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电力电缆高频局部放电检测及诊断方法

发表时间: 2019-03-29 22:39:00

作者: 武汉华顶电力

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检测方法

高频局部放电检测具有非嵌入式检测,不同电力设备结构区别较大,从而对应的高频检测方法略有不同,但检测原理及局部放电检测装置基本一致。下文对电力电缆及其它电力设备分别介绍高频局放检测的具体操作方法。

电力电缆

电力电缆局部放电带电测试前,需对检测系统进行性能校验,其方法可参考IEC 60270局部放电测量方法中7.3部分进行校验,确保检测系统可以正常工作。在线带电测量时,针对局部放电检测系统的灵敏度校验,CIGRE B1.28工作组提出可在一端HFCT处直接注入校准脉冲,在各接头或另一端进行测量。但该方法受传感器性能、电缆长度及电缆种类等因素影响,倍受质疑。因此利用高频电流互感器进行带电检测时其系统灵敏度校验方法一直没有达成统一共识[16]

电力电缆局部放电带电测试时,HFCT测量位置示意及实物安装图如图5-5、图5-6所示。通常HFCT卡装在电缆本体、中间接头接地线以及终端接地线上。对于直埋电缆,可以在电缆中间接头检修工井电缆外护套交叉互联接地线或直接接地线上卡装HFCT方法进行检测,如果条件允许可以开挖电缆接头及本体,在电缆接头和本体上卡装HFCT进行辅助检测;对于隧道内电缆,应综合采用以上两种方法进行检测;对于电缆终端头,在保证安全、具有充分手段和条件情况下,可在电缆终端头接地线上卡装HFCT进行局部放电检测。

测试过程主要包括如下基本步骤:

(1)安装高频局放传感器,连接检测装置的电源线、信号线、同步线、数据传输线等一系列接线,并开始检测;

(1)观察数据处理终端(笔记本电脑)的检测信号时域波形与对应的PRPD谱图,排除干扰并判断有无异常局放信号;

(2)确定存在异常局放信号后,可利用去噪、模式识别以及放电聚类等方法进一步识别(详细介绍见诊断方法);

(3)对放电源进行定位,结合放电特征及放电缺陷诊断结果给出检测诊断结论,并提出检修建议。

图5-5 电缆本体及接头HFCT安装示意图  图5-6中间头三相交叉接地箱内HFCT安装图

现场电缆局部放电带电测试时应注意以下事项:

  1. 根据现场测试环境应准备相应的防护和工作器具,如在电缆隧道内工作应确认隧道内是否存在有毒易燃气体并采取相应手段予以排除。
  2. 对于在电缆互层交叉互联接地线和直接接地线上进行的测试工作应使用合适的工具打开接地箱,在开启过程中严禁接触裸母排等导体,传感器的卡装等操作应佩戴10kV电压等级绝缘手套。
  3. 对于电缆终端下方的测试应保证所有操作处于电气安全距离范围内。其他电力设备

对于其他电力设备,如旋转电机、开关设备以及变压器等,利用高频电流互感器进行局部放电检测方法与电缆类似,都是在连接设备电缆本体或接地线上进行测量,图5-7是几种利用HFCT进行带电或在线监测时的检测示意图。对于这些设备,在进行局部放电测试前,同样需要对局部放电检测系统进行校验,以确保检测设备的正常运行。由于开关柜、旋转电机等正常运行时电压均较高,在进行传感器安装、设备调试过程中务必佩戴相应等级的绝缘手套以及在一定的电气安全距离内操作,确保人生安全。

图5-7 带接地引下线设备高频局部放电检测原理图诊断方法

对于不同电力设备,高频局部放电检测的诊断方法基本一致,主要包括两大部分:噪声抑制及放电信号区分、局部放电源的准确定位。

  • 噪声抑制、干扰排除及局放缺陷诊断

对不同电力设备进行高频局部放电检测时,高频传感器耦合出来的信号并非单纯的放电信号,而是混合着电磁干扰噪声,如何将干扰噪声去除是局部放电带电检测过程中较为困难和关键的问题之一。

