（国网山东省电力公司淄博供电公司 山东淄博 255000）
摘要：配电电缆是目前配网运行管理中的难点问题，有效实现对配电电缆绝缘状态的检测和评估至关重要[1]，本研究探索出具有创新性和先进性的新一代电缆绝缘监测技术，即基于振荡波的局部放电监测和定位技术。通过优化各主要模块：高压直流电源、高压电子开关、空心电抗器、分压器的结构设计，整合各功能单元，运用VB语言开发测试系统，成功研制配电电缆新型局部放电监测和定位装置。本文以基于振荡波的局部放电在线监测和定位技术为支撑，为电网公司电缆运行管理和维修提供技术支持。
关键词：配电电缆；局部放电；监测技术；定位技术
1 新型配电电缆局部放电监测单元优化
本项目研制的新型配电电缆局部放电检测装置的基本结构如图1所示，主要包括以下四大部分：直流源电感模块，内部装有K1（220V单相交流电源开关）；二（K2）为高压半导体开关；三是数据采集控制系统，四是检测装置的控制终端，包括控制单元和终端信号处理单元[2]。
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1.1硬件模块优化
（1）高压直流源模块
高压直流元模块采用倍压电路实现，在整流电容回路及直流源的出口处设置限流电阻R，考虑到直流源的输出电流最大为20mA及高压开关的通断能力等因素，实际设计中结合Pspice软件的电路仿真结果，最终限流电阻的取值为5kΩ。
（2）空心大电感
采用有限元法计算电感，Ansys软件中计算电感可以使用静态磁场分析法，在计算出线圈周围磁场分布后调用Lmatrix宏命令，直接计算线圈的微分电感矩阵。
假设电感由n个线圈构成，其中第i个线圈的元电流为Ii，则有
使用Ansys软件模拟有限元方法计算的线圈的总电感值为L = 720mH。
1.2高压电子开关模块
（1）整体模块概述
振荡波发生器的高压开关部分由6个基本模块串联而成，其中，每个模块包含一个3.3kV的IGBT、驱动板、高压隔离变压器和缓冲保护电路。
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图2 光纤接收器端波形
（2）光纤驱动模块
IGBT驱动模块采用光纤驱动，HFBR-1522型光收发器和HFBR-2522型光接收器件控制的发送和接收，1MBd的信号传输速率，在25℃工作环境下，光纤的有效距离可达55m，与TTL电路兼容，且接收器内部置入屏蔽层，可有效抑制干扰。
在驱动串联IGBT时，选用相同长度的光纤，光发送器（HFBR-1522）采用串联接法，在光收发器上接2m的光纤，在发送端施加控制信号，在接收端的使用Tek示波器观察控制信号，相应的波形如图2所示：
从上图可以看出，接收端的波形的时间差不超过30ns，基本上同步。
其中R为限流电阻，假定光发送器的串联个数为n，其工作电流为IF，单个发送器的正向电压为VF，则限流电阻可可)确定为：
（3）均压模块
均压技术采取串联IGBT实现，采用串联方式改善单个模块耐压不高的缺陷，在负载侧使用电阻静态均压方式，同时选用TVS器件钳位对IGBT的动态过程进行均压。本文中选用1500W的TVS器件钳位技术对IGBT进行动态保护。
1.3 数据采集控制系统
（1）分压器设计
采用电阻分压器采集试品两端的振荡波电压信号，耦合电容加检测阻抗的方式对局部放电信号进行捕捉。电阻分压器的分压比为10000：1；局放耦合单元采用1nF的无电感电容，使用RL型检测阻抗，电阻50Ω，电感1μH。滤波器频带设置在100k~50MHz，实现，具有1MBd的信号传输速率，在25℃工作环境下，光纤的有效距离可达55m，与TTL电路兼容，且接收器内部置入屏蔽层，可有效抑制干扰无源滤波器的结构如图3所示，相应的频率响应曲线见图4。
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图3 5阶带通巴特沃斯滤波器
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图4 滤波器的频率响应特性
（2）采集控制终端
数据采集控制终端的硬件结构分为两大部分：工控机、数据采集卡。
局部放电信号采集卡选用PCI-9820，支持5Kbps~1Mbps之间的任意波特率，内置50Ω和1.5MΩ的终端电阻。振荡波信号的采集和发送控制指令采用PCI-9221，提供两个16位的静态模拟输出。
1.4低压脉冲发生器
系统中的脉冲发生器是基于数字门电路进行设计。输出脉冲宽度可通过选择外定时元件CEXT和RT值来确定，脉冲宽度Tw=0.28RxCx（1+0.7/Rx）。
装置中设置5个不同宽度的脉冲档位：100ns、250ns、500ns、1us、2us。通过电位器R10进行脉宽调节。
1.5软件系统设计
系统开发软件采用Visual Basic 6.0（以下简称为VB）对局放信号用小波方法去噪，过程如下：
1) 试验中所使用的脉冲电源宽度为8ns，频率为2kHz，电压最高可达1kV左右；
2) 试验中用的电源为直流电源，范围在-20kV至+20kV；
3) 实验所需要脉冲时延在3μs以上，对空间电荷测试所需灵敏度较高，为0.6μC/m3，并且对分辨率同样有很高的要求。
2系统应用情况
2.1试品电缆信息
绝缘类型：交联聚乙烯绝缘；额定电压：15kV／8．7kV； 规格：3*240mm2；长度：1.2km；缺陷位置：距离被试电缆终端头大概606米处。
2.2试验步骤
使新型配电电缆局部放电监测和定位 装置按如下步骤开展试验：完成全部接线、视在放电量校准、荡波加压测试、数据分析处理。针对获取的实验数据利用振荡波数据分析软件进行分析，并对故障点利用电相位谱图进行定位。
2.3测试结果分析
通过对10kV配电电缆进行局部放电测试发现，当电压升至11kV后，放电信号出现在被试电缆中，130mV为局部放电的最大值。具体结果如图5所示。对其进一步分析可发现出现在电缆的中间接头处，软件定位距离为610m，而实际的接头位置为606m，两者的相对误差小于1%。
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图5 现场测试结果
3 结论
本文主要针对配电电缆新型局部放电监测和定位技术开展研究，得到的结论如下：
1）采用震荡波技术作为变频谐振装置产生高电压，有效减小了传统的工频耐压及变频谐振装置体积大、现场使用不便的缺点。
2）获取的局放信息和数据，准确的反映了局放位置以及被试电缆每一相的局放起始电压最大局放量（PDMax）。
3）实践论证，振荡波法电缆局部放电定位（OWTS）测试设备的使用，能够有效地检测出电缆本体和附件的质量缺陷。
参考文献
[1]陶诗洋，《基于振荡波测试系统的XLPE电缆局部放电检测技术》，《中国电力》，2009年1月；技术
[2]Lefev.A 张重午，《合成绝缘电缆的振荡放电的介质试验》，《电线电缆》，1990年6月；