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電力電纜高頻局部放電檢測及診斷方法
湖北中試高測電氣控股有限公司為您解答：電力電纜高頻局部放電檢測及診斷方法
檢測方法
高頻局部放電檢測具有非嵌入式檢測，不同電力設備結構區別較大，從而對應的高頻檢測方法略有不同，但檢測原理及局部放電檢測裝置基本一致。下文對電力電纜及其它電力設備分別介紹高頻局放檢測的具體操作方法。
電力電纜
電力電纜局部放電帶電測試前，需對檢測系統進行性能校驗，其方法可參考IEC 60270局部放電測量方法中7.3部分進行校驗，確保檢測系統可以正常工作。在線帶電測量時，針對局部放電檢測系統的靈敏度校驗，CIGRE B1.28工作組提出可在一端HFCT處直接注入校準脈沖，湖北中試高測電氣控股有限公司在各接頭或另一端進行測量。但該方法受傳感器性能、電纜長度及電纜種類等因素影響，倍受質疑。因此利用高頻電流互感器進行帶電檢測時其系統靈敏度校驗方法一直沒有達成統一共識[16]。
電力電纜局部放電帶電測試時，HFCT測量位置示意及實物安裝圖如圖5-5、圖5-6所示。通常HFCT卡裝在電纜本體、中間接頭接地線以及終端接地線上。電力電纜高頻局部放電檢測及診斷方法對于直埋電纜，可以在電纜中間接頭檢修工井電纜外護套交叉互聯接地線或直接接地線上卡裝HFCT方法進行檢測，如果條件允許可以開挖電纜接頭及本體，在電纜接頭和本體上卡裝HFCT進行輔助檢測；對于隧道內電纜，應綜合采用以上兩種方法進行檢測；對于電纜終端頭，在保證安全、具有充分手段和條件情況下，可在電纜終端頭接地線上卡裝HFCT進行局部放電檢測。
測試過程主要包括如下基本步驟：
（1）安裝高頻局放傳感器，連接檢測裝置的電源線、信號線、同步線、數據傳輸線等一系列接線，并開始檢測；
（1）觀察數據處理終端（筆記本電腦）的檢測信號時域波形與對應的PRPD譜圖，排除干擾并判斷有無異常局放信號；
（2）確定存在異常局放信號后，可利用去噪、模式識別以及放電聚類等方法進一步識別（詳細介紹見診斷方法）；
（3）對放電源進行定位，結合放電特征及放電缺陷診斷結果給出檢測診斷結論，并提出檢修建議。
圖5-5 電纜本體及接頭HFCT安裝示意圖 圖5-6中間頭三相交叉接地箱內HFCT安裝圖
現場電纜局部放電帶電測試時應注意以下事項：
- 根據現場測試環境應準備相應的防護和工作器具，如在電纜隧道內工作應確認隧道內是否存在有毒易燃氣體并采取相應手段予以排除。
- 對于在電纜互層交叉互聯接地線和直接接地線上進行的測試工作應使用合適的工具打開接地箱，在開啟過程中嚴禁接觸裸母排等導體，湖北中試高測電氣控股有限公司傳感器的卡裝等操作應佩戴10kV電壓等級絕緣手套。
- 對于電纜終端下方的測試應保證所有操作處于電氣安全距離范圍內。其他電力設備
對于其他電力設備，如旋轉電機、開關設備以及變壓器等，利用高頻電流互感器進行局部放電檢測方法與電纜類似，都是在連接設備電纜本體或接地線上進行測量，電力電纜高頻局部放電檢測及診斷方法圖5-7是幾種利用HFCT進行帶電或在線監測時的檢測示意圖。對于這些設備，在進行局部放電測試前，同樣需要對局部放電檢測系統進行校驗，以確保檢測設備的正常運行。由于開關柜、旋轉電機等正常運行時電壓均較高，在進行傳感器安裝、設備調試過程中務必佩戴相應等級的絕緣手套以及在一定的電氣安全距離內操作，確保人生安全。
圖5-7 帶接地引下線設備高頻局部放電檢測原理圖診斷方法
對于不同電力設備，高頻局部放電檢測的診斷方法基本一致，主要包括兩大部分：噪聲抑制及放電信號區分、局部放電源的準確定位。
- 噪聲抑制、干擾排除及局放缺陷診斷
