XLPE电力电缆局部放电检测诊断系统的设计

李雯雯+高阳+许傲然

摘 要：文章设计开发了解决XLPE电力电纜运行环境复杂、敷设安装时易产生缺陷等一些问题的XLPE电力电缆局部放电检测诊断系统。该系统具备基于超声和超高频方法的XLPE电力电缆绝缘缺陷诊断、定位功能，系统由复合传感器、前置放大器及采集卡等构成。与此同时，系统软件是由LabVIEW语言和C语言等联合开发，可实现数据采集、处理、显示、分析、识别等功能。最后进行了局部放电实验，主要针对电缆尖刺缺陷，该实验结果显示，利用复合传感器的超声加超高频检测系统响应灵敏度比传统的脉冲检测更高，且可检测频谱范围更宽。

关键词：XLPE电力电缆；局部放电；超声检测；脉冲电流检测；故障诊断

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.153

1 引言

作为构成电力系统的重要组成部分，XLPE电力电缆的运行可靠性对电力系统的安全运行有着深入的影响。交联聚乙烯电力电缆诸存在如环境复杂、敷设安装时易产生缺陷等潜在性故障，出于对国内外研究现状的综合分析与考虑，在能准确无误地抑制现场测量时所受到的干扰的前提下，通过对已敷设电缆进行的局部放电检测试验，本文设计开发了XLPE电力电缆局部放电检测诊断系统。该系统具备基于超声和超高频方法的XLPE电力电缆绝缘缺陷诊断、定位功能，系统由复合传感器、前置放大器及采集卡等构成。软件系统在经过LabVIEW语言和C语言等联合开发后，可以实现对数据的采集、处理、显示、分析、识别等功能。

2 局部放电检测系统

本文的设计主要依据XLPE电力电缆绝缘缺陷诊断、定位装置，该种装置是基于超声法的，此装置的硬件部分由复合传感器、前置放大器、采集卡等构成。

复合传感器有超声和超高频两种。超高频传感器的主要功能是通过基准放电时间来缺陷定位，其探头为电容圆板式，接收由局部放电产生的超高频信号。超声传感器会输出十分微弱的电压信号，这种信号经过较长电力电缆的传输，信噪比降低是肯定的。另外，超声传感器的输出阻抗是高阻抗的。

前置放大器主要起到的作用是：（1）超声传感器输出的电信号极其微弱，前置放大器起到了将其放大的作用；（2）超声传感器输出的阻抗过高，前置放大器起到了将其减小再进行输出的作用。

本次试验采用了巴特沃斯型带通滤波器，该种滤波器伴随着每倍频程6ndB的速度增大衰减，其中n代表滤波器的阶数，因此，所要设计的带通滤波器低通部分必须为4阶，而高通部分要有8阶。本项目使用了包含两个运算放大单元的THS4012运算放大器，共三个。

3 软件系统

局部放电超声检测与识别系统的软件部分主要使用LabVIEW语言、C语言、R语言和MATLAB语言联合开发，它具有强大的数据采集、处理、显示、分析、识别等功能。

整个软件系统从功能上看，主要可分为4个模块：分别为数据采集、数据处理、谱图绘制、统计参数提取。软件的总体设计思路是：多次对XLPE电力电缆3种典型局部放电模型进行实验，继而将每一次实验产生的结果，如超声波信号、超高频信号和施加电压信号由采集卡获取，经过软件滤波、去噪等数据处理技术后，将局部放电超声波信号的各种谱图计算后并显示出来。然后利用显示的谱图计算出其统计参数，将进行的所有实验的这种统计参数进行特征提取，从而构成典型缺陷放电特征指纹。针对不明确类型的放电情况，进行采集、谱图以及统计参数的计算，将特征提取后得到的指纹值与上述每种放电的指纹值对比，利用人工神经网络等工具自动识别放电类型。

4 局部放电实验

多次实验结果得知，外加电压达到5.5kV时，超声法首先检测到局部放电信号，并且能够得到随着外加电源电压的升高所测的放电超声信号PRPD谱图变化趋势。

当外加较小的电压时，超声波脉冲群主要集中于电源相位的负半周，尤其在峰值附近表现明显，反之，电源相位的正半周存在的放电信号极少，但电源相位的正、负两个半周放电信号幅值差距不大。

随着施加电压的升高，超声波信号幅值逐渐增大，脉冲群出现次数逐渐增多，一般十几个周期内就出现一次超声波脉冲群。超声波脉冲群依然主要分布在施加电压负半周峰值附近，然而，此时对应外施电压正半周峰值附近出现的脉冲群次数明显增多，并且相应的放电信号幅值将大于负半周。

随着施加电压的不断加大，局部放电现象也越来越剧烈，一般情况下，几个周期内就会出现一次超声波脉冲群，并且对应正半周放电脉冲幅值远大于负半周放电信号幅值。

5 结论

通过对比分析两种方法试验结果，得出如下结论：

（1）施加电压较低时，超声法先于脉冲电流法采集到放电信号，因此对于尖刺缺陷，超声法比脉冲电流法灵敏度高；

（2）两种检测方法的有近乎一致的放电起始特征。在外加电压的初始阶段，放电信号大部分分布于电源相位的负半周，峰值附近的放电信号最为强烈；放电伴随外加电压的不断升高开始进入快速发展阶段，而此时正半周放电信号激增，幅值大于负半周相应的放电信号；

（3）根据不同电压下的PRPD谱图特征，可以得出：对比于脉冲电流法PRPD谱图，超声法PRPD谱图的相位分布更为宽广。

参考文献：

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