據不完全統計, 電纜附件故障已經占到了高壓電纜運行故障的近50%, 尤其是高壓線纜的中間接頭和終端接頭故障。出于高壓電纜鋪設及其高壓線纜的制作需求, 電纜接頭在實際電纜鋪設中難以避免, 因而對整個高壓電纜而言, 接頭部位成為了運行故障易發點和電纜絕緣的薄弱環節。隨著我國高壓特高壓系統的不斷發展, 電壓等級在不斷升高, 隨之而來的是對高壓電纜接頭的絕緣要求更加嚴格, 電纜附件制作也將更加復雜, 其故障的風險也隨之提高, 因此必須對高壓電纜接頭給予足夠的重視, 做好其故障排查, 以保障整個電纜系統的正常運行。

為保證高壓電纜正常運行, 就要定期不定期的對高壓電纜開展絕緣檢測。過去的多年, 我國廣泛通過預防性試驗的方法進行電力檢修, 這種檢修易造成停電, 帶來了極大的不便;為在不影響正常的電力使用情況下進行高壓電纜檢修, 近年來對于高壓電纜接頭的絕緣檢測日益成為新的研究熱點。通過對在線檢測技術的不斷研究, 實現了通過電纜絕緣良好程度的特征信號及其判據對運行中的電纜絕緣是否存在被擊穿的隱患進行有效判定。

在對電纜放電進行檢測時, 如果能找出局部放電源的位置, 那么將大大提高放電檢測的效率和精確性, 為了達到這一目的, 通常采用時域反射法進行放電位置的判定, 即Tim Domain Reflectometry.TDR。該方法的運用機理如下:將脈沖檢測裝置架設在電纜的一端, 利用局部放電脈沖在電纜中傳播造成的反射原理, 從而獲取同一脈沖在電纜中來回傳播的情況和時間差數據, 然后利用找出脈沖位置來判定局部放電源的位置。如果將局部放電信號耦合裝置架設在電纜近端, 那么可以利用脈沖電流法檢測阻抗。當然也可以通過高頻電流傳感器等方式來找尋檢放電脈沖信號位置。一旦電纜接頭發生局部放電, 那么產生的脈沖會形成幅值相等的兩個信號, 并以相反的方向在電纜線路內傳播, 不同的信號會具有不同的傳播時間, 利用兩個信號到達的時延差, 同時參考電纜中脈沖的傳播速度等參數, 能夠大致確定局部放電脈沖發出的區域。同樣, 對電力電纜進行帶電檢測時, 傳感器也能檢測到類似的脈沖群信號, 利用其方向可初步確定局放源的位置, 只有找出局部放電源的位置, 才能找出故障所在, 并進一步采取故障排除措施, 從而保障電纜的正常運行。

電力電纜接頭產生局部放電時, 會產生單極性脈沖, 且上升時間很短、脈沖寬度很窄, 同時向兩個方向進行傳播, 因傳播過程中會出現衰減和散射, 因此當脈沖到達測量點時會導致脈寬增加、幅值減小。一般而言, 能夠較好的檢測到脈沖波形。假如脈沖的上升時間和寬度在電纜局部放電脈沖的正常波動范圍內, 那么就可認為該脈沖是電纜局部放電所致。Boggs和Stone通過不斷研究使測試儀器的1GHz測量頻帶成為現實, 這種強大功率的測試儀器能夠成功測試出初始局部放電脈沖。在此強大的頻帶下, 可通過衰減噪聲信號的方式降低噪聲對放電檢測的影響, 從而更大限度的再現局部放電脈沖, 以此深化對局部放電的機理研究。

根據頻帶的寬窄, 超高頻檢測又分為超高頻窄帶檢測和超高頻超寬頻帶檢測。后者帶寬可達幾GHz。由于超高頻超寬頻帶檢測技術能夠對噪聲起到明顯的抑制作用, 同時又具有信息量大的優點, 因而使用較多。超高頻局部放電檢測采用的傳感器主要為微帶天線傳感器, 這種傳感器安裝在一個或兩個磁極上, 可探測到單根定子線棒的放電。目前, 微帶天線傳感器已被用于大型電力變壓器、電力電纜等設備的局部放電檢測上。

高壓電纜的局部放電信號幅值很小, 僅為μA級;另外其持續時間很短, 僅為ns數量級, 但是卻有較寬的頻譜。因此為了進行高壓電纜局部放電檢測, 必須配備寬頻帶、靈敏度高、線性度好、輸出失真小、穩定的耦合器。

Rogowski線圈電流傳感器作為一種I/V轉換器型電流傳感器應用廣泛。通常將Rogowski線圈制作成圓形或矩形, 選擇空心或帶有磁性的骨架, 之后在骨架上均勻纏繞螺線圈。吳廣寧等人對該傳感器進行了不少改進, 設計出寬頻電流傳感器, 這種傳感器能夠對大型電機及電纜局部放電進行在線監測, 具有很強的實用性, 并獲得了國家專利 (圖1) 。

在Rogowski線圈的原邊是一匝線圈, 副邊則是多匝線圈, 被測脈沖電流會產生磁通, 磁通會與副邊線圈相交鏈。當Rogowski線圈有脈沖電流通過時, 螺線管的每一匝中就會產生磁通, 整個Rogowski線圈N匝中產生大小與導體中脈沖電流大小的磁鏈成正比, 電動勢會因磁鏈的變化而變化, 且電動勢與電流成正比。這種傳感器檢測方法能夠較好的找出局部放電源之所在, 為快速排出故障奠定基礎, 應用較為便捷。

局部放電的過程中, 放電區域內分子會因放電而產生劇烈撞擊, 并導致介質因放電而出現發熱, 發熱會帶來體積的瞬間變化, 這些因素都在影響著宏觀上的脈沖壓力波, 而其中的頻率高于20k Hz的聲波分量就是超聲波。此時, 局部放電源可視為點脈沖聲源, 聲波的四周傳播通過球面波的形式進行, 同時具備機械波的傳播規律, 也就是說對于不同的介質而言, 其傳播速度不僅不一樣, 且不同介質交界處會產生不同的反射和折射現象。如果在設備外部安裝聲電轉換器, 那么就可以將聲信號轉化為電信號, 之后再通過一系列的處理就可得到代表設備局放信息的特征量, 從而找出局部放電產生的區域, 找出故障之所在, 進而采取補救措施, 以保障電纜設備的正常運行。

絕緣在電力轉送過程中不僅受到電、熱的直接影響, 還會因使用時間不良環境等多種因素導致性能逐漸弱化, 甚至是出現缺陷, 一旦發生故障, 將直接影響電力傳輸, 因此必須定期不定期對之進行放電檢測, 通過絕緣檢測和診斷技術能夠更早的發現其中的故障。