高壓電纜附件局部放電超高頻檢測探究

1、 高壓電纜附件局部放電超高頻檢測探究 摘要：在經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展的21世紀(jì)，各項資源能源的短缺和需求，隨著各行業(yè)的深入發(fā)展而不斷增加，尤其在電力能源方面，需要對局部地區(qū)放電超高頻率的監(jiān)測，進(jìn)行更加規(guī)律和嚴(yán)格的記錄，以保證高壓電纜附件的日常工作，防止因短時間用電壓力增加導(dǎo)致的安全隱患。關(guān)鍵詞：高壓電線；局部地區(qū)；超高頻探測前言隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快和內(nèi)陸腹地地區(qū)的縱深發(fā)展，城市人口越來越多，超大型城市和新一線城市的數(shù)量不斷增加，因此供電壓力越來越大，針對這一經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，電力行業(yè)在進(jìn)行技術(shù)提升的同時，也對電力安全問題有了更敏銳的認(rèn)識。本文將從高壓電纜局部放電監(jiān)測意義出發(fā)，對高壓電纜附件放電產(chǎn)生的原因

2、和方法進(jìn)行分析，然后通過仿真結(jié)果的研究，以便推動這一監(jiān)測技術(shù)的廣闊發(fā)展。1. 高壓電纜局部放電檢測意義高壓電纜局部放電監(jiān)測的目的是為了發(fā)現(xiàn)電路故障隱患，以便在高壓電纜安全運(yùn)行的同時，防止突發(fā)性的、猛然的電路中斷，造成電路使用地區(qū)的經(jīng)濟(jì)損失【1】?，F(xiàn)如今因為電纜承擔(dān)起跨地區(qū)、越省份的架設(shè)情況，在地區(qū)架設(shè)過程當(dāng)中受到天氣等影響，而且因為電路一般工作運(yùn)行時間較長，地區(qū)建設(shè)程度較廣，所以在長時間工作運(yùn)行中難以受到及時的檢測，容易引發(fā)安全問題。所以對局部放電檢測存在眾多困難，如果能夠?qū)?shù)量龐大、分支眾多的電路故障進(jìn)行迅速的排查，方便監(jiān)測位置的定位，就能夠做到從大規(guī)模場路線多分叉的電路架設(shè)中，找到故障發(fā)生

3、的精準(zhǔn)位置，從而避免大量人力物力的浪費(fèi)，保證高壓電纜的安全運(yùn)行。二、高壓電纜局部放電檢測概況高壓電纜局部放電監(jiān)測技術(shù)，總的來說是通過建立交聯(lián)聚乙烯電纜接頭的數(shù)字物理模型，然后在時域有限差分法基礎(chǔ)上，對內(nèi)部的pd超高頻電磁波傳播特性進(jìn)行數(shù)據(jù)的仿真，方便研究電力監(jiān)測的位置定位，和合金屬護(hù)套以及電路必備半導(dǎo)墊層等因素的信號變化和能量衰減。因為高壓電纜局部放電監(jiān)測的重點(diǎn)是在電纜附件，而電力電纜附件的質(zhì)量和壽命常常是人工經(jīng)驗和制作工藝的雙重因素所決定的，所以電纜附件是高壓電絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，經(jīng)常發(fā)生電路故障，電纜附件也因此成為監(jiān)測工作的典型部位【2】。pd信號監(jiān)測法是因為它的監(jiān)測頻率能夠一定程度上抗干擾，

4、而且比較靈敏的找到電力信號，尤其是近年來，在氣體絕緣組合電器和電力變壓器的監(jiān)測過程中，該監(jiān)測法能夠做到對小尺寸電力電纜附件絕緣缺陷進(jìn)行靈敏的檢測，所以其在長距離監(jiān)測方面有所不足的缺點(diǎn)也能夠被一定程度上接受。三、中間接頭物理模型的構(gòu)建在國際環(huán)境將構(gòu)建電纜物理模型，針對電纜纜芯的情況下，合理構(gòu)建電纜附件的物理模型，就需要從更深的層次發(fā)展。合理構(gòu)建電纜附件的物理模型，對于傳播特性的研究來說至關(guān)重要，尤其是對于內(nèi)部電子信號來說，檢測電纜附件絕緣缺陷能夠較快速的規(guī)避電路運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險，一般來說，物理仿真模型通常是由電纜的剖面組成，在中間接頭部分，一般是由硅橡膠主導(dǎo)絕緣作用，而橡膠預(yù)制應(yīng)力錐和金屬連接管等和半

5、島電內(nèi)（外）屏蔽共同組成嚴(yán)密層狀結(jié)構(gòu)，保證接頭部分電路的穩(wěn)定和不泄露。在纜芯部分，通常由導(dǎo)電線芯、半導(dǎo)電內(nèi)（外）屏蔽及金屬護(hù)套組成，這些基本的組成是為了在不影響內(nèi)部電場分布的情況下，保證導(dǎo)電線芯和連接管之間的完美契合。同時，因為高壓電線通常架設(shè)在野外，而且胯度較高，所以需要準(zhǔn)備較為嚴(yán)密的防水層，防水層的材料大部分為非組阻詞絕緣材料，在pd信號的傳播過上削減度為零。例如半島墊層絕緣體相對介電常數(shù)為28-32，而電導(dǎo)率為2 s/m，所以導(dǎo)電硅相對電常數(shù)為90，導(dǎo)電率為0.5 s/m，在進(jìn)行物理模型實(shí)驗時，要注重由于硅橡膠和半導(dǎo)電層的電氣參數(shù)具有自身物理性質(zhì)，所以說這部分接頭內(nèi)部介質(zhì)有顯著的頻變特性

