淺談電力電纜絕緣瑕疵的檢測(cè)方法

張樂楨

(國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司白銀供電公司，甘肅 白銀 730900)

淺談電力電纜絕緣瑕疵的檢測(cè)方法

張樂楨

(國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司白銀供電公司，甘肅 白銀 730900)

電力電纜絕緣瑕疵問題將直接影響輸變電的效益與安全性，因而有必要采用合理的檢測(cè)方法來對(duì)其加以檢測(cè)控制。在這種背景下，首先探討了電力電纜絕緣瑕疵的檢測(cè)方法與分類，進(jìn)而介紹了電纜結(jié)構(gòu)與接頭，并結(jié)合試驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)檢測(cè)研究。

電力電纜；絕緣瑕疵；檢測(cè)方法

1 電力電纜絕緣瑕疵的檢測(cè)方法與分類

目前不論國(guó)內(nèi)國(guó)外，高壓電纜在出廠前都會(huì)進(jìn)行交/直流耐壓試驗(yàn)、沖擊波耐壓試驗(yàn)、部分放電試驗(yàn)等，因此，電力電纜本身的質(zhì)量應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。但由歷年來國(guó)內(nèi)外所發(fā)生的電力電纜事故分類可知，大部分事故均出于電纜的接頭施工，其次才是現(xiàn)場(chǎng)電纜埋設(shè)時(shí)轉(zhuǎn)角過大傷及電纜內(nèi)部。電纜常因電纜接續(xù)所使用的直線接頭與終端接頭在施工過程中處理不當(dāng)，引起部分放電現(xiàn)象，使絕緣材質(zhì)加速老化、破壞。地下配電系統(tǒng)常用的絕緣檢測(cè)方式分為停電檢測(cè)及帶電檢測(cè)兩大類，而社會(huì)要求高供電質(zhì)量，因此停電檢測(cè)較不適用。目前，各國(guó)均投入許多人力進(jìn)行電力電纜檢測(cè)研究，例如：英國(guó)電網(wǎng)公司將高頻電流變壓器設(shè)置于饋線出口端，用以監(jiān)測(cè)、追蹤饋線局部放電狀況及定位絕緣劣化區(qū)域。我國(guó)則尚處于搜集數(shù)據(jù)、建立診斷機(jī)制階段。

帶電檢測(cè)方式可分為非電氣性及電氣性兩大類。以下介紹3種實(shí)際應(yīng)用于電力電纜部分放電的檢測(cè)方法：(1) 脈沖電流法檢測(cè)。利用被測(cè)物的接地線串接一個(gè)檢測(cè)阻抗，當(dāng)部分放電產(chǎn)生時(shí)，脈沖電流自檢測(cè)阻抗電路中檢出，該法容易進(jìn)行定量測(cè)試并具有高的靈敏度，由IEC所規(guī)范量測(cè)部分放電脈沖電流的放電電荷量，以pC為單位。(2) 電容型檢測(cè)。當(dāng)電纜內(nèi)部發(fā)生部分放電時(shí)，在電纜瑕疵處所產(chǎn)生的電磁脈沖信號(hào)會(huì)以瑕疵處為原點(diǎn)，沿著電纜往兩端相反方向傳遞，若于瑕疵處的左右兩邊設(shè)置電容型部分放電檢測(cè)器，則可利用放電脈沖的極性特性區(qū)分目前的A、B區(qū)域內(nèi)是否存在有部分放電源，并推測(cè)瑕疵點(diǎn)的位置。(3) 音射法檢測(cè)。當(dāng)內(nèi)部部分放電產(chǎn)生時(shí)，它會(huì)在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械壓力波，這類似聲音放射狀態(tài)的情形，可能是由于材料內(nèi)部分子和鄰近結(jié)構(gòu)中的分子碰撞所產(chǎn)生的現(xiàn)象，形成一個(gè)音源，放射出音波。音射法將AE傳感器緊貼在設(shè)備表面，并利用AE傳感器內(nèi)的壓電材料將機(jī)械壓力波轉(zhuǎn)換成電音射信號(hào)，并經(jīng)由前級(jí)放大器放大。

