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基于高频局放检测的电缆绝缘诊断系统设计研究

发表时间：2021/5/18 来源：《基层建设》2020年第35期作者：朱洪亮唐顺国于延锐

[导读] 摘要：针对目前高压电缆现场常用的高频局部放电检测，设计开发了一种高频电流局放检测诊断系统。

        日照钢铁有限公司山东省日照市 276800
        摘要：针对目前高压电缆现场常用的高频局部放电检测，设计开发了一种高频电流局放检测诊断系统。介绍了仪器的软硬件设计、信号分离及故障定位技术，提出采用脉冲阈值滤波与脉冲聚类相结合的方式对噪声进行滤除和分离。所开发的设备在实验室进行了传输阻抗、检测频率、灵敏度、线性度、抗干扰性等性能验证，并进行了现场带电检测。结果证明所开发的设备满足相关规程检测精度要求，可以用于高压电缆的带电检测及故障诊断测试。
        关键词：高压电缆；高频局放；故障定位结语
        1、PD3271 高频局部放电检测仪简述
        1.1产品概述
        PD3271 高频局部放电检测仪可实现对试验线路三相电缆的同步实时检，连续观测电缆线路的局部放电情况，利用智能诊断技术自动分析其运行状态，给出运维建议。适用于额定电压 500kV 及以下交联聚乙烯绝缘电力电缆的线路本体、户外终端、气体绝缘终端（GIS 终端）、油浸户外终端（包括瓷套和合成绝缘套）、直通接头及绝缘接头的局部放电信号检测，重点位置短期监测及智能化诊断。

本系统采用高频电磁/电流检测技术，当电缆试品在运行状态下或在耐压试验电压下产生局部放电时，短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号和感应电流脉冲，经过安置在电缆本体上的电容式传感器或接地线上的高频电流传感器转化为电信号，数据采集卡采集后传入设备主机的数据总线中。检测主机单通道采集信号频率不低于 30MHz，可同步接收三相检测数据和工频信号，内嵌局放分析数据库，进行实时数据初步分析和处理，并完成数据记录和自动报告生成。
1.2系统软件

        系统功能：实时采集、存储、分析监测对象局部放电数据；可动态设置信号采集参数和自动停止采集参数；实时显示采集信号的时域与频域谱图；可实时查看工频信号时域-频域相位谱图；可对局放信号和非局放信号进行分类显示；可对时域信号范围、中心频率、带宽等进行动态调整；实时统计局放信号频次并绘制放电次数变化曲线；结合专家数据库分析信号特征，准确判定信号类型。
        1.3产品特点
        采用高频检测技术信号，准确截获 50MHz 以下有效局部放电信号；抗干扰能力强，系统可以准确排除外界干扰，分离局放信号；系统稳定性能好，设备可热插拔，适应各种复杂环境；具有庞大的局放数据专家库，准确给出相应维护建议；检测结果准确，状态评价结论与局放发展实际相符率高；检测效率高，三相同步检测，每组 15 分钟左右完成现场采集。
        2、软件设计原理
        2.1功能模块
        软件可以对原始数据进行分析和处理并生成ＰＲＰＤ谱图、ＴＦ谱图等各类谱图，进而结合特征指纹库来确定被检测设备中所存在的缺陷类型，也可以通过安装双端高频电流传感器实现缺陷位置的确定。
        2.2信号分离
        信号分离高压电缆护层接地线中混杂着各类干扰信号，有的来自地网的载波干扰，也有来自带电体连接的套管或架空线部分的电晕干扰。同一个局放源产生的信号是十分相似的，通常采集数据中包含的信号来源不止一个。干扰信号的分离一般通过提取所测信号的特征量，比如幅值特征、等效时长、等效频率等，进而对所提取的特征量进行分类。幅值特征是传感器所检测到的脉冲信号的幅值大小，以ｍＶ为单位。
        2.3故障定位
        当进行电缆高频局放检测时，需同时检测三相电缆，通过对比不同电缆检测到的脉冲电流的波形，判断所检测到的信号是否为干扰信号。另外根据单个脉冲电流的起始沿方向，可以判断局放信号是从哪一相电缆传出的。确定局放信号来自哪一相后，再针对此相电缆进行精确定位。电缆局部放电精确定位多采用行波法（又称时域反射法），其基本原理是利用局部放电信号在电缆中以行波的方式传播的特点，通过测量检测端采集到的入射波脉冲与反射波脉冲之间的时间差，可计算出局部放电的发生位置。
        3、实验室调试
        3.1传输阻抗测试
        传输阻抗接线原理电阻为50Ω无感电阻，用Ｒ０表示，信号发生器Ｕｓ产生的测试信号为１０ｍＡ～３０ｍＡ正弦电流信号。测试信号频率从０ＭＨｚ至５０ＭＨｚ变化时的传输阻抗曲线，在０．１ＭＨｚ～５０ＭＨｚ频率范围内，本传感器的传输阻抗均值大于５，性能优异。
        3.2检测频率测试
        通过信号发生器Ｕｓ输出电压，且此电压频率可调，通过Ｒ０使试验回路产生５ｍＡ～１０ｍＡ的正弦电流信号。在０．５ＭＨｚ～５０ＭＨｚ范围内调整频率，在示波器测量电阻Ｒ０两端的电压的同时，监视电流并使电流保持不变。在３ＭＨｚ～３０ＭＨｚ频段内，高频电流传感器的幅频特性曲线较为平滑，最大值位于３ＭＨｚ～３０ＭＨｚ之间，且６ｄＢ带宽大于２ＭＨｚ，高于国网标准。
        结语
        本文设计开发的一种高压电缆高频局部放电检测仪器。介绍了仪器的软硬件设计，并进行了实验室调试及现场应用。镍－锌软磁铁氧体材料的高频电流传感器在灵敏度、线性度和抗干扰能力方面性能较优，满足相关规程及现场测试精度要求。采用脉冲阈值滤波与脉冲聚类相结合的方式可以对外界干扰噪声进行有效的滤除和分离，采用对比单个脉冲信号的上升沿方向和时间差可以对局部放电位置进行定位。
        参考文献：
        [1]侯瑞，杨学宝，赵建利.开关柜内电缆绝缘表面沿面局部放电带电检测[J].江西电力，2020，44（12）：20-22.
        [2]张大宝，苏峰，李志强，吴治勇，廖渊.基于综合带电检测的故障诊断技术[J].中国设备工程，2020（22）：10-11.
        [3]程哲.基于改进型内置耦合传感器的电缆局放检测及信号分析研究[D].重庆大学，2019.