柴立華 鄭佐琦 劉文華 李 濤 倪卓越 劉志宏

（1. 山東東營(yíng)供電公司 2. 河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

0 引言

隨著供配電網(wǎng)的發(fā)展，10kV配電網(wǎng)電力電纜的使用量也在逐年增長(zhǎng)，這對(duì)電力電纜的安全可靠運(yùn)行提出了更高的要求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，由電纜終端接頭故障造成的電纜運(yùn)行故障比例達(dá)39%。作為電纜絕緣薄弱環(huán)節(jié)的電纜接頭成為故障的主要發(fā)生部位，局部放電現(xiàn)象構(gòu)成了電纜接頭故障的主要因素。因此，對(duì)電纜接頭進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)十分必要。

1 電纜接頭局部放電產(chǎn)生機(jī)理

電纜及其附件在生產(chǎn)及安裝過程中，由于設(shè)備本身及安裝技術(shù)的原因，內(nèi)部往往會(huì)出現(xiàn)氣泡或其他雜質(zhì)。對(duì)于存在有氣泡或雜質(zhì)的部位，其擊穿場(chǎng)強(qiáng)低于平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)，因此這些部位極易發(fā)生放電現(xiàn)象。即使局部放電的數(shù)量級(jí)不大，也會(huì)加劇絕緣材料的老化并最終導(dǎo)致絕緣擊穿。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜接頭的局放信息，盡早發(fā)現(xiàn)絕緣材料潛在的故障或缺陷，可有效減少電纜供電故障的發(fā)生。

電纜局部放電檢測(cè)方法有很多，相關(guān)資料都有介紹。本系統(tǒng)采用超聲波檢測(cè)與對(duì)地放電電流檢測(cè)相結(jié)合構(gòu)成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用兩種測(cè)量相互補(bǔ)償，達(dá)到監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確的效果。本文著重介紹其中的對(duì)地放電電流檢測(cè)法。

2 電纜接頭局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

電纜接頭局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用超聲波檢測(cè)與對(duì)地放電電流檢測(cè)相結(jié)合構(gòu)成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由超聲波傳感器、寬頻帶電流互感器、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元、現(xiàn)場(chǎng)供電單元、GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元、遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及局部放電監(jiān)測(cè)軟件組成?，F(xiàn)場(chǎng)供電單元通過取電互感器和特殊設(shè)計(jì)的電源變換器，在寬范圍電流變化的條件下，能對(duì)監(jiān)測(cè)單元提供穩(wěn)定可靠的直流電源。監(jiān)測(cè)單元接受前端傳感器發(fā)出的局部放電超聲波、放電產(chǎn)生的對(duì)地電流等多種局部放電模擬信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，噪聲去除，放電峰值檢出、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、放電量顯示、越限報(bào)警等，同時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過GPRS模塊上傳至數(shù)據(jù)庫。

3 電纜局部放電對(duì)地放電電流檢測(cè)設(shè)計(jì)

電纜局部放電對(duì)地放電電流檢測(cè)，采用在線監(jiān)測(cè)寬頻帶電流互感器實(shí)現(xiàn)，其外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 寬頻帶電流互感器外殼結(jié)構(gòu)

在外殼內(nèi)嵌入鐵氧體磁心，其磁心外徑102mm內(nèi)徑65mm橫截面處為18.5×20mm功耗25kHz 200MT。組裝完成后，用直徑1mm 漆包線的纏繞，具體圈數(shù)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，使信號(hào)強(qiáng)度及靈敏度最高。寬頻帶電流互感器的安裝如圖2所示。

圖2 寬頻帶電流互感器的安裝

4 電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理單元設(shè)計(jì)

寬頻帶電流互感器安裝在高壓電纜接頭的三相接地線上，通過50Ω同軸電纜將信號(hào)傳遞到監(jiān)測(cè)單元。寬頻帶電流互感器采集局部放電信號(hào)并將這些模擬信號(hào)輸入信號(hào)處理單元。

本設(shè)計(jì)所采用的高速數(shù)據(jù)采集電路包括以下幾個(gè)部分：模擬信號(hào)的輸入、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速時(shí)鐘電路、外部觸發(fā)電路、數(shù)據(jù)處理器件、外部存儲(chǔ)器、接口電路以及電源管理系統(tǒng)等，智能傳感器采集局部放電信號(hào)示意圖如圖3所示。

圖3 智能傳感器采集局部放電信號(hào)示意圖

信號(hào)處理單元將智能傳感器接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行處理，完成對(duì)信號(hào)放大及阻抗匹配。信號(hào)處理單元框圖如圖4所示，輸入信號(hào)經(jīng)過高壓保護(hù)的濾波器進(jìn)行噪聲干擾處理并實(shí)現(xiàn)初級(jí)信號(hào)放大；處理后的信號(hào)通過帶通濾波器對(duì)電纜局部放電帶寬特征頻率進(jìn) 行選擇；通過增益選擇網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該特征頻率信號(hào)放大倍率的選擇；通過次級(jí)放大電路對(duì)處理后的微弱放電信號(hào)進(jìn)行放大，供給后級(jí)高速A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。

圖4 信號(hào)調(diào)理單元框圖

5 電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)

電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器采用分布式安放，分組方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每組通過一個(gè)串口與監(jiān)控主機(jī)相連，通過Microsoft Visual Studio軟件開發(fā)，利用Visual C++編程語言編寫的上位機(jī)軟件對(duì)每組傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，通過軟件設(shè)置各個(gè)傳感器的地址，監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)采集到的放電信號(hào)超過報(bào)警閾值后，軟件提示報(bào)警功能，根據(jù)傳感器的地址及安裝的位置，確定故障出現(xiàn)的具體位置，從而實(shí)現(xiàn)精確的電纜接頭局部放電在線監(jiān)測(cè)。

軟件運(yùn)行于具有固定IP的服務(wù)器上，具有對(duì)局部放電信號(hào)的在線數(shù)據(jù)接收、處理及存貯、局部放電的歷史趨勢(shì)圖顯示及報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢、動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖等功能如圖5所示。

圖5 局部放電的歷史趨勢(shì)圖（上）動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖（下）

6 結(jié)束語

本文論述了電纜接頭局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)，介紹了局部放電信號(hào)測(cè)量的寬頻帶 電流互感器的設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件及上位機(jī)軟件。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝后運(yùn)行良好，可以作為電纜絕緣監(jiān)測(cè)的一種重要方法。

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