高压电缆是电力系统重要组成部分之一，对其进行局部放电在线检测是保障电力电缆可靠运行的重要手段，具有非常重要的意义。本文在对高压电缆接头局部放电检测的研究中，首先对电力电缆的线路模型研究，确定了能够表征脉冲信号的参数。进而通过建立电力电缆模型，对局部放电信号在高压电缆中的传播特性进行了仿真研究，得到局部放电脉冲信号在电力电缆中的传播规律。然后本文针对高压电缆局部放电数据采集系统进行了整体方案的设计。
电力电缆作为一种重要的电气设备，是现代电力系统网络中的重要组成部分之一。它具有良好的电气性能，热性能和机械性能等诸多优点，这些年来在电力系统的各个电压等级的输电及配电网络中都得到了广泛的应用；与以往的架空线路相比，采用高压电缆供电在安装及使用运行方面都有着不可比拟的优点，电缆大多以直埋、排管、隧道等形式铺设在地下，受外界的干扰较小，可以进行长期安全传输等等。但是高压电缆也有其自身的不可避免的缺陷，例如在制作高压电缆时，本身就无法保证其绝缘的绝对完好；在进行安装敷设的时候，极有可能受到来自外界的机械力的作用而造成损害；而当高压电缆经过长期的运行之后，其绝缘部分因为长期受到来自土壤理化作用、潮气或者水分等的影响，也很容易遭到腐蚀进而引起绝缘上的缺陷；这些隐患最终都会导致高压电缆绝缘的击穿。当高压电缆发生故障后，又恰恰因为无法采用巡视等常规方法判断电缆工作状态正常与否。因此，如何快速有效地通过各种检测手段判断电缆绝缘的劣化状态有着重要的现实意义。
1 局部放电现象简介
局部放电是绝缘介质内部发生的局部的重复击穿和熄灭现象。在对绝缘进行的制作时，总会或多或少的残留一些杂质在里面；在设备运行时，由于绝缘的老化、分解，也会产生一些分散性的异物。这些杂质和异物的电导和介电常数与绝缘物有很大的不同，当外施电压作用在上面时，这些杂质和异物所在部位的场强就会明显高于周围的场强。伴随着外施电压的升高，当杂质和异物所在部位的场强超过了该处物质的电离场强时，该处物质就会产生电离放电，即局部放电。局部放电发生在绝缘的局部缺陷处，在发生的初期放电量很小，所以是不会影响绝缘能力的，因此也极易被忽视。但是局部放电在绝缘长期受电压作用下会慢慢损坏绝缘，进而缩短绝缘的使用寿命。最终可能导致电缆绝缘的彻底损坏乃至电缆爆炸。因此局部放电一直是绝缘非破坏性电气检测的主要项目，局部放电的测试也是考察设备绝缘受损程度的重要指标。局部放电的检测方法有很多，常用的有：脉冲电流法、电桥法、无线电干扰电压法和一些非电检测法，即通过捕捉局部放电产生的声、光、热以及放电生成物等进行检测。其中，脉冲电流法是一种广泛采用的方法，即将线性耦合器穿过低压侧地线，通过磁耦合来对电流行波信号进行采集，进而检测局部放电而在接地线中产生的局部放电脉冲电流信号。这种将测量回路与高压回路进行隔离的采集方法对操作人员和记录仪器都是非常安全的，并且电流耦合器耦合输出的脉冲电流波形也比较容易分辨。此外，许多衡量局部放电强度的参数，例如放电量、放电重复率以及放电能量都可以通过采用脉冲电流法来获取，因此脉冲电流法被广泛应用在现场检测中。
2 局部放电信号在电缆中的传播规律
为了对前文得到的结论进行验证，我们在电缆旁加一个方波发生器，产生一个200ns宽的方波，注入到长为500米的电缆上，在B点测量相应的信号。仿真电路如图2-1所示。
所加的标准方波脉冲，经过电缆后，由图2-2所示，在B端测得的电压波形已不是方波信号，发生了严重的畸变。在传播过程中，高频部分的衰减强烈，低频的相对衰减的弱，从而使在B端测得信号波形发生畸变。前面的仿真结果都是针对于长度一定的电缆所进行的，我们可以通过改变电缆的长度来研究局部放电信号传播情况与电缆长度之间的关系。选取3根不同长度的电缆，分别为200m、400m和1000m。向这3根不同长度电缆上B端注入脉冲，观测A端所获得的信号波形，仿真结果见图。
(a) 电缆长度为200m