6、，在進(jìn)行電氣參數(shù)模擬時，要選用具有仿真條件和現(xiàn)實(shí)效果的結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗，尤其要注重內(nèi)部pd脈沖影響的規(guī)律性變化，在學(xué)科計算中，保證誤差較小【3】。四、借助數(shù)學(xué)進(jìn)行模型建立fdtd是由于復(fù)雜電磁問題的計算而產(chǎn)生的計算方法，她把含有時間變量的旋度方程轉(zhuǎn)化成了一組差分方程，因此能夠做到時間軸上的空間解答，也就是說，通過電場和原質(zhì)的數(shù)據(jù)旋度方程，maxwell的兩個散度方程能夠在邊界條件中進(jìn)行展開，而網(wǎng)格單元尺寸的給定數(shù)據(jù)，能夠滿足物理模型在幾何形狀和電尺寸上的計算精度。同時，數(shù)學(xué)的數(shù)據(jù)選擇也需要考慮仿真性，尤其是半導(dǎo)體電層，實(shí)際厚度對pd信號傳播的影響，同時為了減少pd數(shù)字化計算產(chǎn)生的色散等情況，對模型

7、的改進(jìn)應(yīng)盡量滿足uhf范圍內(nèi)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，常用的劃分有立方體胞元劃分。除了數(shù)學(xué)上數(shù)字的選擇之外，在其他數(shù)據(jù)的選擇上，也需要模擬局部放電的真實(shí)性，例如激勵電流源選擇的脈沖值為10 ma，脈沖寬度為2 ns，半峰值頻率為1.5 ghz。那么由于計算機(jī)容量的限制，以上給定的數(shù)據(jù)只能在有限的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，而計算區(qū)域的截斷編輯有可能和真實(shí)的情況相對應(yīng)，所以在物理數(shù)據(jù)的模擬過程當(dāng)中，需要對典型數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析的的同時，也要對少數(shù)數(shù)字進(jìn)行模擬的記錄。五、仿真與實(shí)測結(jié)果的分析檢測結(jié)果的分析通常和物理模型給定數(shù)據(jù)有直接的聯(lián)系，而這些數(shù)據(jù)的變化是和實(shí)際電力監(jiān)測的位置息息相關(guān)的，例如電力監(jiān)測的位置，對uhf位置的信號

8、影響，就會因為監(jiān)測點(diǎn)的位置不同而產(chǎn)生偏差，由于監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在纜芯、街頭橫截面上，而且角度發(fā)生變化，所以傳感器的設(shè)置要盡量安排在金屬護(hù)套內(nèi)側(cè)。比較典型的一點(diǎn)是，通過對接頭和纜芯內(nèi)個監(jiān)測點(diǎn)的積累能量探測，當(dāng)放電點(diǎn)和加測點(diǎn)夾角不同時耦合的電場能力隨之會發(fā)生較大的變化，因此，電纜接頭內(nèi)部和電廠模式在gis上很相似，如果將uhf傳感器安裝在和電源接下平行的位置，就能夠獲得比較穩(wěn)定、客觀且真實(shí)的檢測結(jié)果，這對電壓線的現(xiàn)場作業(yè)來說具有不可忽視的指導(dǎo)性意見。同樣的，根據(jù)微波理論不同尺寸的波導(dǎo)物體對uhf電磁波的傳導(dǎo)，也具有不同的影響程度，例如在截止頻率上，uhf信號的能量受到實(shí)際生產(chǎn)護(hù)套的影響，往往是因為尺寸的

9、問題，經(jīng)過實(shí)驗數(shù)據(jù)，可以從70 mm和90 mm外徑的金屬護(hù)套出發(fā)，在其他條件參數(shù)不變的情況下進(jìn)行實(shí)驗，可以看到小尺寸的金屬外殼，更適合uhf電磁波的pd檢測，但是小尺寸金屬護(hù)套的，在實(shí)際的戶外工作中信息數(shù)據(jù)采集更加繁瑣，所以在系統(tǒng)的不斷完善過程中，要避免仿真實(shí)驗的想當(dāng)然。在驗證仿真結(jié)果的時候，利用實(shí)驗室研制的內(nèi)置寬頻帶圓環(huán)器，傳感器對pd信號進(jìn)行實(shí)測，而且將內(nèi)置傳感器的性質(zhì)和不同長度射頻信號電纜進(jìn)行區(qū)別對待，以試驗平臺電氣接線圖的安全性，總結(jié)：總的來說，uhf信號的物理監(jiān)測需要從半導(dǎo)體電層和多層復(fù)合階層等方面綜合考量，并且在利用物理模型和實(shí)踐數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行穩(wěn)定性的算法，在研究之中，不難發(fā)現(xiàn)金屬護(hù)套和半導(dǎo)體層的性質(zhì)和大小與電纜纜芯傳播的信號幅值有最顯著、最直接的變化，而這些變化能夠指導(dǎo)日常電力故障監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。同時值得注意的是，因為我國高壓電建設(shè)的地區(qū)廣泛，不同區(qū)條件下，高壓電線的數(shù)據(jù)都需要出于實(shí)際情況，注重真實(shí)放電的多樣性和不確定性，保證安裝位置隨地區(qū)和氣候的位置有所調(diào)整，不能一以概全進(jìn)行單一的實(shí)驗室模型，