一、

概述

由於交聯聚乙烯（

XLPE

）電纜具有絕緣效能好、易於製造、安裝方便、供電安全可靠、有利於美化城市等優點，在

60

年代初問世以來的

50

餘年中得到了迅速發展。在中低壓領域幾乎替代了油浸紙絕緣電纜，並已在高電壓等級中使用。近十年來，我國城市電網中大量採用

XLPE

電力電纜輸配電。但是這種電纜的絕緣結構中往往會由於加工技術上的難度或原材料不純而存在氣隙和有害性雜質，或者由於工藝原因，在絕緣與半導電遮蔽層之間存在間隙或半導電體向絕緣層突出，在這些氣隙和雜質尖端處極易產生區域性放電（

PD

），同時在電力電纜的安裝和執行過程當中也可能會產生各種絕緣缺陷導致區域性放電。由於

XLPE

等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在區域性放電的長期作用下，絕緣材料不斷老化最終導致絕緣擊穿，造成嚴重事故。

據有關資料統計，電力系統中的電力電纜的事故主要發生在其接頭，事故原因很大程度上取決於接頭的施工條件和施工技術。為了保證電力電纜的安全執行，要求在接頭做好後進行耐壓和區域性放電的試驗。同時，對已經進入執行的電纜也能經常測量其區域性放電以評估其絕緣狀態。因此，對電纜接頭進行現場區域性放電監測，對實現電力系統的安全執行，進而對經濟發展、社會穩定都有重要的意義。

智得興

電纜區域性放電線上監測系統能夠長期穩定執行，實時監測電纜在執行過程中的區域性放電的變化情況，可以及時對裝置絕緣異常狀態、放電性異常做出預警，為電纜裝置正常執行提供必要的指導資料，提高裝置執行的可靠性和安全性。

該系統是我公司總結幾十年區域性放電測量的現場處理經驗及變化規律，採用最新感測技術、訊號處理技術、計算機等技術手段和演算法實現的新一代高效能數字化局放電纜線上監測裝置。

智得興

電纜局放線上監測系統

採用

智慧化電力測試系統

，

採用

國際先進的高速

DSP

數字處理技術及軟體處理技術使我們的監測系統採集速度快準確，是電力系統電纜局放線上監測最經濟可靠的解決方案。

二、

監測原理

當電纜線芯中有電流流過時，將會使金屬護套上產生感應電勢。在護套開路時，這個感應電勢可能會很大，有時不但會危及人身安全，還會擊穿金屬護套的外護層，尤其是電纜線路發生過電壓及短路故障時，在金屬護套上會形成很高的感應電壓，使電纜外護套絕緣發生擊穿，故應在金屬護套的一定位置採用特殊的連線方式和接地方式。

當護層兩端都接地時，就和大地形成一個通路，從而產生了接地環流。護層接地方式不當時，這個環流大小甚至可以達到線芯電流的

50%

或者更高，使得金屬護層上產生大量的損耗，影響了電纜的載流量並且使得電纜絕緣加速老化，同時電纜線路的許多故障會表現為金屬護層接地環流的變化，比如護層絕緣損壞引起的多點接地、護層接地系統遭到破壞（接地線或者交叉互聯線被偷盜）等，所以有必要對電纜金屬護層的環流進行相關的分析計算。而當護層單端接地時，接地線中將有電容電流流過，因為可以將單芯電纜線芯和線芯外面的金屬護套，看作是一個圓柱形的電容器，使得接地電流成分中含有電容電流，這個電容電流在電纜主絕緣狀態發生變化時也隨之發生變化。當電纜主絕緣存在水樹時，由於水樹的整流作用，將會有直流電流成分透過接地線，而電纜主絕緣或者接頭處存在缺陷的而產生的區域性放電訊號電流也會流經電纜護層的接地線，這些不同型別的接地電流成分不僅可以反映電力電纜金屬護層自身的狀態，也可以反映主絕緣的品質狀態（如老化以及缺陷等）引起的區域性放電在內的多類故障。

