度中断。

目前众多国家已将高压绝缘检测技术应用于高压电缆故障检测与诊断之中，通过状态监测及时发现故障隐患，能够大大提高其供电设备运行效率，降低供电系统运行风险，提高输电线路运行的安全性和稳定性。但是目前对高压电缆故障检测在一定程度上主要局限于交流耐压试验。由于干扰抑制等原因局部放电检测效果不是很理想，致使局部放电试验还相对较少。目前高压电缆局部放电检测仍处于不断探索和研究阶段。

2 高压电缆局部放电产生的机理

交联聚乙烯电力电缆在其电气性能和耐热性能上的突出特点，普遍应用于工业输电领域，一般输电线路的高压电缆的电压等级有10kV、35kV、220kV等，由于安装方式和制造工艺等原因，电缆绝缘材料内部可能存在一些杂质，使得出现电缆绝缘材料表面或内部区域所承受的电场不均匀的现象。

绝缘体内部的气隙在发生放电的时候，气隙中的气体便会产生游离的现象，导致中性分子分离成带电的正、负离子等质点，并且在外部施加的电场作用下，电子或负离子会沿电场相反方向移动，正离子会沿电场方向移动，因此这些空间电荷便建立了新的电场，方向与外界施加的电场相反，此时气隙内的实际电场强度为。其产生机理如图1所示。

图1　 局部放电产生机理

高压电缆局部放电是比较复杂的物理过程，需要通过多种表征参数才能全面地描绘其状态，主要参数包括视在放电电荷、放电重复率、放电能量、放电平均电流、放电功率等。长时间的局部放电对电缆的绝缘材料的绝缘性会产生严重的危害，主要表现在由于放电所产生的局部发热、化学活性生成物、带电粒子的撞击以及辐射等因素对绝缘材料的损伤。这种对绝缘材料的破坏作用是一个缓慢的发展过程，而且从局部开始，并受多种其他因素影响，对运行中的高压电缆存在安全隐患，局部放电是造成高压电缆最终发生绝缘击穿的主要原因之一。

3 高压电缆局部放电检测原理及方法

局部放电的测试是根据局部放电发生时所产生的各种物理现象，通过可以表达该现象的物理量的测量来表征局部放电发生的状态，由于局部放电发生时会伴随多种物理现象，因此测试方法也相对比较多，一般分为电测法和非电测法两大类，电测法主要包括脉冲电流法、电桥法和无线电干扰法等，它们都是依据测试放电时产生的电荷变化以及放电能量损耗等来进行测试的。非电测法主要包括光测法、超声波检测法等

（1） 对检测灵敏度的分析研究

在局部放电检测过程中，通常由于外部干扰信号的影响，使对检测结果产生错误判断，或者使检测工作无法顺利进行下去。尤其对局部放电检测工作经验不多的人，更容易引起错误判断。因此，在局部放电检测过程中，消除外部干扰问题成为一项非常关键的技术内容。

研究局部放电检测技术的目的是为了使局部放电信号检测的更有效、更准确，因此必须尽可能的消除外界噪声对局部放电信号测量产生的不良影响。要对局部放电检测技术做出评价，必须准确区分检测灵敏度、信噪比和最小检测量的概念。

检测灵敏度是指测量仪器或检测系统在没有外界干扰的情况下，并在保证一定信噪比的条件下能检测到的最小视在电荷，它体现了检测系统最小可测量。提高检测系统的检测灵敏度，就是降低各检测单元的最小可测量。检测灵敏度主要由检测回路和放大器回路的噪声决定。

噪声水平的高低直接影响着实际检测的效果，只有当局部放电信号明显高于噪声水平时，才能得到满意的检测结果。信噪比是信号幅值与噪声幅值的比值，可以用来衡量存在外界噪声情况下，信号高于噪声的显著程度。

（2）放电量的校正

在局部放电检测中，检测系统所显示的放电脉冲幅值以及显示的数字究竟代表多大的放电量，在没有经过放电量校正的检测系统中是不确定的，只有经过放电量校正后才能确定放电量的大小数值。局部放电检测系统放电量的校正是根据视在放电电荷的电量定义，当电缆Cx产生了局部放电时，可以用一个与被测电缆并联的有源支路来进行模拟，可以用幅值为U0的方波电压源串联小电容C0后，组成一个模拟支路，并将其产生的放电量q0注入到电缆Cx两端，这个注入的电荷量表示为

