电缆绝缘检测过程中局部放电量的校准及定位问题研究
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【摘要】运行中的电缆当发生了树枝状老化时，为了保证电缆的可靠运行，及时发现异常现象，掌握电缆绝缘的老化状态，以避免事故的发生，对电缆绝缘老化检测方法的研究就显得尤为迫切，尤其是对电力运行部门及用户，如何找到一种切实可行的办法来检测现场运行电缆的绝缘成了急需研究的问题。
【关键词】电力电缆；绝缘检测；局部放电；校准定位；脉冲幅值；检测阻抗；功率因数
0 引言
与架空线路相比较，电力电缆的主要优点是：①因受外界因素（如雷害、风害、鸟害等）的影响小，所以它的供电可靠性高；②电力电缆是埋入地下的，工程隐蔽，所以对市容环境影响较小，即使发生事故，一般也不会影响人身安全；③电缆电容较大，可改善线路功率因数。
在局部放电测量中测试仪器上出现的信号（脉冲幅值），究竟代表多大的放电量，需要通过放电量的校准才能确定。
电测法局部放电检测系统的定量校正是根据视在放电量的定义，如果定量校正试品Cx产生的局部放电量，可以用幅值为U0的方波电压源串联小电容C0组成人工模拟支路并将产生的放电量q0注入与Cx两端，此注入的电荷量为q0=U0C0，这时在局部放电检测仪的显示器上可测得脉冲高度H0，则放电量的分度系数为：
经过校正后，应保持检测系统连接回路不变以及系统的放大倍数等其它参数都不改变，即保持检测系统分度系数不变。曲调校正用的人工模拟支路后，对试品按试验规程施加试验电压。当试品产生放电时，在显示器上读得的脉冲高度为H ，则试品的视在放电量为：
国家标准《局部放电测量》推荐了直接法和平衡法测量回路的直接校正电路，如图所示。如果将人工模拟支路产生的放电量q0注入检测阻抗Zd两端称为间接校正，采用间接校正方法得到的分度系数进行放电量标定时，实际的放电量是分度系数K0、回路衰减系数Kl以及脉冲高度H三者的乘积，其中回路衰减系数Kl通常以测量方式求得，其方法是：采用间接校正回路测得分度系数K，采用直接校正回路测得分度系数K′，则：
（1）直接校准
将已知电荷量Q0注入试品两端称为直接校准，其目的是直接求得指示系统和以视在放电量Q表征的试品内部放电量之间的定量关系，即求得换算系数K。这种校准方式是由 GB/T7354-2003 推荐的。直接法和平衡法测量回路的直接校准电路，如图1所示，其方法是：接好整个试验回路，将已知电荷量q0=U0C0注入试品两端，则指示系统响应为LN。取下校准方波发生器，加电压试验，当试品内部放电时，指示系统响应为LX，此时可换算系数为：
式中：N1为局部放电仪放大器测量时的倍率档位（1-5），N2为局部放电仪校正时的档位（1-5）（此时倍率为每档 10 倍，第 5 档为放大倍数最大，否则应为 N2-N1）。
则测试的视在放电量 Q 为：
式中：Q 为视在放电量，pC；U0为方波电压幅值，V；C0为电容，pF；KH为换算系数。
为了使校准保证有一定的精度，C0必须满足下式：
式中：Cm为测量阻抗两端的等值电容。
（a）并联法直接校正回路 （b）串联法直接校正回路 （c）平衡法直接校正回路
（2）间接校准
将已知电荷量Q0注入测量阻抗Zm两端称为间接校准，其目的是求得回路衰减系数K1，并由校准脉冲相比较而直接读出放电量值。直接法和平衡法测量回路的间接校准电路，如图2所示。
（a）并联法间接校正回路 （b）串联法间接校正回路 （c）平衡法间接校正回路
图2中的是高压对地的总杂散电容，其值随试品和试验环境的不同而变化，是个不易测得的不定值。因此，通常以测量的方式求得回路衰减系数K1，其方法是：接好整个试验回路，将已知电荷量Q0注入测量阻抗Zm两端，则指示系统响应为β。再以一等值的已知电荷量Q0注入试品Cx两端，则指示系统响应为β′。这两个不同的响应之比即为回路衰减系数K1：
则视在放电量：
直接校准时，加电压试验的校准方波发生器需脱离试验回路，不能与试品内部放电脉冲直观比较。间接法校准时，校准方波发生器可接在试验回路并能与试品内部放电脉冲进行直观比较。
2 干扰抑制
2.1 干扰的形式
