浅述高压电缆高频电流法测试原理及方式

摘要：高速动车组高压电缆及终端采用多层包覆式结构，由于设计安装于车顶，位置相对特殊、运用工况恶劣，频繁经受环境高低温变化、高速风力冲击、异物击打，在实际运用过程中易因冷热交替、振动、击打等外界因素产生气隙并随时间延长逐渐扩大，最终导致电缆终端放电故障，对动车组运用秩序和安全产生影响。因此提出使用高频电流法对电缆及终端状态进行评估，可有效预防故障的发生。

一、应用背景

随着人们对于出行需求的扩大、要求的提高，动车组开始了向和谐号、复兴号的迅猛发展，这对于高速动车组运行的可靠性、安全性也有了更高的要求。高压电缆及终端是高速动车组电力传输系统中的主动脉，承担着给全列动车组运行的提供电能的重要任务。它将受电弓接入的电流传导到车下设备舱内，给牵引变压器提供电能，进而实现动车组各车厢牵引运行、辅助设备使用的电能供应。因此保证高速动车组高压线缆及终端状态正常、可靠是动车组日常维护中一项极为重要的工作。

二、电缆及终端功能结构

1.电缆结构：高压电缆主要由线芯、半导体屏蔽层、绝缘层、防水层、护套等组成。线芯用于承载电流，半导体屏蔽层用于均化电场和泄放空间电荷，主绝缘层主要起绝缘防护作用，防水层和护套用于防水、绝缘和机械防护。

2.电缆终端：终端安装于电缆两端，由于线缆与受电弓等接头接触位置线缆结构被破坏，导致这一部位电场极不均匀，因此安装电缆终端实现均化突变电场，保证爬电距离、绝缘性。

3.气隙产生原因分析

（1）对两端电缆终端进行安装作业时普遍使用刀具剥离外部半导体绝缘层，由于工艺深度问题，通常会在电缆主绝缘表面留下细微气隙，导致气隙缺陷产生。

（2）电缆终端安装于动车组顶部，动车组运行时电缆线芯通过大电流导致发热，待动车组进入动车所内检修，电缆线芯冷却；动车组运行过程中需频繁过分相、合断VCB，电缆终端始终处于问歇性、冲击性负荷下，冷热交替频繁。

4.绝缘检测

对于车载高压电缆及终端绝缘状态评估，主要以耐压结果、局放量作为评判其绝缘状态的依据，两者结合可较为准确地判断电缆终端绝缘状态。

三、高频电流法

高频电流法是目前应用较为广泛的局部放电检测手段，其优势在于安装方便、非侵入式、电缆和测量回路间无直接电气连接、抗干扰能力强、灵敏度较高、带电检测和在线监测均适用。

四、局部放电检测原理

1.局部放电概念：仅局部区域发生放电但还未达到整体贯穿性击穿的放电现象。局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀，局部场强过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现场，是造成绝缘劣化的主要原因，也是劣化的重要征兆和表现形式，与绝缘材料的劣化和击穿密切相关。

2.气隙影响：当电缆终端内部存在气隙时，在半导体屏蔽层截断处电场畸变加剧，电场分布极不均匀，进而产生局部放电形成碳化通道。微弱的放电将产生累积效应，会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。

3.局部放电检测原理

（1）电缆局部放电伴随着正负电荷的中和，迁移的电荷在电缆与其接地线的回路中会产生电流脉冲波形。脉冲电压经传输、放大和显示等处理，系统捕捉到有关波形后，自动记录各类脉冲的波形特征、放电时间、相位等特征参数。最终通过系统运算分析，去除各种已知特性的脉冲干扰波，从而识别出电缆局放脉冲，通过其幅值诊断局部放电的严重程度，进而实现对高压电缆及终端的状态评估。

（2）当电缆及终端内部存在气隙时，在接触网27.5kV高电压作用下，气隙位置会发生局部放电，耦合到电缆屏蔽层，进而在接屏蔽层地线处产生脉冲电流。所以可以通过在屏蔽层接地线上安装高频电流传感器的方式，检测并记录局部放电的高频脉冲电流信号，实现信号采集。

4.测试方法

（1）安装高频电流传感器：将传感器卡装在电缆终端的接地线上，传感器箭头方向保持与接地线电流方向一致，安装时尽量保证接地线从传感器正中间穿过，减小干扰。

（2）安装高频脉冲电流检测仪连接线：将高频电流传感器与检测仪通过连接线连接。

（3）安置无线同步传感器：将无线同步传感器放置在电流传感器附近，使接地线和电流互感器相位一致，保证信号相位特征准确呈现。

五、结束语

总而言之，高速动车组高压线缆及终端在动车组安全运行中起着极其重要的作用，很大程度上影响着行车的可靠性和安全性。本文通过介绍使用高频电流法对电缆局部放电进行检测的手段进行介绍，提供了一种可行、有效的检测方式，可提前评估高压线缆及终端状态，保障高速动车组的安全、稳定运行。

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