分布式光纤传感技术在电力电缆局放监测中的应用解决方案探讨.pdf

征文专题号：专题三

电缆局放监测中的分布式光纤传感
方案探讨

作者吴海生

(上海欧忆智能网络有限公司，上海，200040)

摘要：为确保电网的运行安全，对交联聚乙烯（XLPE）电力电缆局部放电的在线监测和定位技术已受到国
内外众多专家的研究热点之一。本文在介绍了电力电缆局部放电危害，电力电缆局部放电机理以及现有监
测技术后，提出了基于分布式光纤传感技术的电力电缆局部放电监测方案。并探讨了方案实施中的关键技
术解决思路与方法。

关键字电力电缆局部放电光纤传感在线定位监测

一、电力电缆的局部放电危害
近年来，随着我国城市智能电网的不断改造建设，具有高温大容量特点的交联聚乙烯（XLPE）电力电
缆作为主流产品已经广泛应用于输电线路和配电网中。资料表明：在对全国主要城市126家电力电缆运行
维护单位10kV以上的电力电缆(总长度91000km)运行状态进行调查统计和故障原因分析发现，我国的10～
220kV电力电缆的平均运行故障率相对经济发达国家仍高出约10倍【1】。
交联聚乙烯电力电缆主要故障的早期表现均为故障部位的局部放电现象。电力电缆局部放电程度也与
电力电缆绝缘状况密切相关。局部放电量的变化预示着电缆绝缘一定存在着可能危及电缆安全运行寿命的
缺陷，是电力电缆绝缘崩溃的前兆。一旦绝缘崩溃，将造成电网的停电损失。因此，对电力电缆的局部放
电的监测是获知电力电缆运行状态的重要方法。图1为因过度局放造成的电缆绝缘被击穿损坏结果图：

图1局部放电击穿电缆绝缘结果图
由于绝大多数的电力电缆从局部放电到电缆绝缘击穿都有一个较长的时间过程，国内外专家学者、IEC、
IEEE以及CIGRE等国际电力权威组织一致推荐局部放电监测是作为对XLPE绝缘电力电缆运行状况评价的最
佳方法。因此，准确在线监测量XLPE绝缘电力电缆的局部放电发生部位，及时消除局部放电隐患，是建设
坚强可靠智能电网的最直观、最理想、最有效的方法。同时，亦是研究开发难度最大的方法。目前仍然没
有实用的相关技术得以实现。

二、电力电缆的局部放电机理与现有监测技术
国际电工委员会IEC60270对局部放电（简称：局放、PD）现象的定义是：在高压下固体或液体绝缘系
统里一小部分的局部介质破坏。
电力电缆局部放电的形成机理是：当电缆在制造中，因材料不纯、加工设备故障等原因，使电缆本体
内部产生材料缺陷。当电缆在施工中的不当，或使用中遭到外力破坏，造成电缆外护套等电缆破损缺陷。
上述这些缺陷处会在电缆导体的高电压强电场作用下，产生高电压尖端放电等现象。持续的高压放电，产

第一作者简介：吴海生（1958-02），男，教授级高级工程师，硕士，Email：[e-mail]

生着高温、电晕、电弧，伴随着出现异常的对地电流异常、超声异常、高频电磁波异常现象，并将逐步击
穿电缆的绝缘薄弱处，终将造成电缆的燃爆、电网的停电。电力电缆缺陷造成局部放电现象示意如图2：

图2电力电缆缺陷与局部放电示意图
电力电缆的缺陷类型包括：杂质、气隙、针尖、切痕、水分、电场控制元件位移等；缺陷性质包括：
绝缘、半导电和导电；缺陷程度包括：微观、宏观轻微、宏观严重等。
因此，交联聚乙烯（XLPE）电力电缆在制造、施工、设计、外力破坏中产生的绝缘缺陷是电力电缆产
生局部放电的根本原因。具有高温大容量特点的交联聚乙烯（XLPE）电力电缆的结构如图3所示：

图3交联聚乙烯（XLPE）电力电缆的结构图
其中，电缆局部放电产生超声波的机理是：通常情况下电缆的局部放电是在绝缘介质中的气隙里产生
的。电缆运行时，电缆导体的交流电压加载到气隙上。电压上升过压时气隙被电离产生放电，电压下降低
压时气隙电离熄灭放电停止，在交流电场作用下，气隙的体积会膨胀与收缩，这个气隙体积交变过程，会
在绝缘层产生疏密波，既是超声波。这样不断周而复始的气隙局部放电，不断电离、侵蚀、老化着气隙周
边的电缆绝缘层，不断扩大气隙的体积，直到将电缆的绝缘层击穿。
因此，对于局部放电的检测是以伴随局部放电产生的电光声等现象为依据，判断局部放电的状态、位

置和放电程度。理论研究表明交联聚乙烯电力电缆局部放电脉冲包含的频谱很宽，最高达到吉赫兹数量级【2】。

其中电力电缆的局放超声波特征为：20kHz～200kHz，其峰值频率为70kHz～150kHz。局部放电的电脉冲
中心频率一般在10MHz～20MHz。电缆不同部位和不同缺陷所产生的局放电流脉冲波形特征是各不相同的。
通过记录、比对和分析电缆本体和电缆附件的绝缘缺陷引发的局部放电的电、声信号频谱特征，制作缺陷
类型指纹，运用数学方法完成局部放电信号识别判断，实现电力电缆线路局部放电信号在线检测，达到预
防电力电缆线路突发运行故障的目的。

目前国内外