无损检测在电力电缆终端头局部放电检测中的超高频技术

电力电缆是城市电网的“血管”，终端头作为电缆与其他设备的连接节点，因结构复杂、电场集中，成为绝缘故障的高发部位。局部放电是终端头绝缘劣化的“早期预警信号”，若未及时检测，可能引发击穿、停电等事故。传统检测方法（如脉冲电流法）易受低频干扰，难以精准捕捉终端头的微弱放电信号。超高频（UHF）技术凭借300MHz-3GHz的宽频段、强抗干扰性及精准定位能力，成为终端头局部放电无损检测的核心技术，为设备状态评估提供了可靠依据。

超高频技术检测局部放电的基础原理

局部放电是绝缘材料局部区域电场超过击穿场强时的短时放电，会辐射电磁波。超高频技术针对放电产生的300MHz-3GHz频段信号检测，这一频段远高于工频及谐波频率，能避开变压器振动、母线电流等低频干扰。

与脉冲电流法通过导体传输信号不同，UHF技术用电磁耦合直接捕捉空间电磁波。终端头内部放电时，电磁波透过硅橡胶、环氧树脂等绝缘材料向外辐射，UHF传感器（电场或磁场型）接收信号后，经放大、滤波传输至采集系统。

超高频技术的核心优势是“空间分辨力”：纳秒级的放电信号通过多传感器时差定位，能将放电点误差控制在几厘米内，这对排查终端头内部微小缺陷（如应力锥气隙、端子氧化层）至关重要。

电力电缆终端头局部放电的特性与超高频技术的适配性

终端头结构包括导体引出线、应力锥、绝缘套管、密封层，缺陷多源于电场集中（应力锥偏移）、绝缘老化（进水）、悬浮电位（端子松动）。这些缺陷产生的局部放电，是终端头故障的主要诱因。

终端头的硅橡胶绝缘材料对UHF电磁波衰减极小——1GHz信号穿10mm硅橡胶仅衰减0.5dB，远低于低频信号（100kHz衰减20dB以上）。这意味着放电信号能几乎无损耗传输至外部传感器，保证检测灵敏度。

此外，终端头的“开放式”结构适配UHF技术：户外终端头的硅橡胶套管暴露在外，外置传感器可直接贴附；户内终端头的金属外壳有透气孔，电磁波能辐射出来。相比全屏蔽的电缆本体，终端头更适合UHF检测。

超高频检测系统的核心组成与选型要点

UHF检测系统由三部分构成：传感器（电场/磁场型）、信号调理单元（放大+滤波）、数据采集分析系统。传感器是“信号入口”，电场型适合表面放电，磁场型对内部放电更敏感。

信号调理单元需将微伏级信号放大60-80dB，并用带通滤波器（如500MHz-1.5GHz）滤除无关频段。这一频段覆盖了终端头90%以上的放电信号，能有效抑制外部干扰。

选型需关注三点：频段匹配（覆盖终端头放电特征频段，如交联聚乙烯终端头的400MHz-1.2GHz）、安装兼容性（新终端头用内置传感器，在运设备用外置）、环境适应性（户外选IP65防水传感器，户内选小型化）。

现场检测中的关键操作步骤与注意事项

检测前需准备：确认终端头运行状态（在运/负荷）、查历史记录；准备工具（传感器、耦合剂、信号调理器、安全装备）。

传感器安装：外置式需清洁套管（无水乙醇擦去污秽），涂硅脂耦合剂，贴在应力锥区域（放电高发区）；内置式需在终端头安装时埋入，确保位于电场集中区。

信号采集遵循“先背景后信号”：先采3-5分钟环境噪声（关电源），作为基准；再开电源，采空载、50%负荷、满载下的信号，每状态采5-10分钟，覆盖所有场景。

注意事项：严禁带电触摸传感器；远离手机、对讲机（10米外）；记录环境参数（温度、湿度）——湿度会影响套管表面电导，进而改变放电信号。

超高频信号的干扰抑制与特征提取方法

干扰分两类：外部（广播、雷电）、内部（其他设备放电）。抑制方法包括：频段滤波（带通滤波器保留特征频段）、空间滤波（定向传感器只收终端头信号）、时间域分析（干扰是连续的，放电是周期性脉冲）。

特征提取用PRPD图谱（相位-幅度-计数）：悬浮放电的图谱在0°和180°附近对称；电树枝是分散低幅脉冲；沿面放电是连续高幅脉冲。结合脉冲宽度（悬浮放电5-10ns，沿面10-20ns），可精准判缺陷类型。

实际案例中的效果验证与问题解决

某110kV户外终端头，UHF检测到800MHz信号，PRPD图谱显示悬浮放电特征。时差定位发现应力锥与套管间有0.5mm气隙——拆开后确认安装时未涂绝缘膏，填充后信号消失。

某220kV户内终端头，脉冲电流法无异常，但UHF检测到1.2GHz信号。PRPD图谱显示脉冲随湿度增强，判断为套管表面沿面放电——清洁污秽后，信号降90%，验证正确。

曾遇信号弱问题：传感器耦合剂干涸，导致与套管间有空气间隙（空气衰减20dB以上）。换新鲜耦合剂后，信号立即达标，解决问题。