電纜內部區域性放電產生的電流脈衝還可以激發出電磁波，包括中低頻和

UHF

段

（0。3-1。5GHZ）

電磁波，，然後根據接收的訊號來分析區域性放電的嚴重程度及其位置。 該方法特別適合在電纜頭位置處檢測，電纜頭是局放發生機率最高的位置，且

UHF

訊號更容易傳出來被檢測到，可定製合適的頻帶實現抗感擾的目的，也能對故障實現定位。

超聲訊號也是伴隨著電纜局放產生的衍生物，透過電纜表面超聲訊號的檢測也能實現對局放訊號的檢測。

HFCT

是常規的電纜脈衝電流局放檢測方法，我們還可以提供脈衝電流法、

UHF

和超聲等多方法同時檢測方案。多種方法同時對局放訊號進行檢測可以實現檢測結果互相印證，減少單一方法因為干擾訊號引起的誤報警。

三、

系統構成

典型系統包括：

主站計算機系統（軟體平臺）

前端採集部分

感測器部分（區域性放電感測器）

電纜本體感應取電部分

綜合檢測櫃

3。1 區域性放電訊號感測器

HFCT

局放感測器由磁芯、羅高夫斯基線圈、濾波和取樣單元以及電磁遮蔽盒組成。線圈繞在高頻下具有較高導磁率的磁芯上；濾波及取樣單元的設計，兼顧測量靈敏度和訊號響應頻帶的要求。為了抑制干擾，提高信噪比，並考慮到防雨、防塵等要求，羅高夫斯基線圈及濾波取樣單元都安裝在金屬遮蔽盒中。遮蔽殼設計有自鎖釦，可透過按壓開啟，最大化地提高了感測器安裝的便利性和執行過程中的安全性。

圖

1

高頻電流感測器

HFCT

感測器實物圖

局放感測器同時內建了訊號調理模組，該模組主要是對感測器耦合到的訊號進行放大、濾波、檢波處理，使高頻脈衝訊號能有效被資料採集模組採集到。

高頻電流感測器

HFCT

的技術引數如下所示：

圖

2

高頻電流感測器

HFCT

幅頻特性

3。2 局放線上檢測單元

電力電纜局放檢測單元是本系統最重要的組成部分，其作用包括：資料採集、資料儲存和處理，並能驅動光纖區域網或透過

WIFI

以及

4G

等無線通訊方式傳輸部分進行資料傳輸，同時負責監控多組接頭（即

A B C

三相）的區域性放電訊號和接地電流訊號，裝置可以安裝在測點附近端子櫃或者自立室外端子箱裡，由於環境比較惡劣，需要外加防水箱。檢測裝置外殼為不鏽鋼材質，對高頻和工頻遮蔽較好。由於在室外安裝需要安裝在防水箱體內，防水等級為

IP68

，工作溫度範圍：

-45

℃至

75

℃。

當利用局放線上檢測單元對電力電纜進行局放檢測時，可直接就地取電源，保證線上檢測單元的正常工作；當對溝槽內的高壓電纜進行局放檢測時，可利用感應線圈從供電電纜獲取電源為檢測單元進行供電。

