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交联聚乙烯（cross linked polyethylene, XLPE）电力电缆广泛应用于输电网和配电网中。根据国家电网公司对运行故障的统计，电缆附件是发生故障的主要部位，电缆绝缘主要受其本身的绝缘性能、质量、安装工艺、环境等影响。绝大多数电缆故障是有先兆的，在故障发生前期，电缆缺陷在电场、温度场等作用下，暂态特征量会发生巨大波动，这为电缆故障的预防提供了依据。

目前，故障检测方法主要分为非电测法和电测法。非电测法主要利用声、光、化学、温度等。电测法主要分为两类，一类是利用以罗氏线圈为基础的传感器，包括电磁耦合法、方向耦合法、电感耦合法等，另一类是利用以电容耦合法为原理的传感器，其中包括脉冲电流法、差分法等。

脉冲电流法的优点是灵敏度高，但是抗干扰能力差，一般用于实验室测量和设备出厂阶段的测量。高频电流法具有灵敏度高、抗干扰能力强的特点，但是其所得信号衰减十分迅速，且对监测范围有非常高的要求。特高频法具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点，监测范围也比较广，但是目前针对该方法的研究大多处于起步阶段，而且所得信号的衰减同样十分严重。电容耦合法的灵敏度高，但是其安装复杂且会破坏电缆结构，所以一般用于在线监测。此外，非电测法如超声波法和红外热成像法，一般由于操作简单被用于特定情况。

电力电缆中间接头是事故的高发部位，研究电力电缆局部放电特性，提前洞察中间接头局部放电的发展过程十分重要。为了探究电磁波的传播规律，沈阳工业大学电气工程学院的张泽权、蔡新景，采用有限积分法研究了电磁波信号的传播特性，发现电磁波在传播过程中以指数规律衰减十分迅速，并且在传播过程中会发生一定的相移，在衰减到一定程度后还会产生波形畸变。电磁波在交界面处会发生折反射，从而会出现电场强度在部分交界面增大的情况。

图1 110kV电 缆中间接头结构模型

他们首先建立电力电缆中间接头的物理模型。在模拟出局部放电原始波形后，采用有限积分法分析电磁波的传播特性，得到发生局部放电时电场信号和磁场信号的传播规律。电磁波的传播特性可为传感器的安装位置提供理论依据。最后设计一种罗氏线圈传感器，安装在电力电缆金属屏蔽层内部，获得局部放电电流波形，与原始放电波形进行对比后，对传感器结构进行优化，以得到更加准确的原始局部放电电流波形。

图2 传感器模型

科研人员指出，在本次研究中设计了内置式高频电流传感器和电容传感器，通过比较两种传感器可知，高频电流传感器更加灵敏，耦合到的信号也更强，电容传感器灵敏度较差，且安装更为复杂，但电容传感器的适用性更广。

本工作成果发表在2023年第4期《电气技术》，论文标题为“基于COMSOL仿真的电力电缆局部放电检测传感器设计”，作者为张泽权、蔡新景。

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