對不同電力設備進行高頻局部放電檢測時，高頻傳感器耦合出來的信號并非單純的放電信號，而是混合著電磁干擾噪聲，如何將干擾噪聲去除是局部放電帶電檢測過程中較為困難和關鍵的問題之一。
按照時域波形特征，外部背景噪聲主要包括周期型干擾信號、脈沖型干擾信號和白噪聲干擾信號。針對不同干擾信號的特征和性質，需采用不同的抑制措施。在已有的各種系統中，干擾信號抑制主要包括硬件和軟件兩個方面的措施。雖然硬件抑制方法有一定的效果，但是現場干擾會隨著環境、設備負載以及運行方式的改變而改變，硬件抑制方法難以達到理想的效果。
隨著數字信號處理技術的發展，高頻局部放電檢測中的干擾抑制措施主要依靠軟件實現。目前常用的數字化抗干擾方法主要有：湖北中試高測電氣控股有限公司脈沖平均法、數字濾波法、信號相關法、神經網絡法以及小波分析法。小波變換是基于非平穩信號的分析手段，在時域、頻域同時具有良好的局部化性質，非常適合于不規則、瞬變信號的處理，越來越多的用于高頻局部放電檢測的干擾抑制措施中。
對于放電信號的區分，一方面可利用前述的抗干擾技術，將外界干擾噪聲抑制到較小水平，另一方面也可通過與不同缺陷放電特征數據庫進行對比，即進行放電信號的模式識別。模式識別的主要步驟包括放電信號的測量、放電信號特征提取與分類和特征指紋庫比對三個步驟，從而判斷所測信號是否為真實的放電信號以及是何種放電。一種模式識別方法是利用相位統計譜圖的形狀特點，通過計算統計譜圖的偏斜度、陡峭度以及相互關聯因素等特征參數，從而對缺陷類型進行確認和識別。另外一種是聚類分析法，該方法主要將放電信號按其各自的等效頻率、等效時長或其它與波形相關的特征參量進行分類，形成時頻域映射譜圖。時頻譜圖的特點是多個放電源、不同放電類型的局部放電脈沖會被映射到不同聚點，這樣便于在局部放電相位譜圖上將真實放電和噪聲干擾區分開來如圖5-8所示。還有一種聚類原理是利用三相同步局部放電檢測技術，對耦合到的信號進行幅度、相位或頻率的計算，從而進行分類，如圖5-9所示。
圖5-8 局部放電時頻映射譜圖[16] 圖5-9 三相局部放電同步檢測聚類譜圖[28]
（二）放電源的定位
對于電力電纜運行情況下局部放電源的定位，較為簡單的方法是利用高頻局部放電檢測傳感器在電纜終端、各個接頭處分別進行局部放電信號的檢測，通過對比分析不同傳感器位置放電信號的時域和頻域特征，來進行放電源的大致定位。該方法主要利用的是放電脈沖信號在電纜中傳輸衰減原理，隨著放電信號的傳播，放電信號幅值減小，上升時間下降、脈沖寬度變寬，信號高頻分量嚴重衰減等，因而可利用這些特點大致判斷出放電源的位置。但值得注意的是該方法較為粗略，精度較低，僅能大致判斷出在哪個接頭附近或哪兩接頭間存在缺陷。
另一種方法是利用分布式局部放電同步檢測技術。該方法與上述方法類似，但不同的是在連續幾個接頭處進行同步測量，根據不同測量處耦合到同一脈沖信號的幅值大小、極性以及到達時間的不同而準確定位放電源的位置。該方法已在電纜在線局部放電監測中逐漸展開應用，如圖5-10所示。圖5-10 分布式同步局部放電檢測技術
還有一種方法是進行雙端局部放電定位。湖北中試高測電氣控股有限公司該方法采用的仍為脈沖反射（TDR）原理。對于較長電纜，放電信號的嚴重衰減會導致反射脈沖不可分辨，因此有必要進行雙端局部放電定位：在電纜兩端分別安裝高頻檢測傳感器，在電纜遠端同時安裝便攜式應答裝置和大幅值脈沖發生器。當在遠端檢測到放電脈沖信號時（高于設定閾值），便攜式應答裝置被啟動，觸發大幅值脈沖發生器發出一個幅值較大的脈沖，從而可根據原脈沖與大脈沖信號之間的時間差對電纜缺陷進行準確定位。
對于其他電力設備，如變壓器、互感器等，利用高頻局部放電檢測傳感器定位的應用較少，對應的局部放電源定位可采用超聲波、特高頻等方法實現
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