圖

3 250M14

位採集卡

圖

4

線上檢測單元

戶外安裝形式

線上檢測單元技術引數和功能：

能檢測放電量，放電相位，放電次數等基本區域性放電引數，並可按照客戶要求，提供有關引數的統計量。

局放脈衝訊號取樣率不小於

100 MS/s

；

最小測量放電量：

5pC

；測量頻帶：

500kHz

－

30MHz

；放電脈衝解析度：

10s

；相位解析度：

0。18

°。

能顯示工頻週期放電圖、二維（

Q-

φ

， N-

φ

， N-Q

）及三維（

N-Q-

φ）放電譜圖。

可記錄測量相序、放電量、放電相位、測量時間等相關引數，可提供放電趨勢圖並具有預警和報警功能，可對資料庫進行查詢、刪除、備份以及列印報表等。

系統對訊號採集和處理包含如下內容：訊號採集與傳輸、訊號特徵提取、模式識別、故障診斷與電纜裝置狀態評估

系統可以提供局放訊號的相位、幅值資訊，及放電脈衝的發生密度資訊，有助於判斷放電型別及嚴重程度。

通訊方式選擇：支援網線、光纖、

wifi

自組區域網以及移動、聯通、電信運營商的無線通訊。

3。3 電力電纜局放軟體系統

系統採用組態軟體作為採集和分析軟體的開發平臺，保證抗干擾技術的良好實現。系統軟體可分為引數設定、資料採集、抗干擾處理、譜圖分析、趨勢分析、資料整理及報表等功能。

圖

5

譜圖分析介面

其中，資料採集部分主要是完成對資料採集卡的設定，如取樣週期、週期最大點、以及取樣間隔等。採集軟體根據設定的採集卡引數進行資料採集，並將採集到的資料自動送到抗干擾軟體進行處理。除抗干擾處理部分放在程式後臺執行外，其餘部分透過介面顯示。

軟體系統特徵：

● 主介面動態提示重要監測資訊，單擊相應提示可直接獲取詳細情況；

● 操作介面方便使用，提高資訊獲取的效率；

● 具有強大的資料庫檢索功能，可進行表單查詢、趨勢圖和預警分析、譜圖分析等；

● 強大的線上資料採集功能，可以按使用者設定的時間間隔掃描站內各子系統資料；

● 具有裝置故障預警功能，當線上檢測項測量值超過報警限時，系統發出報警資訊，提醒工作人員對裝置進行相應處理；

● 系統具有完善的執行維護功能，可方便地對系統資料、系統引數、執行日誌等資訊進行維護；

● 系統具有較強的可擴充套件性，可方便地實現各裝置狀態檢測項的新增，適應業務量、業務流程的擴充套件；

● 強大的日誌管理功能，詳細記錄使用者操作日誌、系統通訊管理日誌等，可方便地實現查詢或者自維護。

3。4 綜合檢測櫃

電力電纜區域性放電線上檢測系統同時配有一面綜合檢測櫃，櫃內安裝佈置有交換機、伺服器、顯示器、資料伺服器等必要的附件裝置，為局放檢測的資料分析、儲存提供可靠的硬體保障。

