[发明专利]一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估装置及方法。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆因其结构简单、负载能力强、敷设容易、运行维护方便、绝缘性能优异、生产工艺简单等优点，被广泛应用于电力系统中。随着XLPE电缆线路的广泛应用，中间接头作为电力电缆的重要组成部分，使用量也随之增加。但电缆中间接头同时也是输电线路事故的多发部位，其可靠性直接影响供电系统的安全。电缆中间接头由于劣质材料、粗糙制作工艺、现场不规范安装以及电、热、机械应力等多种因素，会形成潜伏性绝缘缺陷，为电网的运行带来潜在的安全隐患。运行经验和研究均表明：电缆接头设计阶段存在的各类典型缺陷大多会产生局部放电，因此电缆接头的局部放电检测对于高压电缆的正常运行及故障预测有很重要的意义。

而目前随着海上风电装机容量的快速增加以及直流输电技术的不断发展，直流电缆凭借其损耗低、易于进行功率调节等优势，需求量飞速提高。特别是近几年基于电压源换流器VSC(voltagesourceconverter)技术的发展，大大促进了以交联聚乙烯(XLPE)为主绝缘材料的柔性直流电缆的发展，相比于油纸电缆来讲，XLPE直流电缆具有更加环境友好，并且制造敷设简单等优点。通常直流电缆线路长、电压等级高，工程浩大，重要性极高，因此对其工作状态进行检测，确保其在正常的工作状态是非常有必要的。考虑到直流电缆与交流电缆不同的运行方式，直接套用交流电缆检测手段可能并不合适，目前针对直流电缆检测分析手段仍非常匮乏。

局部放电检测作为交流电缆检测的重要手段，能够作为反映绝缘水平的重要手段。对于XLPE直流电缆，当其电缆主绝缘或附件发生缺陷并在一定电压下同样可能会产生局部放电，因此对直流电缆系统进行局部放电检测同样可以发现其可能存在的缺陷。而局部放电检测，直流局部放电与交流局部放电特征有着显著区别，相比较于交流局部放电，直流局部放电的重复率较低，而且只有放电幅值以及放电间隔，没有放电相位角的概念，因此交流局部放电分析当中常用的-q-n等与相角相关的分析方式便都无法应用于直流局部放电。对于直流局部放电需要用特殊的手段进行分析，这方面目前仍然相对空白。

对于高压交流电缆来讲电场在绝缘层中分布主要依赖于电缆电容电场的几何分布，而在假定介电常数为一个不随温度变化的常数时便可容易得到，因而在加上负载并运行加热到操作温度的时候其始终不变，尽管实际情况介电常数是会发生一定变化的，但是其影响几乎可以忽略不计。

高压交流电缆绝缘中的电场通常可以表示为：

其中：E_AC(r)＝在半径为r处的交流电场分布(kV/mm或MV/m)

U₀＝电缆的设计电压，即电介质上电压(kV)；在交流领域即表示相电压

r＝半径距离(mm)

r_i＝电缆绝缘内半径(mm)

r₀＝电缆绝缘外半径(mm)

对于高压直流电缆，其电场分布是随温度和时间变化的，这是由于直流电缆电场分布在稳态情况下是由该处电阻决定，即决定于绝缘的电阻率，而电介质的电阻率反过来依赖于温度与电场强度，仅在无负载电缆内部也没有温度梯度的情况下，直流电缆的电场分布情况与交流基本相同。

高压直流电缆绝缘中的电场通常可以表示为：

其中

其中：

a＝电导率的温度系数(1/K或1/℃)

b＝电导率的应力系数(mm/kV或m/MV)

其中:

W_C＝导体中的焦耳热损耗(w/m)

λ_T＝绝缘的热导率

放电位置处局部场强的变化会主要反映在放电重复率的改变，而由于电场的热效应影响，电场的变化反过来又会引起温度的变化，从而导致电场与温度的耦合关系，对于放电产生复杂的影响。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种直流局部放电测量装置，包括被测电缆以及用于获取局部放电信号的直流局部放电检测装置；被测电缆的两端连接有直流高压输出装置和电流输出装置；被测电缆上布设有温度检测装置。