张盛昱
内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电局 内蒙古呼和浩特 010010
摘要：在经济稳健发展的21世纪，各项资源能源的短缺和需求，随着各行业的深入发展而不断增加，尤其在电力能源方面，需要对局部地区放电超高频率的监测，进行更加规律和严格的记录，以保证高压电缆附件的日常工作，防止因短时间用电压力增加导致的安全隐患。
关键词：高压电线；局部地区；超高频探测
前言
随着我国城市化进程的不断加快和内陆腹地地区的纵深发展，城市人口越来越多，超大型城市和新一线城市的数量不断增加，因此供电压力越来越大，针对这一经济现状，电力行业在进行技术提升的同时，也对电力安全问题有了更敏锐的认识。本文将从高压电缆局部放电监测意义出发，对高压电缆附件放电产生的原因和方法进行分析，然后通过仿真结果的研究，以便推动这一监测技术的广阔发展。
一、高压电缆局部放电检测意义
高压电缆局部放电监测的目的是为了发现电路故障隐患，以便在高压电缆安全运行的同时，防止突发性的、猛然的电路中断，造成电路使用地区的经济损失【1】。现如今因为电缆承担起跨地区、越省份的架设情况，在地区架设过程当中受到天气等影响，而且因为电路一般工作运行时间较长，地区建设程度较广，所以在长时间工作运行中难以受到及时的检测，容易引发安全问题。所以对局部放电检测存在众多困难，如果能够对数量庞大、分支众多的电路故障进行迅速的排查，方便监测位置的定位，就能够做到从大规模场路线多分叉的电路架设中，找到故障发生的精准位置，从而避免大量人力物力的浪费，保证高压电缆的安全运行。
二、高压电缆局部放电检测概况
高压电缆局部放电监测技术，总的来说是通过建立交联聚乙烯电缆接头的数字物理模型，然后在时域有限差分法基础上，对内部的pd超高频电磁波传播特性进行数据的仿真，方便研究电力监测的位置定位，和合金属护套以及电路必备半导垫层等因素的信号变化和能量衰减。因为高压电缆局部放电监测的重点是在电缆附件，而电力电缆附件的质量和寿命常常是人工经验和制作工艺的双重因素所决定的，所以电缆附件是高压电绝缘的薄弱环节，经常发生电路故障，电缆附件也因此成为监测工作的典型部位【2】。Pd信号监测法是因为它的监测频率能够一定程度上抗干扰，而且比较灵敏的找到电力信号，尤其是近年来，在气体绝缘组合电器和电力变压器的监测过程中，该监测法能够做到对小尺寸电力电缆附件绝缘缺陷进行灵敏的检测，所以其在长距离监测方面有所不足的缺点也能够被一定程度上接受。
三、中间接头物理模型的构建
在国际环境将构建电缆物理模型，针对电缆缆芯的情况下，合理构建电缆附件的物理模型，就需要从更深的层次发展。合理构建电缆附件的物理模型，对于传播特性的研究来说至关重要，尤其是对于内部电子信号来说，检测电缆附件绝缘缺陷能够较快速的规避电路运输的风险，一般来说，物理仿真模型通常是由电缆的剖面组成，在中间接头部分，一般是由硅橡胶主导绝缘作用，而橡胶预制应力锥和金属连接管等和半岛电内（外）屏蔽共同组成严密层状结构，保证接头部分电路的稳定和不泄露。在缆芯部分，通常由导电线芯、半导电内（外）屏蔽及金属护套组成，这些基本的组成是为了在不影响内部电场分布的情况下，保证导电线芯和连接管之间的完美契合。同时，因为高压电线通常架设在野外，而且胯度较高，所以需要准备较为严密的防水层，防水层的材料大部分为非组阻词绝缘材料，在pd信号的传播过上削减度为零。
例如半岛垫层绝缘体相对介电常数为28-32，而电导率为2 S/m，所以导电硅相对电常数为90，导电率为0.5 S/m，在进行物理模型实验时，要注重由于硅橡胶和半导电层的电气参数具有自身物理性质，所以说这部分接头内部介质有显著的频变特性，在进行电气参数模拟时，要选用具有仿真条件和现实效果的结果进行实验，尤其要注重内部pd脉冲影响的规律性变化，在学科计算中，保证误差较小【3】。
