電纜局部放電的離線(xiàn)檢測需要對電纜停電操作,影響供電可靠性;離線(xiàn)PD難以實(shí)現對電纜的實(shí)時(shí)監測,不能及時(shí)發(fā)現電纜故障隱患;且離線(xiàn)PD的測試條件與電纜的實(shí)際運行條件不符,不能正確的反映電纜絕緣內的缺陷。為了減少停電時(shí)間,提高供電可靠性,檢修策略正從預防性試驗為主到狀態(tài)檢修為主轉變,其中電氣設備的狀態(tài)檢測是狀態(tài)檢修的基礎。對于直接面對用戶(hù)的中壓配電電纜,其PD在線(xiàn)檢測成為目前研究的熱點(diǎn)。
電纜相連接的電纜終端頭、分支箱、開(kāi)關(guān)柜等設備也會(huì )產(chǎn)生PD,這無(wú)疑會(huì )對電纜PD檢測帶來(lái)干擾。通常在對電纜進(jìn)行PD檢測的同時(shí),也需要對與電纜相連的分接箱、開(kāi)關(guān)柜等產(chǎn)生的本地PD進(jìn)行檢測,從而更加準確地診斷電纜PD。暫態(tài)地電波法(TEV)是檢測電纜相連接的高壓設備本地PD的一種方法,下面對TEV的產(chǎn)生原理進(jìn)行分析。
當開(kāi)關(guān)柜等高壓設備存在PD時(shí),設備內部PD源就會(huì )向外輻射出電磁波。在被遮擋物*屏蔽情況,電磁波信號則會(huì )被限制在遮擋區域內部,遮擋區域外檢測不到電磁波信號;在有縫遮擋的情況下,大部分電磁波被金屬外殼屏蔽,有小部分從縫隙傳播至遮擋區域外。
根據電磁感應原理,電磁波在空間傳播遇到導體時(shí),在柜體內表面會(huì )感應出幅值大小、頻率等參數與PD電磁波相關(guān)的感應脈沖電流。由于實(shí)際的柜體不是*密封的,柜體屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現縫隙,根據電磁波傳播特性,柜體內表面感應脈沖電流終會(huì )從開(kāi)口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出,然后沿著(zhù)金屬柜體外表面傳到大地,這樣就形成了一個(gè)個(gè)暫態(tài)對地電壓,如圖1-_5所示。若在設備的金屬外箱殼上放置一個(gè)電容性探測器,該傳感器可感應到設備外表面的暫態(tài)地電波,再將信號傳輸到PD檢測儀。
暫態(tài)地電波的形成
地電波的強度隨PD脈沖寬度的增加而迅速減小,隨PD脈沖幅值的增加而增加,隨著(zhù)距離的增加而減小。因而地電波檢測法對于放電過(guò)程越快、越激烈、距離越近的PD檢測能力越強。該方法可以在設備運行條件下進(jìn)行,減少設備停電次數,提高供電可靠性。
絕緣中發(fā)生PD是一個(gè)復雜的物理過(guò)程,微觀(guān)上放電區域分子間會(huì )發(fā)生劇烈的撞擊,宏觀(guān)上表現為一種壓力波。PD是一連串的脈沖電流,由此產(chǎn)生的壓力波也表現為脈沖形式。通常PD激發(fā)的聲信號頻帶較寬,一般為10Hz-10MHz之間,其中頻率超過(guò)10kHz的波段稱(chēng)為超聲波。
PD源可以看作點(diǎn)脈沖波聲源,以球面波形式向四周傳播,與機械波一樣,在不同介質(zhì)中傳播速度不同,在介質(zhì)交界處同樣會(huì )發(fā)生反射和折射現象。若在設備外部安裝超聲波傳感器(通常采用壓電傳感器)即可接收到設備內部PD產(chǎn)生的超聲波信號。
聲學(xué)方法有一個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)就是PD的定位。PD的定位是根據其產(chǎn)生的超聲波傳播的方向和時(shí)間來(lái)確定放電位置的。超聲波方法是非侵入式的檢測方法,受電氣干擾小,主要用于定性地判斷PD信號的有無(wú),適用于不需斷電的PD在線(xiàn)檢測,如開(kāi)關(guān)柜內的PD,但不適合電纜PD的檢測。
目前絕緣劣化程度與發(fā)射的超聲波信號之間的強弱定量關(guān)系還不能確定,故該法在設備PD檢測中只能作為一種輔助測量手段。另外電氣設備的絕緣往往是多種材料構成的復合絕緣,結構復雜,各種絕緣材料對聲波的影響都不一樣,限制了PD超聲檢測法測量與定位的準確性。
超高頻檢測法(UHF)通過(guò)檢測設備內部因PD所產(chǎn)生的超高頻(300-3000MHz)電磁波信號,實(shí)現PD的檢測、定位和抗干擾。通過(guò)使用多個(gè)UHF傳感器,能夠較好地對PD源進(jìn)行定位。UHF傳感器不需要接觸到高壓部分,且可以進(jìn)行移動(dòng),適用于PD的在線(xiàn)檢測。
PD的UHF檢測法因檢測頻率高,抗干擾能力強和靈敏度高等特點(diǎn),近年來(lái)在氣體絕緣組合電器和電力變壓器PD檢測中獲得了比較成功的運用。由于XLPE電力電纜多層屏蔽結構和顯著(zhù)的低通濾波效應,造成UHF信號沿電纜傳播時(shí)衰減很快,UHF適合尺寸較小的XLPE電力電纜附件絕緣缺陷產(chǎn)生的PD進(jìn)行檢測。UHF法對PD的長(cháng)距離檢測、放電量的標定、放電嚴重程度判斷、放電類(lèi)型判別等方面需要大量的試驗研究和經(jīng)驗積累。
此外除上述方法外,電容藕合法、方向耦合法、差分法等方法,是在電纜本體植入相應的傳感器進(jìn)行電纜PD的監測。這些方法目前尚不成熟,都處于研究階段。雖然這些傳感器的植入并不會(huì )對電纜主絕緣造成影響,但這些方法需要對電纜本體進(jìn)行切割,破壞了外護層和金屬護套,電纜的完整性遭到破壞,水分等會(huì )滲入電纜絕緣中,促使水樹(shù)枝的產(chǎn)生與生長(cháng),破壞電纜的的長(cháng)期可靠運行。但若在電纜生產(chǎn)過(guò)程中就將這些傳感器植入,這些方法還是具有較好的研究?jì)r(jià)值的。