電纜局部放電檢測方法及其研究現狀（2）

來源：揚州國浩電氣有限公司 2025年05月12日 07:04

電纜PD的離線檢測需要對電纜停電操作，影響供電可靠性；離線PD難以實現對電纜的實時監測，不能及時發現電纜故障隱患；且離線PD的測試條件與電纜的實際運行條件不符，不能正確的反映電纜絕緣內的缺陷。為了減少停電時間，提高供電可靠性，檢修策略正從預防性試驗為主到狀態檢修為主轉變，其中電氣設備的狀態檢測是狀態檢修的基礎。對于直接面對用戶的中壓配電電纜，其PD在線檢測成為目前研究的熱點。

(a) 高頻脈沖電流法

高頻脈沖電流檢測技術，在足夠寬的頻帶范圍內，通過安裝在被測設備接地線上的穿芯式電流傳感器或鉗型電流傳感器，檢測PD的脈沖信號，也稱為高頻電流互感器方法。如通過在XLPE電纜接地線上或電纜本體上安裝高頻電流傳感器(HFCT)，以耦合高頻脈沖電流流經通路上所產生的電磁場信號。

HFCT高頻電流傳感器實際上是一種寬頻帶羅戈夫斯基線圈型電流傳感器，檢測頻帶通常在幾百kHz到幾十MHz，能夠有效地獲取PD信號。該電流傳感器主要由磁芯、線圈、金屬屏蔽盒等組成。磁芯采用耐磨耐蝕、高頻高導磁率、損耗小、穩定性好的磁性材料，由兩個半環經金屬屏蔽盒的閉合結構而形成圓環。金屬屏蔽盒為兩半環結構，尺寸稍大于磁芯，安放和固定磁芯，該屏蔽盒可屏蔽現場空間的干擾，以減少甚至避免現場測量PD時的干擾。HFCT高頻電流傳感器原理如下圖(a)所示，在半環磁芯上纏繞線圈并串接積分電阻R，構成自積分電路。圖中Cs為等效雜散電容、Rs為線圈的等效電阻、Ls為線圈的自感、M為電流傳感器的互感。

PD檢測時，將HFCT卡在電纜地線(或電纜本體)上。發生于電纜上的PD電流脈沖沿金屬屏蔽傳播到地線時，該電流脈沖信號被HFCT的線圈耦合，其中R上的電壓信號大小、波形由PD脈沖信號決定，該信號即為采集到的PD信號，經屏蔽盒上的BNC接頭引出。

（a）高頻電流互感器原理

（b）高頻電流互感器照片

高頻電流法檢測電纜PD的接線如下圖所示。其測量回路與被測電纜試品之間沒有直接的電氣聯系，結構簡單，無飽和現象，能很好地抑制外界噪聲，且安裝簡便，是一種非侵入式的檢測方法，可用于電纜PD在線檢測。

（a）高頻電流互感器卡在終端頭的地線上（b）高頻電流互感器在中問接頭的連接方法

常規脈沖電流法通過檢測阻抗直接檢測PD產生的脈沖電流，而高頻脈沖電流法通過HFCT感應放電的脈沖電流，從本質上講，高頻脈沖電流法檢測方法也是脈沖電流法測量頻帶寬(下圖是HFCT傳感器的頻率響應)、包含PD信息量大是其顯著優點，可用于電纜線路PD的在線檢測。但在高頻脈沖電流法中，地線需穿過傳感器，給現場使用帶來了不便，如沒有地線引出將不能采用該方法；另外，干擾可通過地線耦合進測試系統內。

HFCT傳感器的頻率響應

(b) 暫態地電波檢測法

電纜相連接的電纜終端頭、分支箱、開關柜等設備也會產生PD，這無疑會對電纜PD檢測帶來干擾。通常在對電纜進行PD檢測的同時，也需要對與電纜相連的分接箱、開關柜等產生的本地PD進行檢測，從而更加準確地診斷電纜PD。暫態地電波法(TEV)是檢測電纜相連接的高壓設備本地PD的一種方法，下面對TEV的產生原理進行分析。

