電纜局部放電的在線監(jiān)測(cè)是指通過(guò)傳感器系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集額定運(yùn)行電壓下電纜系統(tǒng)內(nèi)的局部放電信號(hào)，并將其傳輸至終端進(jìn)行后續(xù)的處理和判斷。目前所研究出的方法有：電磁耦合法、電容耦合法、差分法、方向耦合法和超聲波檢測(cè)法等。
1.電磁耦合法
電磁耦合法是將Rogowski線圈傳感器套在電纜附件金屬屏蔽層連接線上，使羅氏線圈能夠感應(yīng)局部放電產(chǎn)生的脈沖電流進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)，如下圖所示。
原理圖
Rogowski等效電路
Rogowski線圈傳感器及等效電路
2. 電容耦合法
電容耦合法的原理是利用耦合電極的方式感應(yīng)局部放電的脈沖信號(hào)的。耦合電極有兩種，一種是利用應(yīng)力錐上的半導(dǎo)電層，另外一種是利用包繞在電纜及附件外側(cè)的金屬薄片。其結(jié)構(gòu)示意圖和等效電路如圖所示。1998年，德國(guó)柏林將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在400kV電纜系統(tǒng)，此后推廣至全世界，使用效果比其他各種檢測(cè)方法更加理想。另外，世界各地學(xué)者也對(duì)此種方法進(jìn)行了深入的研究和改進(jìn)，比較有代表性的如英國(guó)南安普頓大學(xué)研制了內(nèi)置式VHF電容耦合傳感器，該傳感器的制作方法為去掉100mm的金屬屏蔽，用40mm寬的錫帶包繞在電纜的外半導(dǎo)電層形成耦合電容，信號(hào)由錫帶和接地屏蔽層共同給出，其靈敏度低于3pC，工作頻帶低于300MHz；國(guó)內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)都基于上述原理研制了相應(yīng)的傳感器。
電容耦合法結(jié)構(gòu)示意圖
電容耦合法電路原理圖
3. 差分法
上世紀(jì)90年代舊立電纜公司和日本東京電力公司研發(fā)了一種檢測(cè)XLPE電纜中間接頭的方法叫差分法。差分法的檢測(cè)頻寬為10-20MHz，如果超出20MHz會(huì)明顯降低檢測(cè)的靈敏度，其基本結(jié)構(gòu)和檢測(cè)原理見圖所示。
差分法結(jié)構(gòu)示意圖
差分法原理圖
4. 方向耦合法
德國(guó)柏林的400kV XLPE電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是方向耦合法最典型的例子，如圖所示。方向偶合法是利用等效電容和羅氏線圈組合成一個(gè)方向耦合傳感器，通過(guò)兩個(gè)方向耦合傳感器來(lái)判斷中間接頭區(qū)域是否產(chǎn)生了局部放電，局部放電是發(fā)生在中間接頭上還是在中間接頭的兩端。這種檢測(cè)方法有效頻寬可以達(dá)到600MHz，其靈敏度也很高，可以達(dá)到5pC。
方向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖
5. 超聲波檢測(cè)法
超聲波方法是通過(guò)壓電晶體把超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電荷，通過(guò)前置放大器放大電荷量后，再轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，經(jīng)由光線傳導(dǎo)至光電元件，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)放大器顯示在示波器上。近代超聲波測(cè)量局部放電所用的儀器頻帶多取60kHz-300kHz。隨著近年來(lái)硬件技術(shù)的發(fā)展，光纖、噪聲放大器的工作效率明顯提高。南安普頓大學(xué)成功開發(fā)了這種檢測(cè)系統(tǒng)。美國(guó)AIA公司也成功將這項(xiàng)技術(shù)做成產(chǎn)品，生產(chǎn)了電纜超聲局部放電檢測(cè)儀。我國(guó)近些年許多學(xué)校以及科研機(jī)構(gòu)也對(duì)超聲傳感技術(shù)做了研究和開發(fā)，例如華東電力試驗(yàn)研究院和上海電力公司等。各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表所示。
XLPE電纜PD檢測(cè)方法比較
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