音射法具高度指向性，優(yōu)點(diǎn)為定位準(zhǔn)確，相對(duì)的缺點(diǎn)為量測(cè)距離短。其波形振幅大小與AE距離部分放電位置遠(yuǎn)近有關(guān)。所以找出振幅最大處對(duì)應(yīng)的位置，極可能為放電位置，達(dá)到初步定位的能力。本文主要針對(duì)電纜的接頭缺陷，利用不同的檢測(cè)方式探討其差異，以期能研究出適合現(xiàn)場(chǎng)不斷電狀態(tài)的檢測(cè)方式。

2 電纜結(jié)構(gòu)與接頭

2.1 電纜結(jié)構(gòu)

高壓電力電纜由導(dǎo)體、內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣體、外半導(dǎo)電層、中性線遮蔽導(dǎo)體層及外被保護(hù)層組成。其中，導(dǎo)體所使用材質(zhì)需具導(dǎo)電率高、抗張力強(qiáng)及質(zhì)量輕等特性，并符合ICEA Class B的軟銅絞線，以半壓縮方式制成；內(nèi)半導(dǎo)電層以導(dǎo)電性混合物壓出制成，并須緊密貼合于絕緣體，其作用系在使低電阻的中心導(dǎo)體與高電阻性絕緣體間的電力線均勻分布；絕緣體以高介質(zhì)強(qiáng)度的固態(tài)熱固性交連聚乙烯(XLPE)制成，必須具有耐熱性高、連續(xù)使用及短路時(shí)容許大電流，過負(fù)荷或短路時(shí)損壞率低等特性；外半導(dǎo)電層以導(dǎo)電性混合物壓出制成，并須緊密貼合于絕緣體，其作用系在使絕緣體電力線對(duì)稱放射分布，以消除正切或縱切的電應(yīng)力，以得最小的表面放電；中性遮蔽導(dǎo)體層以鍍錫軟銅線構(gòu)成，其作用系使充電電流流回，保持外半導(dǎo)電層對(duì)地零電位，并作為接地故障電流的回路；外被保護(hù)層以PVC或尼龍材料作為外皮，保護(hù)電纜用。

2.2 電纜接頭

電纜接頭用于連接電纜與電纜或電纜與設(shè)備(電纜終端接頭或可分離型接頭)，其主要功能為控制電場(chǎng)在電纜絕緣體內(nèi)的分布，使電應(yīng)力在接頭處均勻分布，減低靠近遮蔽體邊緣的電應(yīng)力或電位梯度。其一般分為直線與終端接頭。電纜直線接頭主要功能是在電纜與電纜接續(xù)中使用。終端接頭主要功能為地下配電與架空系統(tǒng)相接時(shí)，引接電桿上、下電纜及開關(guān)。

3 研究方法

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

本文利用2條約2 m長(zhǎng)的25 kV級(jí)電力電纜進(jìn)行試驗(yàn)，分別于電纜的直線接頭與終端接頭制造一些瑕疵，模擬實(shí)際上因人為疏失所產(chǎn)生的缺陷。由于局部放電檢測(cè)方法國(guó)際間尚無公認(rèn)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，每家儀器商均宣稱其所生產(chǎn)的儀器成效良好，但事實(shí)上均有缺點(diǎn)。因此本文探討幾種檢測(cè)方式的差異處。其中，ch1為電容型傳感器的輸出信號(hào)，ch2為音射傳感器信號(hào)，ch3檢測(cè)阻抗的脈沖電流信號(hào)，ch4為耦合電容的輸出信號(hào)。音射法使用60～150 kHz檢測(cè)器，放大器20～300 kHz，電容型使用頻寬0.3～70 MHz。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

