0 引言

近年来，电网建设速度不断加快、规模迅速攀升，而电力电缆作为电网中连接电气设备、传输和分配大容量电能的主要设备，其故障率呈逐年上升趋势。其中交联聚乙烯(Cross Linked Polyethyl⁃ ene，XLPE)电缆因其材料受热后可形成网状结构，使得电缆自身的负载能力、耐热性、耐腐蚀性、机械强度等性能均优于其他电缆，在6 kV及以上电压等级的输、配电网中得到了广泛应用，占比高达90%以上^[1]。研究表明，电缆的局部放电水平可直接反映电缆的绝缘状况^[2]，开展XLPE电缆局部放电带电检测可以提前发现潜伏性故障，为电缆的维护与更换提供依据，帮助企业更好地开展以成本效益为基础的状态检修工作。

1 XLPE电缆局部放电带电检测技术现状

目前针对电缆绝缘劣化以及电缆接头内部故障产生的局部放电研究方法分为两大类^[3-4]，一是非电气测试法，主要有超声波检测法、温度检测法等；二是电气测试法，例如电磁耦合法、差分法等。电气测试法具有储存信息量大且灵敏度高的特点，比较适用于电缆接头的局部放电检测。而XLPE电缆通常有数千米长，在局部放电量捕捉及电缆故障点范围圈定方面存在困难，主要体现在：局部放电信号在传播中的衰减过程较为复杂，难以准确捕获；受邻近设备电晕及其他射频源产生的多重严重外部干扰或者噪声的影响，局部放电试验图谱中混杂着较多的干扰波形，采样困难^[5]。

2 局部放电三通道同步测试方法分析

本文采用局部放电三通道同步测试系统，利用光纤隔离、数字滤波等方式在现场获得测试的最佳信噪比，同时对高压电缆三相间的耦合做出清晰判断。通过三相幅值关系图(3PARD)分离出不同的放电源，得到不同放电源的图谱，进而对故障点进行定位。

三通道同步测试原理如图 1所示。XLPE电缆局部放电测试采用脉冲电流法，在测量回路中串联耦合电容与耦合装置，保证高频脉冲信号的灵敏度，同时缩短局部放电测量仪器到耦合装置的测量电缆距离(0.3 m)，消除了部分电磁干扰状态下产生的噪声影响。局放测量仪器到控制器之间采用高速光纤网，测量设备与控制器之间距离最长达2 km，确保数据采集单元与控制器之间的完全电气隔离，避免传统测量方式下由于测量电缆过长对地形成环路。

3 案例分析

选取运行年限较长且负荷较大的某线路作为检测对象，在某电缆终端采集2 MHz、4 MHz、6 MHz频率信号，并对三相信号进行分离。三相信号总PRPD图谱如图 2所示，从图 2可以看出，三相均有特殊信号存在。据此判定各相电压峰值点以及过零点的相位如下：L1相电压峰值点相位约为60°和240°，电压过零点相位为150°和330°；L2相电压峰值点相位约为120°和300°，电压过零点相位为30°和210°；L3相电压峰值点相位约为0°和180°，电压过零点相位为90°和270°。

三相信号的幅频特性图谱如图 3所示，脉冲类时域信号如图 4所示。由图 3、图 4可以看出，三相均有脉冲信号出现，脉冲峰值点出现依次为L1、L2、L3相。从波形特征来看，L1相脉冲信号比较单一，呈单调上升后振荡衰减趋势，L2、L3相脉冲波形与L1相相同，同时叠加了1个周期性振荡信号(L1相采用旧高频TA检测，L2、L3相采用新高频TA检测)。

3.1 L1相信号

L1相信号3PARD图谱如图 5所示，分离出3簇信号的PRPD图谱如图 6所示。第一簇信号起始相位约为54°和234°，可能与L2、L3相的电压过零点位置相关，与L3相相关的可能性最大。第二簇信号相位较宽，且图谱前端具有明显的电压包络线性质，其初始相位分别为162°和342°，与L1相的相关性最大。第三簇信号呈180°相位对称，起始相位分别为30°和210°，与L2相相关性最大。

综合L1相测试结果，当频率上升为12 MHz时，第一簇信号消失，第二、三簇信号存在且相位保持不变；频率为14 MHz时第三簇信号消失；频率为18 MHz时第二簇信号消失。因此判定该相存在放电信号，即第二簇信号，图谱、相位关系及时域脉冲信号都具备内部放电特征。

3.2 L2相信号

L2相信号3PARD图谱如图 7所示，分离出4簇信号的PRPD图谱如图 8所示。第一簇信号起始相位分别为30°和210°，与L2相相关性最大。第二簇信号相位较宽，且图谱前端具有明显的电压包络线性质，其初始相位分别为162°和342°，与L1相相关性最大。第三簇信号起始相位约为54°和234°，可能与L2、L3相相关，与L3相相关的可能性最大。第四簇信号呈180°相位对称关系，具备内部放电特征，起始相位为110°和290°，与L3相关联度最大。

综合L2相测试结果，第一簇信号在频率上升至10 MHz时消失，第二簇信号频率至20 MHz时仍然存在，第三、四簇信号在频率达到8 MHz时消失。L1相第二簇信号频率为18 MHz时已消失，考虑到L1相采用旧高频TA检测，两者之间幅值不具可比性，因此判定信号存在于L1相。

3.3 L3相信号

L3相信号3PARD图谱如图 9所示，分离出4簇信号的PRPD图谱如图 10所示。第一簇信号起始相位分别为30°和210°，与L2相相关性最大。第二簇信号起始相位约为54°和234°，可能与L2、L3相相关，与L3相相关的可能性最大。在4 MHz频率下，其图谱L3相比L2相清晰，且幅值更大，因此判定信号存在于L3相。第三簇信号初始相位分别为162°和342°，与L1相相关性最大。在4 MHz频带下，L3相表现最小，仅为15 pC，L1、L2相为100 pC，因此判定L1相幅值最大。第四簇信号呈180°相位对称关系，具备内部放电特征，起始相位为110°和290°，与L3相关联度最大。

综合L3相测量结果，第一、二簇信号在频率达到8 MHz时消失，第三簇信号在频率达到19 MHz时消失，第四簇信号在频率达到6 MHz时已不可分辨。因此判定L3相可能存在电晕、接触不良或悬浮电位等放电现象。

3.4 结论

根据电缆终端测试分析得出如下结论：L1相终端存在着可能性非常大的内部放电现象，L3相终端可能存在电晕放电、接触不严或悬浮电位点。

随后对该组电缆进行现场查看，发现L1相电缆终端处有明显放电烧灼痕迹，验证了该测试方法的有效性。

4 结语

随着电网运行可靠性要求的不断提高，局部放电带电检测在电缆运维中的重要性日益显现。本文采用的XLPE电缆同步多通道局部放电测量方法，利用光纤隔离和全数字化数据处理技术，对电缆绝缘状态进行测试分析、判断和评估，能够有效发现电力电缆的早期故障征兆，从而为现场提前处理电缆缺陷隐患提供技术支持。