局部放电是指在电场作用下发生在绝缘中非贯穿性的放电现象。XLPE电缆及其附件中发生的局部放电信号幅值可达1000pC,频带可高达GHz。超高频段内的其它干扰也相对较少。因此,我们应该选择高频段的电磁信号来检测,这样可以避免常规电气测量方法不容易避开的干扰。因此,研究如何检测超高频信号,提高信噪比是目前研究的主要方向。
1. 超高频电感法
1993年,荷兰人将线圈缠绕在绕包恺装电缆上,如图所示,脉冲电流在铠装层下产生的轴向磁场作用于线圈使得线圈产生感应电流,从而通过测量线圈得到的磁通量来衡量局部放电的大小。这种超高频电感耦合系统频带宽度可以达到600MHz,测量灵敏度是10-20pC,频带高出上面提到的各种检测方法一个数量级。这种方法受到特殊的电缆结构限制,只适用于带有绕包铠装结构的电缆,并且检测的高频信号传输距离有限,所以更适合电缆附件的检测。2. 超高频电容耦合法
以电容耦合原理为依据,重庆大学和西安交通大学都研制出了测量电缆附件局部放电信号的内置式电容耦合传感系统,这种系统是将金属箔耦合电极预制在接头附近电缆的外半导电层上,被破坏的外屏蔽层通过圆形金属法兰连接恢复屏蔽。这种系统所能检测的有效频带宽为500MHz,系统灵敏度是2pC。此外,我国的许多科研机构、电力行业公司以及大学也对这种方法进行了研究和改进,比如兴迪公司直接从外半导电层通过传输线提取局部放电信号,最大限度的减少了外环境的背景噪声干扰。
超高频电感法示意图
3. 电磁波检测法(UHF法)
电磁波检测法就是通过阿基米德螺旋天线接收局部放电产生的电磁波,通过测量超高频段的电磁波来检测局部放电的大小,通常检测的范围可以达到500MHz-1500MHz的频率。根据规定300MHz-3GHz的频率范围属于超高频,用于检测这个频段的在线检测方法简称为UHF法。GIS和变压器的局放监测中己经成功实现了UHF法的应用。2006年,哈尔滨理工大学和清华大学的学者们提出利用局部放电高频信号和特高频信号相结合的方式抑制电力变压器的现场干扰,并给出绝缘油中局部放电的测量的频带范围。2008年,意大利研究天线具有方向性定位局部放电位置的功能,但美中不足的是天线带宽仅仅只有25MHz-30MHz。韩国研究的天线比较特殊,称为Planer Loop Antenna,意思就是平面回路天线,是制作在电路板上的。德国研制了300MHz-800MHz频率带宽的天线用于GIS电缆接头的检测。2009年,上海电力局电缆输配电公司通过科研,对于局部放电信号进行分析和辨认,最终研发出了便携式电力电缆局部放电在线监测仪器。电力电缆附件在局部放电发生时,也会辐射出超高频电磁波信号,因而理论上UHF法也可以应用在电缆附件的检测上,用来判断是否产生局部放电。2013年,哈尔滨理工大学的学者将局部放电的高频与超高频检测联合方法拓展到电力电缆局部放电上,利用互相鉴别以及时域开窗、基于复小波多周期叠加的干扰滤除算法等手段,有效的抑制了多种干扰,其局部放电检测的分度系数为1mV/pC,检测灵敏度小于10pC。对于XLEP电缆附件超高频检测法优缺点对比如表所示。

XLEP电缆附件超高频检测法对比