局部放電是指在電場作用下發生在絕緣中非貫穿性的放電現象。XLPE電纜及其附件中發生的局部放電信號幅值可達1000pC,頻帶可高達GHz。超高頻段內的其它干擾也相對較少。因此,我們應該選擇高頻段的電磁信號來檢測,這樣可以避免常規電氣測量方法不容易避開的干擾。因此,研究如何檢測超高頻信號,提高信噪比是目前研究的主要方向。
1. 超高頻電感法
1993年,荷蘭人將線圈纏繞在繞包愷裝電纜上,如圖所示,脈沖電流在鎧裝層下產生的軸向磁場作用于線圈使得線圈產生感應電流,從而通過測量線圈得到的磁通量來衡量局部放電的大小。這種超高頻電感耦合系統頻帶寬度可以達到600MHz,測量靈敏度是10-20pC,頻帶高出上面提到的各種檢測方法一個數量級。這種方法受到特殊的電纜結構限制,只適用于帶有繞包鎧裝結構的電纜,并且檢測的高頻信號傳輸距離有限,所以更適合電纜附件的檢測。2. 超高頻電容耦合法
以電容耦合原理為依據,重慶大學和西安交通大學都研制出了測量電纜附件局部放電信號的內置式電容耦合傳感系統,這種系統是將金屬箔耦合電極預制在接頭附近電纜的外半導電層上,被破壞的外屏蔽層通過圓形金屬法蘭連接恢復屏蔽。這種系統所能檢測的有效頻帶寬為500MHz,系統靈敏度是2pC。此外,我國的許多科研機構、電力行業公司以及大學也對這種方法進行了研究和改進,比如興迪公司直接從外半導電層通過傳輸線提取局部放電信號,最大限度的減少了外環境的背景噪聲干擾。
超高頻電感法示意圖
3. 電磁波檢測法(UHF法)
電磁波檢測法就是通過阿基米德螺旋天線接收局部放電產生的電磁波,通過測量超高頻段的電磁波來檢測局部放電的大小,通常檢測的范圍可以達到500MHz-1500MHz的頻率。根據規定300MHz-3GHz的頻率范圍屬于超高頻,用于檢測這個頻段的在線檢測方法簡稱為UHF法。GIS和變壓器的局放監測中己經成功實現了UHF法的應用。2006年,哈爾濱理工大學和清華大學的學者們提出利用局部放電高頻信號和特高頻信號相結合的方式抑制電力變壓器的現場干擾,并給出絕緣油中局部放電的測量的頻帶范圍。2008年,意大利研究天線具有方向性定位局部放電位置的功能,但美中不足的是天線帶寬僅僅只有25MHz-30MHz。韓國研究的天線比較特殊,稱為Planer Loop Antenna,意思就是平面回路天線,是制作在電路板上的。德國研制了300MHz-800MHz頻率帶寬的天線用于GIS電纜接頭的檢測。2009年,上海電力局電纜輸配電公司通過科研,對于局部放電信號進行分析和辨認,最終研發出了便攜式電力電纜局部放電在線監測儀器。電力電纜附件在局部放電發生時,也會輻射出超高頻電磁波信號,因而理論上UHF法也可以應用在電纜附件的檢測上,用來判斷是否產生局部放電。2013年,哈爾濱理工大學的學者將局部放電的高頻與超高頻檢測聯合方法拓展到電力電纜局部放電上,利用互相鑒別以及時域開窗、基于復小波多周期疊加的干擾濾除算法等手段,有效的抑制了多種干擾,其局部放電檢測的分度系數為1mV/pC,檢測靈敏度小于10pC。對于XLEP電纜附件超高頻檢測法優缺點對比如表所示。

XLEP電纜附件超高頻檢測法對比