基于高速光感和压力波法的电...接头缺陷与带电检测技术分析_郑罡.pdf

Application 创新应用136 电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月摘要：阐述高速光感和压力波法的电缆接头缺陷带电检测技术、仿真模拟技术以及状态评价技术，设计适用于电网环境下的电缆接头带电缺陷检测理论及装置，提出多传感器密闭空间检测方法，实现电缆接头缺陷带电检测的准确评价。关键词：电缆接头，绝缘缺陷，光感，压力波，带电检测，局部放电。中图分类号：TM75文章编号：1000-0755(2023)02-0136-03文献引用格式：郑罡，南钰，王军亭.基于高速光感和压力波法的电缆接头缺陷与带电检测技术分析J.电子技术,2023,52(02):136-138.1 设计思路与技术原理电力电缆运行的实际经验表明，电缆绝缘层与接头绝缘层之间的交界面最容易发生击穿放电现象。由实际安装规程可知，在电缆接头安装时，需将电缆金属屏蔽层、外半导体层、内半导体层按规定长度依次剥切。剥切时改变了断面的应力，从而导致在断口断面处电位呈现出非均匀分布。在交变电场下，由于电场交替变换时电荷存在注入和抽出的过程传统观点认为聚乙烯等聚合物绝缘材料内部不会形成空间电荷积累。随电压作用时间增长，空间电荷积累增加，当聚集空间电荷量值足够大时，外施电压突然降低或改变方向，聚集电荷可在短时间内快速释放，由于场强分布不均或过于集中时，电荷就会长期聚集绝缘薄弱处形成密集电荷区，这种长时间聚集电荷不断侵蚀该处绝缘材料，从而引发局部放电。所以，电缆接头电场分布情况是引起电缆绝缘损伤主要诱因，借助于电场传感器对电场强度进行有效检测，从中取得电缆接头电场分布和0 引言电缆是电网中发生故障概率较大的设备之一，由于受安装工艺、敷设环境、外力破坏、使用工况等因素影响，导致其内部经常出现一些遗留潜伏性隐患，内部隐患往往兼具缓慢发展和突发表征的特点，加之状态可观性先天不足，因此在交接及运行阶段均无法及时发现，缺乏主动处置手段最终导致绝缘缺陷，以至于因绝缘导致隐患扩大与事故发生，其中以电缆中间接头和终端头绝缘故障的比例最高。由于电缆及接头内部缺陷通过人眼是无法察觉，必须借助先进技术手段，传统检测手段，由于存在现场干扰识别盲区，不能发现内部隐患。本文提出基于告诉光感和压力波法的电缆接头缺陷带电检测技术，应用于电缆带电运行检修工作中，及早发现电缆接头内部绝缘缺陷及程度，使得检验存留和正在安装的电缆接头本质完全成为可能，实现检修精准化管理提供了科学依据和基础。基于高速光感和压力波法的电缆接头缺陷与带电检测技术分析郑罡，南钰，王军亭（国网河南省电力公司开封供电公司，河南 475004）Abstract This paper describes the live detection technology,simulation technology and status evaluation technology of cable joint defects based on high-speed light sensing and pressure wave method,designs the theory and device of cable joint live defect detection applicable to the power grid environment,proposes a multi-sensor closed space detection method,and realizes the accurate evaluation of cable joint defect live detection.Index Terms cable joint,insulation defect,light sensitivity,pressure wave,live detection,partial discharge.Analysis of Cable Joint Defect and Live Detection Technology Based on High-speed Light Sensing and Pressure Wave MethodZHENG Gang,NAN Yu,WANG Junting(State Grid Henan Electric Power Company Kaifeng Power Supply Company,Henan 475004,China.)作者简介：郑罡，国网河南省电力公司开封供电公司；研究方向：电力工程。收稿日期：2022-04-29；修回日期：2023-02-11。Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月 137电场强度信息，从而发现聚集电荷区域（隐患故障点）。受此思路启发，本文提出基于高速光感和压力波法的电缆接头缺陷带电检测技术研究，通过高速感光测试电缆接头电场分布情况，发现电缆接头绝缘隐患区域，再通过测试压力波验证该 区域是否出现局部放电及其程度。