在局部放电测量中，往往由于外部干扰信号的影响而使测试结果产生误判断，甚至会使测试无法进行，因此有效地消除和抑制干扰是局部放电测量的重要环节。局部放电测量时的干扰主要有以下几种形式：
（1）电源网络的干扰；
（2）各类电磁场辐射的干扰；
（3）实验回路接触不良、各部位电晕及试验设备的内部入电；
（4）接地系统的干扰；
（5）金属物体悬浮电位的放电。
2.2 干扰的抑制措施
（1）各个通道间尽可能拉开一定的距离，特别要避免通过高阻相连。 例如多路信号传递时本可共用一个集成片子，为避免不同通道间干扰最好分别选用几个片子。
（2）采用单点接地。多点接地时容易在地线回路上有环流引起共模干扰。各个部件、单元均自成回路，不要共用地线，特别是数字电路和模拟电路的地线更需分开，以防止相互间的共模干扰。
（3）隔离。信号通过一定的隔离措施再传递到另一单元，以避免各单元间的相互干扰。常用的隔离方式有：隔离变压器、光电耦合器、光电光纤信号传输。
（4）高压引线选用较粗的铜导线，在接线处均套上均压罩，以保证在被试品上发生局部放电是高压导线无电晕放电。
（5）为了防止电源噪声流入到测量回路来，以及被试品局放脉冲流到电源去，在电源和测量回路间接入一个低通滤波器。它不但可以滤去从电源来的高频干扰信号，而且还可以改善电压波形和阻止试样中局放信号被变压器入口对地分布电容所短路。
（6）屏蔽技术。通常用金属材料或磁性材料把所需屏蔽的区域包围起来，使屏蔽体内外的“场”相互隔离。另外，工控机采用屏蔽机箱。机箱的屏蔽材料一般采用铜板、铁板、铝板、涂锌板等，厚度约为 2.2-0.8mm。这些金属板对电场、高频磁场和电磁场的屏蔽效能都很大，可达到160dB。
（7）平均技术。这是用软件即数据处理的方法抑制干扰，主要是随机性干扰。采用平均技术需确定采样率、每次采样样本的容量以及样本数，而这些采样值的采样周期必须是严格相同的。
（8）滤波技术。使用各种带通滤波器可有效地消除和抑制连续的周期性干扰。带宽和中心频率的选择视干扰信号的频带而定。窄带抗干扰性好，能抑制通频带以外的干扰信号，但也容易造成信号某些频率成分的过分丢失；宽带虽可测得信号的频率成分比较丰富，但又不利于抑制干扰。除了硬件滤波外，还可利用数字滤波技术抑制干扰，主要针对连续的周期性干扰，可用于局部放电脉冲信号的监测中。
3 电缆长度测量与局部放电定位
3.1 电缆局部放电单端定位法
当局部放电发生时，局放脉冲从放电点向电缆两侧传播。其中一个入射波经过沿电缆线的衰减和畸变后直达测量端，由检测回路响应后，经检测阻抗进入检测装置放大并显示，称为直达脉冲，另一个反向传播的放电脉冲先到达远端发生反射，反射波沿电缆全长 L 传播到达测量端经检测回路显示，称为反射脉冲，如图 3 所示。
如果直达脉冲和反射脉冲都能被识别，就可很容易地确定局部放电位置。设直达脉冲到达检测仪的时间为 t1，反射脉冲到达检测仪的时间为t2，则由两个脉冲的时间差T可确定局放位置：
3.2 利用同步收发仪进行电缆局部放电双端定位
局部放电单端定位法步骤简单，操作简便，但在实际应用中，由于反射的脉冲太弱，或存在其他反射脉冲、噪音以及波形失真带来的干扰，使用这种简单的单端测量方法，比较难实现局放点的定位。因此，如果第二个脉冲（反射脉冲）能够明显强于噪音信号，定位就会容易得多。
在测量时，为了增强反射脉冲，使之能够从背景噪音中突显出来，可以使用同步收发仪。该仪器包括一套放电触发单元和一个脉冲发生器，其基本工作原理是利用放电触发单元探测到一个小的脉冲后，再利用脉冲发生器注入一个很大的脉冲，这样便可确保在电缆的测量端能够检测到一个“反射”的脉冲。这种定位方法非常简单，只要局部放电脉冲清晰，且使用同步收发仪时方法规范，定位结果就会清晰明确。
4 结束语
随着电缆应用成本的下降和城网改造计划的实施，采用地下电力电缆线路取代架空输电线路的输配电方式已成为城市输配电网今后发展的主要趋势。因此，掌握电缆绝缘的老化状态，对电力事故的预防及控制都有重要的指导价值。
【参考文献】
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[2]唐炬，宋胜利，孙才新，等.局部放电离散谱干扰的小波包变换熵阈值抑制法[J].电力系统自动化，2003，27（3）：54-57.