四、系統功能特點及標準

4。1 系統功能特點及技術優勢

本系統可以根據

GB 50217-2007

《電力工程電纜設計規範》

4。1。11

條款中兩種不同金屬層接地方式的應用不同的局放測試方法。

局放抗干擾能力強，系統採用寬頻帶檢測技術，有完備的介面保護電路，有效對抗大電流衝擊，且功耗低。

根據現場條件可採用光纖區域網傳輸網路，傳輸距離遠，穩定可靠。結構緊湊，安裝方便，也可以採用光纖區域網結構實現。

系統採用複合光纜，同時提供電源和光纖。

所有通道都可連續同步採集，資料處理都是在前端採集卡內部

FPGA

內平行計算處理完成，資料的採集計算和模式識別都是由採集卡處理，分散式計算，後臺計算機計算量幾乎可忽略不計，只是用來顯示查詢測量結果，整體系統更穩定。

靈敏度

0。1mA

， 頻寬

1MHz~30MHz

，工作溫度：

-40~65

℃

組態軟體，可方便定製客戶需要的介面。

4。2 本系統遵循的標準規範

本系統在生產、測試、安裝等各種環節都嚴格遵循各種規範，以不影響一次裝置的正常執行為前提下，進行各種有效的測試。

IEC 61969-2-1：2000

電子裝置用機械結構 室外機殼 第

2-1

部

IEC 60270-2000

區域性放電測量

GB/T 19862-2005

工業自動化儀表絕緣電阻、絕緣強度技術要求和試驗方法

GB/T 16927。1-1997

高電壓試驗技術 第一部分：一般定義和試驗要求

GB/T 16927。2-1997

高電壓試驗技術 第二部分：測量系統

GB 4943-1995

資訊科技裝置（包括電氣事務裝置）的安全

GB/T 7354-2003

區域性放電測量

DL/T417-2006

電力裝置區域性放電測量現場導則

GB 50217-2007

電力工程電纜設計規範

4。3 技術引數表

五、系統組網方案

電纜終端線上監測系統採用分散式組網結構，每組（分為

A B C

三相）電纜接頭放置一個前端採集單元，各個檢測單元分佈安裝於被測電纜接頭裝置附近。電纜接頭局放訊號透過分佈在各個監測點的前置單元對訊號進行放大、濾波、採集，計算最終結果後，轉換成數字訊號，把資料傳送到線上檢測處理單元進行綜合分析，之後由後臺綜合軟體進行各類圖譜的顯示和繪製。

本專案需檢測共

9

段電纜，每段電纜的端頭裝

1

只傳感器，兩段電纜的連線處

1

只傳感器，共

3

×

10=30

只傳感器，

10

只局放採集器。複合光纜採用單模

8

芯光纜，內建電源線，即可傳輸資料，也能提供電源以及相位參考訊號。

圖

7

電力電纜局放線上檢測系統工作佈局圖

利用電力電纜區域性放電線上檢測系統對電纜接頭進行局放檢測組網時，可以根據待檢測的電纜數量靈活組網。由於單臺檢測單元可同時接入多路局放訊號，因此，如果電纜數量較少，可直接將檢測單元就地安裝，利用光纜將局放訊號傳輸至綜合後臺進行分析和顯示；若待檢測的電纜數量眾多，可以將全部檢測單元彙總安裝於同一個檢測櫃內，透過訊號電纜將各檢測單元與局放訊號感測器進行連線，獲取各電纜局放訊號感測器的檢測訊號，局放資料同樣利用光纜傳輸至綜合後臺。組網方案示意圖如下圖所示。

圖

8

電纜局放線上檢測系統組網示意圖

5。2

電力電纜局放線上檢測裝置

電力電纜局放檢測裝置是本系統最要的部分，其作用包括通道選擇、資料採集、資料儲存和處理，並能驅動光纖區域網傳輸部分進行資料傳輸，同時負責監控一組接頭（即

A B C

三相）的局放訊號和接地電流訊號，檢測裝置外殼為不鏽鋼材質，對高頻和工頻遮蔽較好。由於在室外安裝需要安裝在防水箱體內，防水等級為

IP68

，工作溫度範圍：

-45

℃至

75

℃。

5。3

電力電纜局放及接地電流系統軟體部分

系統採用組態軟體作為採集和分析軟體的開發平臺，保證抗干擾技術的良好實現。系統軟體可分為引數設定、資料採集、抗干擾處理、譜圖分析、趨勢分析、資料整理及報表等功能。

其中，資料採集部分主要是完成對資料採集卡的設定，譬如取樣週期、週期最大點、以及取樣間隔等。採集軟體根據設定的採集卡引數進行資料採集，並將採集到的資料自動送到抗干擾軟體進行處理。

除抗干擾處理部分放在程式後臺執行外，其餘部分透過介面顯示。

軟體系統特徵：

● 主介面動態提示重要監測資訊，單擊相應提示可直接獲取詳細情況；

● 操作介面方便使用，提高資訊獲取的效率；

● 具有強大的資料庫檢索功能，可進行表單查詢、趨勢圖和預警分析、譜圖分析等；

● 強大的線上資料採集功能，可以按使用者設定的時間間隔掃描站內各子系統資料；

● 具有裝置故障預警功能，當線上檢測項測量值超過報警限時，系統發出報警資訊，提醒工作人員對裝置進行相應處理；

● 系統具有完善的執行維護功能，可方便地對系統資料、系統引數、執行日誌等資訊進行維護；

● 系統具有較強的可擴充套件性，可方便地實現各裝置狀態檢測項的新增，適應業務量、業務流程的擴充套件；

● 強大的日誌管理功能，詳細記錄使用者操作日誌、系統通訊管理日誌等，可方便的實現查詢或者自維護。

軟體介面：

譜圖分析介面