深圳供电局有限公司 广东深圳 518020
摘要：高压电缆线路塔上终端远离地面，且接地线安装于终端平台，因安全距离不足等问题导致无法直接在终端塔上开展局放测试，本文提出基于5G+无人机辅助的VHF局放检测技术，该技术采用无人机搭载VHF传感器、信号放大器和5G传输设备，将空中采集到的微弱局放信号经过信号放大器成倍放大后，利用5G传输设备低延时、海量传输的优势，实时传输至地面数据分析平台，一站式解决电缆塔上终端无法开展带电局放检测问题。
关键词：5G技术、无人机、塔上电缆终端、局放检测。
0引言
随着城市的不断发展，高压电缆线路是城市主网大动脉的重要组成部分，原有的架空线路已逐淅被高压电缆线路所替代。目前，架空与电缆的混合线路在输网电缆线路中占有很大的比重，电缆终端是实现架空与电缆连接的设备。目前我国对供电可靠性的要求越来越高，高压电缆的安全稳定运行对城市电网稳定具有重要意义，高压电缆线路绝缘状态检测目前最有效的手段是局放检测，开展高压电缆终端局放检测的前提条件是可以在接地线安装检测HFCT[1]-[5]，但是，由于高压电缆终端大部分位于架空铁塔上，无接地线引至地面，因此无法开展局放检测。2018年无人机辅助带电局放测试技术的提出，对该问题的解决提供了完整思路，但就甚高频传感器与示波器之间的信号传输方面仍然存在较大的局限性[6]，基于5G+无人机的VHF局放检测技术，采用无人机搭载局放信号采集器、信号放大器和5G传输设备，可将在空中采集到的微弱局放信号经过信号放大器成倍放大后，利用5G传输设备低延时、海量传输的优势，实时传输至地面数据分析平台，实现对塔上电缆终端局放信号一站式检测。
1 测试系统组成
测试系统由5G模块+无人机带电局放检测系统组成。无人机搭载传感器、信号处理器、USB示波器套件、无线同步信号接收装置以及5G通讯装置模块对被测设备进行测试并将测试信号通过5G传输模块一站式传到地面进行分析比对，如图1所示：
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图1 无人机带电局放检测系统组成
1.1 VHF传感器
考虑到检测时传感器接近裸露高压电极时危险问题，将半波振子传感器进行折叠成方形，甚高频传感器示意图所示，实验中，此传感器在距终端应力锥处约3.16米处测试到局放信号[6]。通过同轴电缆引线与放大器连接。根据信号频段国际划分，30-300MHz为甚高频VHF，为实现远距离非接触性测试户外电缆终端局放信号，设计传感器中心频率100MHz。在距终端应力锥处约3.16米处布置传感器，
1.2 放大器
从传感器获取的信号非常弱小，因此需进行信号放大，要实现不低于40db放大倍数，因此采用级连信号放大方式。
1.3 示波器
为考虑无人机载荷及便携性，示波器采用USB便携式示波器如图3所示（带宽500MHz、采样率5GS/s、4通道）。
1.4 5G传输模块
因为局放检测距离220kV电缆终端3米、110kV电缆终端1.5米，采用有线信号传输时，信号线会横向摆动，存在高压电极对其放电的风险，笔者在此采用5G无线传输方式。5G技术相对与4G技术具有低时延、大容量、高速率等优势，可满足真实图谱的获取，如表1所示。
表1 4G和5G关键指标对比
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1.5 无人机选型
载荷无人机：在距离电缆终端1.5m-3m的距离进行带电局放检测，为保证安全性，无人机须满足高稳定性、抗干扰性，同时具备4.5kg的负载能力。大疆无人机目前在电力行业内被广泛应用，经纬M600Pro相对于同级别无人机具有以下优点：1、采用模块化设计，可以对局放检测提供可靠的高性能飞行平台。2、经纬M600Pro标配三余度A3Pro飞行控制系统，配备有三套IMU和GNSS模块，载重为6kg，配合软件解析余度实现6路冗余导航系统，模块安装具有避震处理，数据更精确，满足负载的同时保障无人机稳定可靠的飞行表现和精确操控。3、内置飞行参数自适应的功能实现不同负载下的参数免调，可满足伏在设备的任意调整。4、可配备高精度D-RTK GNSS，大幅提升飞行可靠性，有效消除电磁干扰并提供厘米级的定位精确。笔者在此选用大疆经纬M600Pro作为载荷无人机。
伴飞无人机：为了对载荷无人机位置和高度进行监控来保障测量数据的准确性，在测试过程中设有伴飞无人机。伴飞无人机需满足应有GPS模式、自动跟踪功能，本研究笔者选用大疆御Mavix Pro专业版。
2 现场局放实测
2.1 测试方法
机载示波器其中一个通道连接接无线接收器，同步信号通过无线发射器传输到示波器作为同步相序如图2所示。无人机搭载VHF传感器及其他装置升空对电缆终端的信号进行采集，采集到的信号通过5G传输模块传输到地面站，由地面工作人员进行分析并留存截图，达到检测的目的。
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图2 同步信号采集
2.1 现场实测
使用该技术对深圳供电局110kV某某I线户外终端进行带电局部放电检测，无人机搭载VHF传感器在终端塔附近的地面上进行背景噪声检测，图谱如图3所示。然后无人机升空至电缆终端同一平面对电缆终端附近信号进行采集如图4所示。远程保存示波器显示的单帧图谱，如图5所示。笔者根据经验至少各保存5张以上图谱进行对比分析。当发现有与工频信号相关的稳定信号时，可通过地面变换同步CT相序进行相位相关识别。局放的类别可与DL417 电力设备局部放电现场测量导则A4.1局部放电的基本谱图进行比对后作出判断。
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图3背景噪声图谱
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图4 无人机搭载设备采集电缆终端附近信号
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图5 VHF测试单帧图谱
3 结论
本文对着重讨论了采用无人机+5G辅助的户外终端带电局放检测方法，其主要优点如下：
1、采用无人机+5G辅助的方式解决了长期以来塔上电缆终端因带电距离不足而无法进行带电局放检测的问题。
2、此装置无人机横向摆动较小，安全可靠，测量数据准确。
3、设备轻便，检测便捷，每个终端塔五分钟即可完成测试，节省人工成本。
综上所述，与其他单一方法相比，基于5G+无人机的VHF局放检测方法具有明显的优势，且笔者认为5G无人机技术在电力行业具有广阔的应用前景，将在后续进行深入研究。
参考文献
[1]陈腾彪.110kV GIS电缆终端头局放测试及分析.2011年中国电机工程学会年会论文集.2011年11月27日
[2]陈腾彪.基于三路脉冲信号极性鉴别技术的110kV XLPE电缆局放检测技术.电线电缆.2014年第一期
[3]陈腾彪.高频脉冲电流法在高压电缆带电局放检测以及定位中的应用 广东电力.2014年第1期
[4]陈腾彪.一个110kV GIS电缆终端局部放电定位精度分析案例. 高电压技术. 2014年8月31日 第40卷
[5]陈腾彪.由220kV电缆线路带电局放检测发现电树之案例分析.电缆技术.2017年第2期
[6]陈腾彪. 无人机辅助带电户外电缆终端甚高频局放测试.电缆技术.2018年第4期
作者简介：
赵伟利 1995年 男 助理工程师 主要从事高压电缆线路运维工作