据不完全统计, 电缆附件故障已经占到了高压电缆运行故障的近50%, 尤其是高压线缆的中间接头和终端接头故障。出于高压电缆铺设及其高压线缆的制作需求, 电缆接头在实际电缆铺设中难以避免, 因而对整个高压电缆而言, 接头部位成为了运行故障易发点和电缆绝缘的薄弱环节。随着我国高压特高压系统的不断发展, 电压等级在不断升高, 随之而来的是对高压电缆接头的绝缘要求更加严格, 电缆附件制作也将更加复杂, 其故障的风险也随之提高, 因此必须对高压电缆接头给予足够的重视, 做好其故障排查, 以保障整个电缆系统的正常运行。

为保证高压电缆正常运行, 就要定期不定期的对高压电缆开展绝缘检测。过去的多年, 我国广泛通过预防性试验的方法进行电力检修, 这种检修易造成停电, 带来了极大的不便;为在不影响正常的电力使用情况下进行高压电缆检修, 近年来对于高压电缆接头的绝缘检测日益成为新的研究热点。通过对在线检测技术的不断研究, 实现了通过电缆绝缘良好程度的特征信号及其判据对运行中的电缆绝缘是否存在被击穿的隐患进行有效判定。

在对电缆放电进行检测时, 如果能找出局部放电源的位置, 那么将大大提高放电检测的效率和精确性, 为了达到这一目的, 通常采用时域反射法进行放电位置的判定, 即Tim Domain Reflectometry.TDR。该方法的运用机理如下:将脉冲检测装置架设在电缆的一端, 利用局部放电脉冲在电缆中传播造成的反射原理, 从而获取同一脉冲在电缆中来回传播的情况和时间差数据, 然后利用找出脉冲位置来判定局部放电源的位置。如果将局部放电信号耦合装置架设在电缆近端, 那么可以利用脉冲电流法检测阻抗。当然也可以通过高频电流传感器等方式来找寻检放电脉冲信号位置。一旦电缆接头发生局部放电, 那么产生的脉冲会形成幅值相等的两个信号, 并以相反的方向在电缆线路内传播, 不同的信号会具有不同的传播时间, 利用两个信号到达的时延差, 同时参考电缆中脉冲的传播速度等参数, 能够大致确定局部放电脉冲发出的区域。同样, 对电力电缆进行带电检测时, 传感器也能检测到类似的脉冲群信号, 利用其方向可初步确定局放源的位置, 只有找出局部放电源的位置, 才能找出故障所在, 并进一步采取故障排除措施, 从而保障电缆的正常运行。

电力电缆接头产生局部放电时, 会产生单极性脉冲, 且上升时间很短、脉冲宽度很窄, 同时向两个方向进行传播, 因传播过程中会出现衰减和散射, 因此当脉冲到达测量点时会导致脉宽增加、幅值减小。一般而言, 能够较好的检测到脉冲波形。假如脉冲的上升时间和宽度在电缆局部放电脉冲的正常波动范围内, 那么就可认为该脉冲是电缆局部放电所致。Boggs和Stone通过不断研究使测试仪器的1GHz测量频带成为现实, 这种强大功率的测试仪器能够成功测试出初始局部放电脉冲。在此强大的频带下, 可通过衰减噪声信号的方式降低噪声对放电检测的影响, 从而更大限度的再现局部放电脉冲, 以此深化对局部放电的机理研究。

根据频带的宽窄, 超高频检测又分为超高频窄带检测和超高频超宽频带检测。后者带宽可达几GHz。由于超高频超宽频带检测技术能够对噪声起到明显的抑制作用, 同时又具有信息量大的优点, 因而使用较多。超高频局部放电检测采用的传感器主要为微带天线传感器, 这种传感器安装在一个或两个磁极上, 可探测到单根定子线棒的放电。目前, 微带天线传感器已被用于大型电力变压器、电力电缆等设备的局部放电检测上。

高压电缆的局部放电信号幅值很小, 仅为μA级;另外其持续时间很短, 仅为ns数量级, 但是却有较宽的频谱。因此为了进行高压电缆局部放电检测, 必须配备宽频带、灵敏度高、线性度好、输出失真小、稳定的耦合器。

Rogowski线圈电流传感器作为一种I/V转换器型电流传感器应用广泛。通常将Rogowski线圈制作成圆形或矩形, 选择空心或带有磁性的骨架, 之后在骨架上均匀缠绕螺线圈。吴广宁等人对该传感器进行了不少改进, 设计出宽频电流传感器, 这种传感器能够对大型电机及电缆局部放电进行在线监测, 具有很强的实用性, 并获得了国家专利 (图1) 。

在Rogowski线圈的原边是一匝线圈, 副边则是多匝线圈, 被测脉冲电流会产生磁通, 磁通会与副边线圈相交链。当Rogowski线圈有脉冲电流通过时, 螺线管的每一匝中就会产生磁通, 整个Rogowski线圈N匝中产生大小与导体中脉冲电流大小的磁链成正比, 电动势会因磁链的变化而变化, 且电动势与电流成正比。这种传感器检测方法能够较好的找出局部放电源之所在, 为快速排出故障奠定基础, 应用较为便捷。

局部放电的过程中, 放电区域内分子会因放电而产生剧烈撞击, 并导致介质因放电而出现发热, 发热会带来体积的瞬间变化, 这些因素都在影响着宏观上的脉冲压力波, 而其中的频率高于20k Hz的声波分量就是超声波。此时, 局部放电源可视为点脉冲声源, 声波的四周传播通过球面波的形式进行, 同时具备机械波的传播规律, 也就是说对于不同的介质而言, 其传播速度不仅不一样, 且不同介质交界处会产生不同的反射和折射现象。如果在设备外部安装声电转换器, 那么就可以将声信号转化为电信号, 之后再通过一系列的处理就可得到代表设备局放信息的特征量, 从而找出局部放电产生的区域, 找出故障之所在, 进而采取补救措施, 以保障电缆设备的正常运行。

绝缘在电力转送过程中不仅受到电、热的直接影响, 还会因使用时间不良环境等多种因素导致性能逐渐弱化, 甚至是出现缺陷, 一旦发生故障, 将直接影响电力传输, 因此必须定期不定期对之进行放电检测, 通过绝缘检测和诊断技术能够更早的发现其中的故障。