(b) 电缆长度为400m
(c) 电缆长度为1000m
通过比较局部放电信号不同电缆长度下测得的脉冲波形可以看出，越短的电缆，信号反射所需要的时间也越短。而入射波与反射波间的时差会随着电缆长度的增加而增大。电缆长度越长，则测得脉冲的电压幅值越小，脉冲宽度越长。在测量长度较短的高压电缆时，如果选择的测量系统频带过低，由于脉冲的重叠，就会造成测量上的误差，因此，要选择合适带宽的测量系统以保证对高压电缆局部放电检测的准确度。
3高压电缆局部放电检测系统的设计
3.1设计宽频带电流传感器
本电流传感器采用Rogowski线圈，选择合适的匝数和自积分电阻同样决定了线圈的工作频带，并且也是线圈良好灵敏度的必要条件。在通常情况下，线圈的匝数为偶数层，并且考虑到匝间电容的影响，线圈绕线一般为一层。所选用的漆包线不能过细，以免绕制过程中发生断线。线圈的匝数不能太多，否则会降低线圈的灵敏度，应根据自积分式Rogowski线圈的特点并综合考虑线圈灵敏度和频率范围的因素进行选择。在自积分电阻选择方面，为了保证线圈的灵敏度，电阻不能选的过小，否则电流传感器获取的信号极易淹没在噪声等其他干扰中，但是随着积分电阻增大，线圈工作频带的宽度将随之减小，并且当阻值达到一定量级时，将不符合自积分式Rogowski线圈所必须满足的条件。
Rogowski线圈的结构
3.2 基于LabVIEW系统数据采集
数据采集（DAQ：Data Acquisition）系统的基本任务是信号的产生和测量。要使计算机系统能够测量物理信号，首先要用传感器将物理信号进行转换，转化成电压或者电流之类的电信号。通常不能把被测信号直接连接到DAQ卡上，而是必须使用辅助的信号调理电路，先将信号进行一定的预处理。总之。数据采集是借助软件来控制整个DAQ系统的，包括原始数据采集、分析数据以及显示结果等。一个完整的LabVIEW程序主要包括前面板、程序框图、连接器三部分。前面板是一种交互式图形化的用户界面，用于设置输入数值和观察输出：框图是定义VI功能的图形化源代码，可利用图形语言对前面板的控制量和指示量进行控制；图标和连接器窗格用于把程序定义成一个子程序，以便在其他程序中加以调用。本系统包括波形信号采集、保存标准信号、信号处理和分析、采集数据回放四个部分。下图是信号采集与分析系统框
通过上述可知设计的电流传感器具有较高的灵敏度，具备捕捉较小局部放电脉冲的能力。但是在现场应用时，往往会受到来自中外界的干扰，所以必须经过放大、检波、滤波等环节把声信号放大到一定的电平然后进行测量。因此本文将所选超声波传感器配合增益为40dB的前置放大器使用，并设计了检波单元，将传感器获取的信号进行预先的处理以获得更好的效果。
设计成型的样品机
4现场应用情况
将本文设计的高压电缆局部放电检测系统首先送至唐公塔110kV变电站，对其所有的高压电缆进行逐一检测。以验证检测系统的有效性。如图所示。
利用本文所研究的装置对唐公塔变电站35kV313东辰线、10kV各条出线进行检测，通过局部放电在线检测，没有发现明显的绝缘缺陷，电缆绝缘情况良好。接下来将局部放电检测系统送至长胜220kV变电站，对其所有的高压电缆进行逐一检测。如图所示。
对长胜220kV变电站高压电缆进行检测，通过检测结果发现，大多数高压电缆绝缘情况良好，没有发现明显的绝缘缺陷。但是有少量高压电缆发生较为严重的局部放电情况，其中，322强盛线B相局部放电如图所示。可看出有明显的局部放电脉冲，幅值约为250mV。根据对电流传感器标定的结果，推算出此时放电量约为200pC。同时342华源线B相也检测出约为300~400PC的局部放电，说明这两条电缆的B相绝缘存在一定的绝缘隐患，需要及时进行进一步排查，更换。
通过现场的测量，可以看出采用高压电缆局部放电检测系统能够及时、有效地发现高压电缆绝缘的缺陷，从而真正实现了高压电缆局部放电的在线检测。
