电缆局部放电的在线监测是指通过传感器系统实时采集额定运行电压下电缆系统内的局部放电信号,并将其传输至终端进行后续的处理和判断。目前所研究出的方法有:电磁耦合法、电容耦合法、差分法、方向耦合法和超声波检测法等。
1.电磁耦合法
电磁耦合法是将Rogowski线圈传感器套在电缆附件金属屏蔽层连接线上,使罗氏线圈能够感应局部放电产生的脉冲电流进行测量检测,如下图所示。原理图
Rogowski等效电路
Rogowski线圈传感器及等效电路
2. 电容耦合法
电容耦合法的原理是利用耦合电极的方式感应局部放电的脉冲信号的。耦合电极有两种,一种是利用应力锥上的半导电层,另外一种是利用包绕在电缆及附件外侧的金属薄片。其结构示意图和等效电路如图所示。1998年,德国柏林将此项技术应用在400kV电缆系统,此后推广至全世界,使用效果比其他各种检测方法更加理想。另外,世界各地学者也对此种方法进行了深入的研究和改进,比较有代表性的如英国南安普顿大学研制了内置式VHF电容耦合传感器,该传感器的制作方法为去掉100mm的金属屏蔽,用40mm宽的锡带包绕在电缆的外半导电层形成耦合电容,信号由锡带和接地屏蔽层共同给出,其灵敏度低于3pC,工作频带低于300MHz;国内许多研究机构都基于上述原理研制了相应的传感器。
电容耦合法结构示意图
电容耦合法电路原理图
3. 差分法
上世纪90年代旧立电缆公司和日本东京电力公司研发了一种检测XLPE电缆中间接头的方法叫差分法。差分法的检测频宽为10-20MHz,如果超出20MHz会明显降低检测的灵敏度,其基本结构和检测原理见图所示。差分法结构示意图
差分法原理图
4. 方向耦合法
德国柏林的400kV XLPE电缆局部放电在线监测系统是方向耦合法最典型的例子,如图所示。方向偶合法是利用等效电容和罗氏线圈组合成一个方向耦合传感器,通过两个方向耦合传感器来判断中间接头区域是否产生了局部放电,局部放电是发生在中间接头上还是在中间接头的两端。这种检测方法有效频宽可以达到600MHz,其灵敏度也很高,可以达到5pC。方向耦合器结构示意图
5. 超声波检测法
超声波方法是通过压电晶体把超声波信号转化为电荷,通过前置放大器放大电荷量后,再转化为光信号,经由光线传导至光电元件,把光信号转化为电信号,通过放大器显示在示波器上。近代超声波测量局部放电所用的仪器频带多取60kHz-300kHz。随着近年来硬件技术的发展,光纤、噪声放大器的工作效率明显提高。南安普顿大学成功开发了这种检测系统。美国AIA公司也成功将这项技术做成产品,生产了电缆超声局部放电检测仪。我国近些年许多学校以及科研机构也对超声传感技术做了研究和开发,例如华东电力试验研究院和上海电力公司等。各种方法的优缺点对比如表所示。
XLPE电缆PD检测方法比较