(1) 探討部分放電發(fā)生于電纜直線接頭。為探討上述3種檢測(cè)方式，在被試樣品端并聯(lián)耦合電容，以該信號(hào)為參考信號(hào)，仿真IEC60270所述的檢測(cè)方式。ch1為電容型傳感器所量得的信號(hào)，ch2為音射法所量得的信號(hào)，ch3為脈沖電流法所量得的信號(hào)，ch4為耦合電容所量得的信號(hào)，比較各種檢測(cè)法同時(shí)量到的電氣信號(hào)，音波傳遞速度較慢，時(shí)間經(jīng)延遲后音射傳感器探頭才接收到信號(hào)。在各種檢測(cè)信號(hào)中，ch2量測(cè)到的音射信號(hào)，音波時(shí)間長(zhǎng)度約5 ms，經(jīng)傅立葉頻譜分析可得到其主頻率約在44 kHz。當(dāng)2次連續(xù)產(chǎn)生部分放電時(shí)，會(huì)造成2個(gè)音波重疊。ch3檢測(cè)阻抗法將信號(hào)時(shí)間拉長(zhǎng)，其電氣信號(hào)衰減速度快，頻譜分析可得到主頻率約在5 MHz，由于頻率高造成量測(cè)信號(hào)取樣分析成本高。耦合電容檢測(cè)法電氣信號(hào)衰減速度更快，ch4頻譜分析最低頻率約在200 kHz。

(2) 探討部分放電發(fā)生于電纜終端接頭。將電纜終端接頭處故意制造一間隙使得產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。為分析放電發(fā)生時(shí)間與電壓相角的關(guān)系，本文將ch4的信號(hào)改為電源電壓信號(hào)，再進(jìn)行試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果顯示，ch3的脈沖電流信號(hào)與ch4的電源電壓信號(hào)存在特定的相位關(guān)系，ch2為音射法所得信號(hào)，ch1為電容型傳感器所得結(jié)果。顯示脈沖電流信號(hào)較強(qiáng)，音射法次之，電容型傳感器沒反應(yīng)。

3.3 瑕疵點(diǎn)的定位

為進(jìn)一步探討音射法對(duì)瑕疵點(diǎn)的定位特性，將音射傳感器放置于遠(yuǎn)近不同的位置，探討距離瑕疵點(diǎn)的遠(yuǎn)近相對(duì)關(guān)系。結(jié)果顯示，音射傳感器的位置與瑕疵點(diǎn)的位置有密切的關(guān)系，因此可借助移動(dòng)音射傳感器的位置達(dá)到瑕疵點(diǎn)搜尋定位的目的。另外，ch3的脈沖電流信號(hào)發(fā)生后，ch2延遲一段時(shí)間后產(chǎn)生音射信號(hào)，若能得知電氣信號(hào)與音射信號(hào)傳遞時(shí)的傳播速度的差異，即可由電氣信號(hào)與音射信號(hào)的時(shí)間差，乘上音射傳播速度求出瑕疵點(diǎn)的正確位置。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來，由相關(guān)的電纜事故發(fā)生位置統(tǒng)計(jì)得知直線接頭與終端接頭發(fā)生事故的幾率較高，其中施工不良、電纜接續(xù)工程等事故逐年增加，因而如何借助量測(cè)技術(shù)的研究與診斷，分析電力電纜絕緣劣化程度，將成為十分重要的課題。然而目前尚無統(tǒng)一的量測(cè)方法，本文探討國(guó)際間常用的3種量測(cè)方式，并比較它們的特性。由試驗(yàn)得知無論是直線接頭還是終端接頭，由電纜遮蔽層接地端串接脈沖電流檢測(cè)阻抗所得的信號(hào)靈敏度較高，但此法易受現(xiàn)場(chǎng)噪聲的干擾，常影響量測(cè)的效果，且所需的信號(hào)擷取速度亦非常高，由于獲取速度與系統(tǒng)成本有關(guān)，因此此法所需的費(fèi)用高。電容式的量測(cè)法適用于直線接頭。音射法在直線接頭與終端接頭均有效，由于音射法較不易受現(xiàn)場(chǎng)電磁噪聲的干擾，且信號(hào)頻寬較脈沖電流法低很多，約只需數(shù)百千赫的取樣速率即可獲得放電信號(hào)。因此設(shè)備的造價(jià)較便宜，且音射法在瑕疵點(diǎn)定位方面具有良好的特性，也即指向性高，所以其應(yīng)用在電纜定位量測(cè)應(yīng)具有發(fā)展的潛力。

[1] 魏樸.探測(cè)電纜老化的光纖直流漏電流法[J].電氣化鐵道，2007(5)

[2] 馮衛(wèi).電纜絕緣電阻測(cè)試及分析[J].鐵道通信信號(hào)，2005(8)

2014-08-29

張樂楨(1986—)，男，甘肅永登人，助理工程師，研究方向：電氣設(shè)備絕緣檢測(cè)。