當開關柜等高壓設備存在PD時，設備內部PD源就會向外輻射出電磁波。在被遮擋物屏蔽情況，電磁波信號則會被限制在遮擋區域內部，遮擋區域外檢測不到電磁波信號；在有縫遮擋的情況下，大部分電磁波被金屬外殼屏蔽，有小部分從縫隙傳播至遮擋區域外。

根據電磁感應原理，電磁波在空間傳播遇到導體時，在柜體內表面會感應出幅值大小、頻率等參數與PD電磁波相關的感應脈沖電流。由于實際的柜體不是密封的，柜體屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位出現縫隙，根據電磁波傳播特性，柜體內表面感應脈沖電流最終會從開口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出，然后沿著金屬柜體外表面傳到大地，這樣就形成了一個個暫態對地電壓，如下圖所示。若在設備的金屬外箱殼上放置一個電容性探測器，該傳感器可感應到設備外表面的暫態地電波，再將信號傳輸到PD檢測儀。

暫態地電波的形成

地電波的強度隨PD脈沖寬度的增加而迅速減小，隨PD脈沖幅值的增加而增加，隨著距離的增加而減小。因而地電波檢測法對于放電過程越快、越激烈、距離越近的PD檢測能力越強。該方法可以在設備運行條件下進行，減少設備停電次數，提高供電可靠性。

(c) 超聲波檢測法

絕緣中發生PD是一個復雜的物理過程，微觀上放電區域分子間會發生劇烈的撞擊，宏觀上表現為一種壓力波。PD是一連串的脈沖電流，由此產生的壓力波也表現為脈沖形式。通常PD激發的聲信號頻帶較寬，一般為10Hz-10MHz之間，其中頻率超過10kHz的波段稱為超聲波。

PD源可以看作點脈沖波聲源，以球面波形式向四周傳播，與機械波一樣，在不同介質中傳播速度不同，在介質交界處同樣會發生反射和折射現象。若在設備外部安裝超聲波傳感器(通常采用壓電傳感器)即可接收到設備內部PD產生的超聲波信號。

聲學方法有一個顯著的優點就是PD的定位。PD的定位是根據其產生的超聲波傳播的方向和時間來確定放電位置的。超聲波方法是非侵入式的檢測方法，受電氣干擾小，主要用于定性地判斷PD信號的有無，適用于不需斷電的PD在線檢測，如開關柜內的PD，但不適合電纜PD的檢測。

目前絕緣劣化程度與發射的超聲波信號之間的強弱定量關系還不能確定，故該法在設備PD檢測中只能作為一種輔助測量手段。另外電氣設備的絕緣往往是多種材料構成的復合絕緣，結構復雜，各種絕緣材料對聲波的影響都不一樣，限制了PD超聲檢測法測量與定位的準確性。

(d) 超高頻檢測法及其他PD檢測方法

超高頻檢測法(UHF)通過檢測設備內部因PD所產生的超高頻（300-3000MHz）電磁波信號，實現PD的檢測、定位和抗干擾。通過使用多個UHF傳感器，能夠較好地對PD源進行定位。UHF傳感器不需要接觸到高壓部分，且可以進行移動，適用于PD的在線檢測。

PD的UHF檢測法因檢測頻率高，抗干擾能力強和靈敏度高等特點，近年來在氣體絕緣組合電器和電力變壓器PD檢測中獲得了比較成功的運用。由于XLPE電力電纜多層屏蔽結構和顯著的低通濾波效應，造成UHF信號沿電纜傳播時衰減很快，UHF適合尺寸較小的XLPE電力電纜附件絕緣缺陷產生的PD進行檢測。UHF法對PD的長距離檢測、放電量的標定、放電嚴重程度判斷、放電類型判別等方面需要大量的試驗研究和經驗積累。

此外除上述方法外，電容耦合法、方向耦合法、差分法等方法，是在電纜本體植入相應的傳感器進行電纜PD的監測。這些方法目前尚不成熟，都處于研究階段。雖然這些傳感器的植入并不會對電纜主絕緣造成影響，但這些方法需要對電纜本體進行切割，破壞了外護層和金屬護套，電纜的完整性遭到破壞，水分等會滲入電纜絕緣中，促使水樹枝的產生與生長，破壞電纜的的長期可靠運行。但若在電纜生產過程中就將這些傳感器植入，這些方法還是具有較好的研究價值的。

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