2 电缆接头缺陷带电检测系统设计 2.1 微弱信号检测系统的技术路线通过电缆接头接收到的信号为压力波和电场强度信号，利用压力波传感器和电场传感器实现信号的检测，通过检测的压力波和电场信号，最后反演缺陷的信息，如图1所示。2.2 系统设计与研制的技术路线本文提出一种基于非接触式智能化传感器（PSM/ESM）+电缆接头绝缘缺陷检测（HMTP）的设计思路，系统结构如图2所示。该系统可在电缆带电情况下，部署测量传感器，实现电缆带电下测试，使得用户可以更加全面及时了解运行电缆接头的工作状况，为电缆的可靠运行提供有力保障。电缆接头绝缘缺陷检测（HMTP）有两层物理结构组成，如下所述。（1）第一层：由研发的智能化数字传感器组成。以非接触高速感光电场智能化传感器（ESM）扫描电缆接头电场分布情况；以非接触压力波传感器（PSM）探测电缆接头局部放电压力特征量。完成电缆接头电场分布、电荷集聚区局放采集后，上传到电缆接头绝缘缺陷检测设备（HMTP）。（2）第二层：电缆接头绝缘缺陷检测设备（HMTP）。由GPS或B码时钟子系统、收集子系统、特征数据库、诊断子系统、电源控制子系统和人机交互系统组成,系统框图如图3所示。获取数据经过降噪预处理后提取特征参数，录入特征数据库，主要是对电场强度、压力波特征量进行特征提取。诊断子系统中推理机制模块对提取的特征参数进行有效范围判别，如果一个参数超出了推理的设定范围，该参数所对应推理规则将被激活。激活规则的处理可以提供电缆接头缺陷故的初步诊断，同时根据各个参数的历史数据分析其变化趋势，并对其可能出现的故障做出预测。第一部分GPS或B码时钟子系统:该部分主要功能接受GPS卫星或变电站B码时钟，实现检测仪整个时间系统统一。第二部分收集子系统：由数据接收模块和特征提取模块组成。数据接收模块完成与智能化传感器数据交互，将所收集数据提交给特征提交模块，特征提取模块完成对电缆接头缺陷数据合并、特征量提取、数据标记和提交数据到特征数据库任务。该部分是整个仪器关键部分完成获取电缆接头数据和特征处理工作。第三部分推理机制模块对提取的特征参数进行有效范围判别，如果一个参数超出了推理的设定范围，该参数所对应推理规则将被激活。激活规则的处理可以提供电缆接头缺陷的初步诊断，同时根据各个参数的历史数据分析其变化趋势，并对其可能图1 微弱信号检测系统示意图图2 系统拓扑图Application 创新应用138 电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月出现的故障做出预测。该模块另一个任务是通过收集到电缆接头局放缺陷带电测试数据，来自动调节推理的规则范围，建立新检测数据与传统测试数据相关性评判规则。第四部分电缆接头绝缘缺陷检测设备人机交互系统（HMSY）是整个电缆接头缺陷带电测试仪的大脑，它由故障数据模拟系统、故障数据特征识别系统、智能传感器管理系统、数据展示系统、专家分析系统、系统管理和数据库组成。实现对电缆接头缺陷检测设备（HMTP）的控制、智能传感器管理、采集数据选择、故障数据的获取和专家分析。其中的专家分析系统利用小波包能分解原理将测量电缆接头缺陷特征分解到不同时域和频域中，可以聚焦到分析的任意细节，找到有效的畸变点，与系统故障数据库中的数据比对，并根据对比结果产生缺陷预警，为实现电缆接头缺陷预判提供依据。这几部分组成了电缆接头缺陷带电检测设备（HMTP），通过人机交互系统（HMSY）控制实现它们分的有序配合，实现对电缆接头全面掌控，为检修运行人员提供一种新型测试电缆接头带电检测手段，由于采用非接触式新型传感器，提高工作人员工作效率，减少了停电时间，增加效益、降低电缆运行安全风险。3 结语由于电缆及接头内部缺陷通过人眼是无法察觉，必须借助先进技术手段，传统检测手段，由于存在现场干扰识别盲区，不能发现内部隐患。本文通过研究基于高速光感和压力波法的电缆接头缺陷带电检测技术，仿真模拟技术以及状态评价技术，开发适用于电网环境下的电缆接头带电缺陷检测理论及装置，同时提出多传感器密闭空间检测方法，实现电缆接头缺陷带电检测的准确评价。项目成果将应用于电缆带电运行检修工作中，及早发现电缆接头内部绝缘缺陷及程度，使得检验存留和正在安装的电缆接头本质完全成为可能，实现检修精准化管理提供了科学依据和基础，节省了成本提高效益。参考文献1 姜才军,殷鹏.在线智能检测高压电力电缆绝缘的技术方法研究J.电力设备管理,2019(10):44-45+80.2 李雯,李成岭,李润沁.电力电缆振荡波局放检测技术初探J.科技创新导报,2016,13(35):61-62.3 甘粲.电力电缆接头绝缘缺陷判别技术研究D.四川：西华大学,2018.4 陈冰.高压电力电缆试验方法与检测技术探讨J.电工技术,2020(22):90-91+94.5曹俊平,蒋愉宽,王少华,周象贤,李特,周路遥,杨勇.XLPE电力电缆接头缺陷检测关键技术分析与展望J.高压电器,2018,54(07):87-97.6罗立华,范黎敏.在线智能检测高压电力电缆绝缘的技术方法探析J.湘潭大学自然科学学报,2013,35(03):111-114.图3 电缆接头绝缘缺陷检测设备框图