四、借助数学进行模型建立
FDTD是由于复杂电磁问题的计算而产生的计算方法，她把含有时间变量的旋度方程转化成了一组差分方程，因此能够做到时间轴上的空间解答，也就是说，通过电场和原质的数据旋度方程，Maxwell的两个散度方程能够在边界条件中进行展开，而网格单元尺寸的给定数据，能够满足物理模型在几何形状和电尺寸上的计算精度。同时，数学的数据选择也需要考虑仿真性，尤其是半导体电层，实际厚度对pd信号传播的影响，同时为了减少pd数字化计算产生的色散等情况，对模型的改进应尽量满足UHF范围内数据稳定性，常用的划分有立方体胞元划分。除了数学上数字的选择之外，在其他数据的选择上，也需要模拟局部放电的真实性，例如激励电流源选择的脉冲值为10 mA，脉冲宽度为2 ns，半峰值频率为1.5 GHz。那么由于计算机容量的限制，以上给定的数据只能在有限的区域内进行，而计算区域的截断编辑有可能和真实的情况相对应，所以在物理数据的模拟过程当中，需要对典型数据进行记录和分析的的同时，也要对少数数字进行模拟的记录。
五、仿真与实测结果的分析
检测结果的分析通常和物理模型给定数据有直接的联系，而这些数据的变化是和实际电力监测的位置息息相关的，例如电力监测的位置，对UHF位置的信号影响，就会因为监测点的位置不同而产生偏差，由于监测点设置在缆芯、街头横截面上，而且角度发生变化，所以传感器的设置要尽量安排在金属护套内侧。比较典型的一点是，通过对接头和缆芯内个监测点的积累能量探测，当放电点和加测点夹角不同时耦合的电场能力随之会发生较大的变化，因此，电缆接头内部和电厂模式在GIS上很相似，如果将UHF传感器安装在和电源接下平行的位置，就能够获得比较稳定、客观且真实的检测结果，这对电压线的现场作业来说具有不可忽视的指导性意见。
同样的，根据微波理论不同尺寸的波导物体对UHF电磁波的传导，也具有不同的影响程度，例如在截止频率上，UHF信号的能量受到实际生产护套的影响，往往是因为尺寸的问题，经过实验数据，可以从70 mm和90 mm外径的金属护套出发，在其他条件参数不变的情况下进行实验，可以看到小尺寸的金属外壳，更适合UHF电磁波的pd检测，但是小尺寸金属护套的，在实际的户外工作中信息数据采集更加繁琐，所以在系统的不断完善过程中，要避免仿真实验的想当然。在验证仿真结果的时候，利用实验室研制的内置宽频带圆环器，传感器对pd信号进行实测，而且将内置传感器的性质和不同长度射频信号电缆进行区别对待，以试验平台电气接线图的安全性，
总结：总的来说，UHF信号的物理监测需要从半导体电层和多层复合阶层等方面综合考量，并且在利用物理模型和实践数学模型的基础上进行稳定性的算法，在研究之中，不难发现金属护套和半导体层的性质和大小与电缆缆芯传播的信号幅值有最显著、最直接的变化，而这些变化能够指导日常电力故障监测技术的发展。同时值得注意的是，因为我国高压电建设的地区广泛，不同区条件下，高压电线的数据都需要出于实际情况，注重真实放电的多样性和不确定性，保证安装位置随地区和气候的位置有所调整，不能一以概全进行单一的实验室模型，
参考文献：
[1]卞佳音. 高压电力电缆故障监测技术的研究[D].华南理工大学,2012.
[2]胡凯. 高压电缆附件局部放电在线监测方法研究与系统设计[D].湖南大学,2010.
[3]唐炬,李伟,杨浩,张晓星,魏钢.高压电缆附件局部放电超高频检测与分析[J].高电压技术,2009,35(07):1571-1577.