按照时域波形特征,外部背景噪声主要包括周期型干扰信号、脉冲型干扰信号和白噪声干扰信号。针对不同干扰信号的特征和性质,需采用不同的抑制措施。在已有的各种系统中,干扰信号抑制主要包括硬件和软件两个方面的措施。虽然硬件抑制方法有一定的效果,但是现场干扰会随着环境、设备负载以及运行方式的改变而改变,硬件抑制方法难以达到理想的效果。

随着数字信号处理技术的发展,高频局部放电检测中的干扰抑制措施主要依靠软件实现。目前常用的数字化抗干扰方法主要有:脉冲平均法、数字滤波法、信号相关法、神经网络法以及小波分析法。小波变换是基于非平稳信号的分析手段,在时域、频域同时具有良好的局部化性质,非常适合于不规则、瞬变信号的处理,越来越多的用于高频局部放电检测的干扰抑制措施中。

对于放电信号的区分,一方面可利用前述的抗干扰技术,将外界干扰噪声抑制到较小水平,另一方面也可通过与不同缺陷放电特征数据库进行对比,即进行放电信号的模式识别。模式识别的主要步骤包括放电信号的测量、放电信号特征提取与分类和特征指纹库比对三个步骤,从而判断所测信号是否为真实的放电信号以及是何种放电。一种模式识别方法是利用相位统计谱图的形状特点,通过计算统计谱图的偏斜度、陡峭度以及相互关联因素等特征参数,从而对缺陷类型进行确认和识别。另外一种是聚类分析法,该方法主要将放电信号按其各自的等效频率、等效时长或其它与波形相关的特征参量进行分类,形成时频域映射谱图。时频谱图的特点是多个放电源、不同放电类型的局部放电脉冲会被映射到不同聚点,这样便于在局部放电相位谱图上将真实放电和噪声干扰区分开来如图5-8所示。还有一种聚类原理是利用三相同步局部放电检测技术,对耦合到的信号进行幅度、相位或频率的计算,从而进行分类,如图5-9所示。
图5-8  局部放电时频映射谱图[16]   图5-9 三相局部放电同步检测聚类谱图[28]

(二)放电源的定位

对于电力电缆运行情况下局部放电源的定位,较为简单的方法是利用高频局部放电检测传感器在电缆终端、各个接头处分别进行局部放电信号的检测,通过对比分析不同传感器位置放电信号的时域和频域特征,来进行放电源的大致定位。该方法主要利用的是放电脉冲信号在电缆中传输衰减原理,随着放电信号的传播,放电信号幅值减小,上升时间下降、脉冲宽度变宽,信号高频分量严重衰减等,因而可利用这些特点大致判断出放电源的位置。但值得注意的是该方法较为粗略,精度较低,仅能大致判断出在哪个接头附近或哪两接头间存在缺陷。

另一种方法是利用分布式局部放电同步检测技术。该方法与上述方法类似,但不同的是在连续几个接头处进行同步测量,根据不同测量处耦合到同一脉冲信号的幅值大小、极性以及到达时间的不同而准确定位放电源的位置。该方法已在电缆在线局部放电监测中逐渐展开应用,如图5-10所示。图5-10 分布式同步局部放电检测技术

还有一种方法是进行双端局部放电定位。该方法采用的仍为脉冲反射(TDR)原理。对于较长电缆,放电信号的严重衰减会导致反射脉冲不可分辨,因此有必要进行双端局部放电定位:在电缆两端分别安装高频检测传感器,在电缆远端同时安装便携式应答装置和大幅值脉冲发生器。当在远端检测到放电脉冲信号时(高于设定阈值),便携式应答装置被启动,触发大幅值脉冲发生器发出一个幅值较大的脉冲,从而可根据原脉冲与大脉冲信号之间的时间差对电缆缺陷进行准确定位。

对于其他电力设备,如变压器、互感器等,利用高频局部放电检测传感器定位的应用较少,对应的局部放电源定位可采用超声波、特高频等方法实现

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