摘要：本文主要研制基于电场特性电缆接头故障电场诊断设备，设备主要由电场强度采集、数据展示和数据分析组成。其中电场强度采集由电场强度传感器和信号采集处理系统组成。数据展示与数据分析部分以嵌入式设备为核心，接收数据采集部分或无线中继传输来的数据，分析判断电缆接头电场分布变化状态，并判断其绝缘的劣化趋。
关键词：故障诊断设备
引言
现阶段我国电力电缆长度长，运维需要大量的人力、物力，虽有些地方在安装了电缆在线监测设备，但覆盖范围有限，并未实现电缆运维室运维电缆的全部覆盖，存在较大范围的盲区。在平时的运维工作中，大部分靠班组运维人员进行人工巡检及检测，先进的技术辅助手段较匮乏，如果设备存在问题，很有可能因为无法监测到或者巡检周期长而出现遗漏。
截止目前，通过对我国各个地区的电力电缆及其附件的事故记录、现场照片和电缆送检封样等资料分析，导致电力电缆在运行中产生故障的原因可划分为外力作用、电缆附件制造质量、电缆本体制造质量三大类型，各自所占比重分别为58%，39%和3%。从这些统计数据看出，除外力破坏引发的故障，附件与本体的故障占总运行故障概率高达39%。可以看出，电缆附件已成为电力电缆绝缘的薄弱环节和运行故障的典型部位。随着电压等级的增高，相应的绝缘要求提高，电缆附件的制作工艺变得复杂。因此保障电缆附件的低故障率是决定电力系统是否正常运行的重要前提。
1.主要内容
（1）关键技术的实施路线
整个监测系统采用“非接触检测”技术，传感器和整个系统的安装、调试丝毫不影响电缆的正常运行，适合高电压、强电磁场恶劣电磁环境或高温环境下对电缆接头的运行绝缘状态监测。传感器采用具有高分辨率的360°全包围方式，可方便的安装于设备外部，并不对设备造成影响。
（2）电缆接头电场测量核心部件设计方案
电场传感器作为电缆电场检测的核心部件，主要用于感知电缆接头外表皮电场变化情况，需要对传感器以及传感电路进行微型化研究，通过对电场感应技术以及IC封装技术的深入研究，在提高现有传感器传感精度的基础上，对设备进行小型化封装，要求传感器大小为5mm×5mm，测量精度为10V/m，以达到敏感识别电场变化的目的。
图2 电场检测装置外观设计
其电路模型如图3所示，该传感器采用双电极、电位差分式输出的电场传感器。采用一对基于感应原理的导体作为传感器的感应电极，并将电极的悬浮电位之差作为检测信号输出，其中 Φ（T）为被测导体等效电压源，Ca、Cb为感应电极与被测线路间等效互电容，Can、 Cbn 为感应电极对地杂散电容，Cab 为电极间互电容，Rm 为检测电阻。由于感应电极之间互电容的存在可以有效改善传感器内部电场的分布，同时由于传感器采用差分式悬浮电位输出作为检测信号，传感器没有接地部分，因此使得传感器绝缘设计简单并且能应用于电场强度高的检测区域。
采用图3所示电场传感器结构，由于感应电极之间互电容的存在可以有效改善传感器内部电场的分布，同时由于传感器采用差分式悬浮电位输出作为检测信号，传感器没有接地部分，因此使得传感器绝缘设计简单并且能应用于电场强度高的检测区域。
图3 传感器等效电路模型
（3）电场强度检测装置（RSM）设计
电场强度检测装置硬件电路主要实现对传感器信号的采集与处理，将模拟信号转变为数字信号并传送到上位机进行计算与显示，如图4所示为硬件电路原理图。电场传感的检测电缆接头部分电场强度信号经过差分放大、滤波后进行电平的抬升，最后进行A/D转换变为数字量信号，整个硬件系统采用电池供电，电池供电由CT取能线圈从电缆上获取能量，经过电源电路整流、滤波和稳压后提供。
图4 所示为硬件电路
图5 电场检测装置外观
（4）系统组成
通过认真研究监测系统采用“非接触检测”技术，传感器和整个系统的安装、调试丝毫不影响电缆的正常运行，适合高电压、强电磁场恶劣电磁环境，或高温下对电缆中间接头的绝缘状态监测。
本文采用“现场电场强度采集（RSM）+无线级联中继器（WRM）+手持单元（MTU）”的设计思路。即“电缆接头电场监测系统”。现场电场强度采集（RSM）：指每个电缆中间接头安装带电场强度传感器的远端采集模块（RSM），根据要求定期采集电场强度并保存，然后与无线级联中继器（WRM）以无线交互进行数据传输和存储，无线级联中继器（WRM）进行远程传输至电缆竖井。当工作人员定期巡检时，就可以定期无线读取：指工作人员定期巡测，用手持单元（MTU）通过无线方式接收上个时间段所有记录的数据，其上面运行的电缆接头绝缘界面电痕破坏趋势分析软件（HCLA）对所有记录的数据进行分析，绘出图形，给出绝缘评估结果。图巡视人员现场数据获取。使得用户可以更加全面及时了解运行电缆的工作状况，为电缆的可靠运行提供有力保障。
2.总结
本文主要通过研究电缆接头电场检测技术，开发了适用于配电网环境下的电缆接头电场分布检测理论及装置，实现配网电缆接头绝缘状态检测。
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论文作者:任建新,梁健
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/14
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