Page 104 - 《应用声学》2020年第4期

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peak value of acoustic wave on the cable surface with the propagation distance conforms to the exponential law,
and the attenuation coefficient α = 0.07 Np/mm (or 0.62 dB/mm), and it is the diffusion process of acoustic
wave inside the cable that causes the serious attenuation of the peak-to-peak value of acoustic wave on the cable
surface. Accordingly, for 10 kV XLPE cable, it is suggested to install the partial discharge ultrasonic sensor
within 100 mm from the place where the partial discharge is easy to occur, and the method to judge the end
position of the diffusion process of partial discharge ultrasonic inside the cable is also proposed, which provides
a reference for determining the place where other similar cables are installed with the ultrasonic sensor.
Keywords: XLPE power cable; Partial discharge; Attenuation of ultrasonic; Diffusion process

能；Rohwetter等 [19] 还利用基于瑞利反射相干光时
0 引言
域干涉的准分布式光纤超声检测系统检测 40 kV
交联聚乙烯 (XLPE)电力电缆被广泛应用于各 XLPE 电缆接头的局放缺陷，测到了 nC 级的放电
大城市供电网络中 [1] 。电力电缆故障往往能够引发 信号，首次证明了这一准分布式光纤声传感技术是
重大的电网安全事故，造成巨大的经济损失 [2] 。局 电力电缆接头和端子局放超声监测的一种候选技
部放电 (局放) 缺陷是引发电缆故障的重要诱因，及 术。Czaszejko等 [20] 利用布拉格光纤光栅传感器检
时发现电缆中的局放缺陷非常重要。电力电缆局放 测 XLPE 试品内部和沿面的局放超声信号，能够检
缺陷检测技术包括电检测法和非电检测法两大类。 测到10 pC的内部放电。
电检测法有脉冲电流法、电磁耦合法、差分法、特高 放电量的大小、放电源的位置和放电缺陷的种
频法等，非电检测法有超声波法、温度法、光检测 类对于局放缺陷的诊断至关重要。电气设备的绝缘
法，以及用于附件检测的红外成像法和紫外成像法 通常由多种复合绝缘材料组成，结构复杂，许多绝缘
等 [3−14] 。 材料对声波的衰减和声速的影响都不同，会对局放
超声波法通过检测局放引发的超声信号来检 强度测量和放电源定位造成影响 [3] 。因此，研究局
测局放缺陷，并诊断缺陷所在位置。通常认为，局放 放超声信号在 XLPE 电缆中的传播衰减规律至关
发生时，一方面放电区域介质受到带电粒子的剧烈 重要，只有掌握该规律之后，才能依据传感器所在位
撞击，另一方面介质由于放电发热而瞬间体积膨胀，
置的超声信号推断放电源的位置及放电强度。李科
从而产生介质疏密波，这也就是声波 [3,15] 。超声检
林 [21] 通过仿真研究了局放超声波在 XPLE 电缆附
测法可以避免与电缆直接电气连接，适用于电缆局
件中的传播特性，指出在电缆终端法兰、接头金属
放在线检测，并有效降低外界电磁环境对检测的干
压缩管外围的铜槽和临近接头电缆外接金属卡具
扰；与光纤传感技术相配合，可以实现分布式、准分
等部位外置安装超声波传感器能够获得较高的灵
布式检测，因而近年来受到广泛关注。
敏度。在高模量固体介质中，声波传播距离较远，而
Wang 等 [16] 在 XLPE 电缆中间接头制作了内
低模量固体中声衰减大，声传播距离较近。
部气隙、毛刺、滑闪、悬浮放电 4 种缺陷，并利用压
局放产生的超声信号一般来说比较小。此外，
电陶瓷超声波传感器获取了这4 种缺陷的局放超声
XPLE 电缆由多层复合绝缘材料组成，超声传播过
波信号波形，探讨了波形的时域和频域特征。李继
程复杂、衰减比较严重，这必然对现有超声检测传
胜等 [17] 在实验室环境下获得了 XLPE 材料上的尖
感器的灵敏度提出挑战。现有关于 XPLE电缆中超
端放电气隙放电和沿面放电3 种缺陷局部放超声信
号的时域特征和相位谱图特征，研究了不同电压与 声信号传播规律的研究很不完善，缺乏在实际电缆
最大放电幅值平均放电幅值及放电次数之间的关 上的实测数据，缺乏明确的衰减规律，难以通过传感
系。Rohwetter 等 [18] 利用单模光纤 Sagnac 超声传 器所在位置的超声信号推算局放强度。
感器研究了电缆接头的硅橡胶在交直流电压下的 为了研究超声波在电缆中的传播规律，建立了
局放过程，在正极性直流局部放电起始电压(Partial 10 kV XLPE 电缆本体的声压场仿真模型，详细研
discharge inception voltage, PDIV) 以上同时测到 究了超声波从声源点开始在电缆中的传播过程；通
了大约 100 pC 的直流局放脉冲，验证了 Sagnac 光 过搭建 10 kV XLPE 电缆超声衰减实验系统，实测
纤传感系统在电缆接头典型缺陷局放检测上的性 了10 kV XLPE电缆本体中超声波衰减情况。