高压电缆附件局部放电超高频检测与分析

林相华

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

上个世纪60年代，交联聚乙烯开始了极其漫长的发展，随着城市电网建设的不断扩大，交联电缆的应用越来越广泛。同时高压交联聚乙烯电力电缆附件的内部存在大量复合界面和电场应力集中现象，电缆附件的质量和寿命往往受到制作工艺以及人工经验的影响。因此，本文对高压电缆附件局部放电超高频检测进行研究分析有着一定的理论价值和现实意义。

一、高压电缆局部放电检测的目的及意义

现如今，电缆在其投入与运行的过程中，由于长时间与土壤、水分、潮气接触进而使得电缆的绝缘受到一定的腐蚀渗透。同时电缆制造以及其附件安装过程也存在一定的缺陷，导致了高压电缆绝缘的老化，从根本上使得电力电缆的电阻和电容发生了实质性的改变。但是电力电缆的绝缘击穿在一定程度上由于物理和化学效应的产生逐渐表现为局部放电，这一过程的实现为高压电缆局部放电的检测提供了一定的必要依据。

然而，为了更好的实现高压电缆局部放电检测，就要从根本上对电力电缆发生的故障点进行查找，但是就其实质性而言，故障点的查找过程是相当困难的，如果不能及时的对故障点的位置进行一定的查找，可能会造成极大的浪费与损失。同时为了对事故的发生有效加以抑制，往往通过对高压电缆附件局部放电超高频进行检测进而保证电力电缆的正常运作。总之，发现电缆故障隐患最有效的方法则是对局部放电进行一定的检测，从根本上保障电力电缆安全可靠的运行。

二、高压电缆附件局部放电的基本原理、产生的原因以及检测方法

（一）高压电缆附件局部放电的基本原理

图1 仿真高斯电流脉冲波形和频谱

由于交联电缆的绝缘体内部在其制造施工的过程中难免存在一些气泡残留和其它杂质的渗入，进而造成了局部击穿场强远远低于平均击穿场强，甚至还会存在放电的现象。同时在电场的作用下，由于存在局部的放电现象进而产生了一种局部的放电。往往这种局部放电在一定程度上使得导体间的绝缘局部短接进而造成导电通道的堵塞,然而，每一次的局部放电难免影响着绝缘介质，高强度的局部放电在一定程度上降低了绝缘强度。

（一）高压电缆附件局部放电产生的原因

第一、绝缘体中局部区域的电场强度在一定程度上超过击穿场强时，就会产生一定的局部放电。

第二、由于导体的直径相对太小，往往导体附近的电场相对集中时也会形成一定的放电。

第三、往往浮动电位的金属体在某种程度上出现感应放电。

（三）高压电缆附件局部放电超高频检测的方法

高压电缆附件局部放电超高频检测的方法主要有脉冲电流法、高频电流法、超声波法以及化学检测法、射频检测法以及光测法等方法。

三、高压电缆附件局部放电超高频检测的系统设计

（一）中间接头物理模型的构建

一般情况下，对于电缆物理模型的构建主要是针对于电缆缆心的构建，进一步的分析内部电磁信号的传播特性。往往在其构建的过程中通过借助于一种中间接头实现对电缆的连接，同时为了更好地保护内部电场分布的情况，往往将导电线芯和连接管有机的相连接。则在对等效电气参数进行选择的时候，一方面要从根本上对仿真条件进行满足；另一方面则要对半导电层对中间接头内部局部放电脉冲的影响进行考虑。

（二）激励源与便捷条件的设置

在对高压电缆附件局部放电的激励电流源进行模拟的时候，通常采用脉冲高斯函数，其脉冲峰值为10mA，脉冲的宽度则为1ns，1GHz为半峰值频率，激励源时域波形和频谱如图1所示。

然而，计算机的容量有一定的限制，往往需要在计算机区域的截断边界处给出吸收边界条件进而对计算的空间加以限定。而匹配层作为一种特殊的介质层，其波阻抗与相邻介质波阻抗是完全的匹配，进而入射波将直接的穿过分解进而进入匹配层。

（三）网格划分和边界条件

一般情况下。影响局部放电信号传播最主要的因素则是半导电层，由于完全匹配层是一种特殊的介质层，在匹配层的波阻抗无任何反射直接传入完全匹配层时，在一定使得介质有所损耗，同时在介质进入匹配层之后，透射波将会迅速的衰减，而有限的基层匹配层介质对于入射波有着良好的吸收效果。

四、仿真结果分析

（一）检测位置对局部放电超高频信号的影响

使得监测点位于接头、本体横截面上，并且在一定程度设置其角速度=90°，并间隔排列在金属护套内侧圆周上，通过对各个电场分量的比较，进而发现各个监测点电场强度在径向方向较大，同时其纵向分量相对较小，在一定程度上可以直接的忽略。最主要的原因则是电磁波在主绝缘投射进入半导电层时容易发生折射现象，但是由于半导电层的厚度相对较小，往往其折射可以忽略。总之局部放电电磁波在电缆内部主要是通过准TEM波传播的。

（二）接收距离对局部放电超高频信号的影响

（三）金属护套尺寸对局部放电超高频信号的影响

一般来说，不同尺寸的波导在一定程度上对超高频电磁波的传播有着不同的截止频率，而局部放电超高频信号能量的多少直接影响着截止频率。就其实质性而言，电力电缆的电压等级相对较低，从根本上说，金属护套更适应于局部放电超高频信号的检测，但是同样也加大了传感器尺寸设计的难度。

（四）半导电层尺寸对局部放电超高频信号的影响

一般情况下，半导电层主要是局部放电陡脉冲传播的影响因素。本体中的局部放电超高频信号畸变相对严重，同时其波头较为平缓，复制和振荡频率也有所降低，其原因主要是半导电层相对主绝缘，其电导率和介电常数相对较大，同时又是一种非线性频变的有耗介质，往往不同频率的局部放电的电磁波能够在该界面产生不同的折射和反射，进而导致能量衰减和波形畸变。

结语

总而言之，通过本文对高压电缆局部放电检测的目的和意义以及其基本原理作了主要的分析探讨，进而对高压电缆附件局部放电超高频检测方法和系统设计作了主要的说明，同时通过对半导电层和多层复合介质对局部放电超高频信号影响模型的构建，并对其仿真研究分析，进一步的对超高频信号内部绝缘缺陷产生的局部放电信号进行了有效的检测。

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