基于城区配电网的10kV电缆局部放电在线监测及定位系统分析

温伟新

（广东电网有限责任公司江门供电局 广东江门 529000）

基于城区配电网的10kV电缆局部放电在线监测及定位系统分析

温伟新

（广东电网有限责任公司江门供电局 广东江门 529000）

由于整个社会用电量的不断上升，城区配电网系统中电缆的应用量在逐步上升，电缆发挥了电能传输作用，然而，实际运行中也存在绝缘度下降、局部放电等问题，有必要针对电缆的局部放电加以监测，并提出科学的解决对策。本文分析了配网电缆局部放电基本原理，并分析了在线监测与定位系统的设计原理。

10kV配网系统；局部放电；在线监测；定位

前言

配网电缆局部放电现象是配网运行中面临的主要问题之一，有必要对局部放电现象加以监测，从而分析问题产生的原因，并及时解除问题，传统的局部放电监测技术不仅精准度低、而且成本较高，对此则有必要通过综合利用现代化信息技术、通讯技术等来研制一种全新的在线监测与定位系统，以达到对局部放电现象的在线监测与定位，确保及时发现并解除问题，维护系统的安全、高效运转。

1 配网电缆局部放电基本原理

配网电缆绝缘体在实际的生产、加工、制造中，内部难免会掺杂、混入一部分气泡、杂质，该区域的击穿场强相对较低，从而导致此区域的放电问题。在整个的绝缘系统内部，仅存在局部放电现象，没有彻底击穿，这就是所谓的局部放电现象，理论上的局部放电被定义为：导体间绝缘被局部桥接的放电现象，局部放电不仅可能带来触电风险，甚至可能导致绝缘体的腐蚀变质，造成绝缘击穿问题。

为了有效控制局部放电问题，就有必要对其进行在线监测，依靠并利用在线监测系统，来动态监测电缆局部放电情况，提前发现问题和故障，及时作出处理，控制事故问题的出现。

常见的局放现象经常出现在绝缘体中，放电过程大致为：由于受到电场影响，绝缘体中由于混入气泡与杂质，气泡内部存在大量的空气分子，其处于游离状态，气泡内部的正电子、负电子等会逐渐朝着两极聚集，电荷也随之在两极附近集聚，当气泡中场强逐渐上升，气泡则面临被击穿的风险，期间将出现大量的脉冲电流，形成局部放电现象。具体如图1所示。

图1 绝缘体内局部放电图

2 局部放电监测技术与方法

所谓的局部放电监测简单说就是对电缆局部环节放电现象的检查与监测，一般局部放电出现在绝缘体中，放电过程中会随之出现多种现象，例如：脉冲、超声波、电磁波等，在这一过程中还将随之发生多种化学反应，产生新的物质。从当前来看，对于电缆局部放电主要采用以下监测技术与方法，例如：脉冲电流法、测温法、超高频法等。对于10kV配网系统来说，由于其存在大量的电线电缆，如果断电检测则具有一定的困难性、挑战性，不仅影响检测精准度，也会为安全用电带来影响，对此则引入了在线监测与定位系统，用来检测并定位电缆的局部放电现象。

3 配网电缆在线局部放电在线监测与定位系统的研究

3.1 监测系统的结构与原理

配电网10kV电缆局部放电在线监测与定位系统的架构图如图2所示。

由于10kV电缆自身以及附属设备等都存在某种不足，而且遇到电场应力，可能出现局部放电现象，顺着电缆放电脉冲会逐渐朝两侧传递，由于两侧设置了接地线，能够借助脉冲传感器对应检查、监测到其中的脉冲电流，而且两侧信息数据不断发出、接收，发射单元也逐步达到了两侧数据信息的同时、同步采集，两侧的信息系统能够达到信息的同步采集、分享、储存与处理，具体的放电监测与定位流程为：

图2 电缆局部放电在线监测与定位系统结构与原理图

3.1.1 脉冲传播速度的测算

3.1.2 定位脉冲

通常来说，局部放电都是出现在某一瞬间，在这一短时间会产生脉冲，此脉冲将沿着电缆朝左右两侧逐步传输，需要结合A端所采集提供的波形图像，可以初步计算出：传感器A分别在时间t1，t2内收到第一个脉冲、第二个脉冲，那么对应则能够定位局部放电的具体方位：

3.2 局部放电在线监测系统硬件的研制

在线监测系统通常由多个单元组成，例如：脉冲发射器、高频电流互感器，信息采集、分析系统等，每个单元都有着自身的性质、功能，发挥着自身的作用，具体体现为：

3.2.1 脉冲发射器与发射器

依托于磁偶极子天线原理，脉冲发射器是由5捆线圈构造而成，电缆初始部位，控制电路将出现高频电压，该电压具有一定的驱动作用，能够有效驱动来自于天线的电磁波，使其耦合至电缆接地线，脉冲信号则将通过电缆来逐步传输，逐渐走向电缆另一侧，同时，途径接地线来逐渐传输到大地中。其中，由于接地线中存在一定的脉冲电流，该电流能够通过HFCT对应被监测，而且其输出电压也能触动控制电路，从而产生脉冲电压作用于反射器，来自于该反射器的电磁场也将耦合，并沿着相反的方向来朝着电缆的起始位置传输，这样就实现了双端信号采集系统的同时、同步调运转。

3.2.2 脉冲发射与反射电路的设计

脉冲发射电路具备信息发射功能，能够发出巨大的振荡信号，且频度较高，具有一定的驱动作用，能够充分驱动脉冲发射器，使其产生高强度、大规模的脉冲信号，并对应逐步传输到电缆线，在地线、金属线等的耦合作用下，脉冲信号得以逐步沿电缆线传输，从一侧到另一侧。HFCT具有信号观测、测量功效，能够及时、准确、高效地测算出来自于发射电路的相关信息、信号，并将其提取，经加工处理最终形成反射性脉冲，这样就达成了线路两侧的信息通讯、信号定位与定时。

监测系统同样需要以一定的程序软件为依靠来实现整个监测过程，此系统则将FPGA用作芯片，发挥控制功能，在这一过程中逐步完成各项工作，实现各项功能，例如：采样、信息读取、数据储存交换等。一旦储存设备的信息较多，达到某一数量规模时，对应的存储数据则将逐渐被传输到上位机，该机器能对数据加以科学处理。采样系统则主要包含几大部分：数据采集模块、储存模块、通讯模块等。

4 结语

城区配电网10kV电缆局部放电在线监测具有十分重要的意义，其地位也逐渐突出，经过局部放电的监测与检查，能够及时发现电缆的质量问题，特别是其绝缘度预测提供了依据，能够为电网的安全保护创造条件。通过及时监测并发现电缆局部放电问题，并通过监测系统来定位该问题，同时，采取有效措施解决局部放电问题，能够确保及时排除故障隐患，这样才能为配网系统创造一个安全、稳定的运行环境。

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2016-8-19