，如图2所示。

此时在局部放电检测系统的显示屏中可检测到脉冲高度为H0，那么放电量的分度系数可表示为

通过放电量校正以后，检测系统的连接回路需要保持不变，并且系统的放大倍数等参数都保持不变，即检测系统的分度系数K0保持不变。然后去掉模拟支路，对被测电缆按照试验规程中所规定的要求施加试验电压。当被测电缆产生放电时，在检测系统显示部分上检测到的脉冲高度为H，则被测电缆的视在放电量表示为

因此，只有通过放电量校正后的检测系统才能使用。

图2　校正回路示意图

4 局部放电检测过程中干扰抑制方法研究

电缆局部放电检测中的干扰是一个比较严重的问题，它直接影响着检测的灵敏度和检测的可靠性。通常在一些干扰较为严重的情况下，有时候会导致局部放电检测无法进行。由于局部放电过程中所产生的脉冲信号频率范围比较宽，在采集脉冲信号时，同时也很容易拾取到各种其他干扰信号，连续的干扰信号会使局部放电检测的最小可测量升高，同时会影响操作人员的辨别能力。因此如何来抑制和消除干扰噪声是局部放电检测技术研究中历来较为重要的部分。

从干扰信号的来源来看，主要包括检测设备自身产生的信号干扰以及来自系统外界的干扰两种。检测系统自身的干扰主要包括试验电源的电磁接触器、继电器、开关等动作以及试验变压器工作产生的高频信号以及设备产生的放电信号，另外还包括放大器产生的热噪、自激干扰等。检测系统外部干扰主要有来自供电系统的连续性周期性干扰、地线的传导干扰、其他脉冲干扰和白噪声干扰以及空间电磁干扰等，这些干扰信号一般通过传导、辐射、感应等多种耦合方式侵入到检测设备中。特别是电缆检测试验车间，这些干扰信号往往比较严重，甚至淹没电缆局部放电信号，致使无法测量。

干扰信号频带范围较宽，经过检测阻抗后，连同局部放电脉冲电压信号一起被放大器放大，因此被采集到的信号需要进行进一步的抑制。通常可用高通滤波器和低通滤波器来调节其上限频率，一般采用T型K式滤波器，其结构简单，调试方便。高通滤波器和低通滤波器如图3所示。和下限频率和由下式决定，即为信号采集频带宽度，因此通过高通滤波器和低通滤波器来抑制局部放电主要集中频带以外的其他干扰信号。

图3　 K式滤波器

5 局部放电检测图谱分析

局部放电检测系统图形显示部分是将表征局部放电的各种参数。主要包括放电量与相位图谱基圆图谱、放电次数与相位图谱放电量与放电时间图谱等二维图谱以放电量、相位和时间三维图谱。这些图谱主要是将试验电压一个工频周期的相位分成多个等区间，然后选取不同周期内同一个相位区间的视在放电电荷的平均值，做出放电量与相位之间的直方图。其中局部放电图谱和基圆图谱如图4所示。

图4　 局部放电图谱

由图谱图4中1）和2）两幅波形图可以看出，电缆局部放电是一个能量积累和释放的过程，在正弦交流电压下，电缆的局部放电主要发生在一个正弦周期电压绝对值由零升至峰值的相位上，即工频周期内0~90°和180~270°的相位上，并且在电缆试品发生的放电量、放电次数、放电能量上形成正态分布。而且由图可以观察到局部放电发生的脉冲不可能是发生在固定的位置、固定幅值的脉冲信号。

6 总结

本章主要讲述了高压电缆局部放电产生的原因以及产生局部放电的现象，并阐述了对高压电缆局部放电检测的意义所在，同时介绍了高压电缆局部放电检测的发展现状，最后分析了局部放电产生的基本原理和检测方法以及对放电图谱进行了分析，通过采取有效手段对局部放电进行检测并进行合理的处理，降低供电系统运行风险，提高供电设备的运行效率，保证电力系统的安全性和稳定性。

韩伯锋.电力电缆试验及检测技术［M］.北京：中国电力出版社，2007.

Study on detection method of partial discharge in high voltage cable

Liang Shaohua
（Guangdong Grid Co Foshan Power Supply Bureau，Foshan，528000）

The development of partial discharge in high voltage cable detection system relates to the high voltage insulation and high voltage test，partial discharge detection is throughcondition monitoring fault found hidden dangers，to take effective means of treatment，reduce the power supply system operation risk，improve the operation efficiency of power supply equipment，ensure the security and stability of power system.

high voltage cable；partial discharge；detection method

2014—06—18

梁劭华（1971-） 女.广东新会.工程师.研究方向：电力设备试验。