一起220kV電纜終端局放帶電檢測(cè)分析實(shí)例

魏彬 孫彤

摘要：通過(guò)對(duì)變壓器、電纜終端等電氣設(shè)備進(jìn)行帶電檢測(cè)工作，能夠及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備由于內(nèi)部缺陷導(dǎo)致的局部放電現(xiàn)象，避免其發(fā)展為重大故障。針對(duì)天津地區(qū)某220kV變電站帶電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的電纜終端存在局部放電的現(xiàn)象，分析了高頻、超高頻局放檢測(cè)和超聲波定位結(jié)果，并對(duì)可疑部位的SF6氣體分解產(chǎn)物進(jìn)行氣相色譜分析，推測(cè)為斷路器內(nèi)部缺陷。最終對(duì)斷路器解體檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器內(nèi)部多處存在放電痕跡，表明利用高頻檢測(cè)法檢測(cè)電纜局部放電可行、有效。

關(guān)鍵詞：局部放電，帶電檢測(cè)，高頻檢測(cè)

引言

隨著近些年城市電網(wǎng)建設(shè)不斷深入，輸配電電纜在城市電網(wǎng)規(guī)劃中的地位愈加突出，電力電纜運(yùn)行是否穩(wěn)定直接影響城市電網(wǎng)能否安全運(yùn)行。

帶電檢測(cè)技術(shù)利用紅外線、紫外線、超聲波、高頻和超高頻等傳感探測(cè)技術(shù)，對(duì)設(shè)備的溫度、聲信號(hào)、電磁波信號(hào)等信息進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)分析對(duì)比采集數(shù)據(jù)特征來(lái)判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而在不影響設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)下診斷設(shè)備狀態(tài)并對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)評(píng)價(jià)和狀態(tài)檢修的目的。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)主要城市電力電纜搶修記錄的統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致電力電纜運(yùn)行故障的原因可主要有：外力破壞、電纜附件制造質(zhì)量、電纜敷設(shè)安裝質(zhì)量和電纜本體制造質(zhì)量四種[ ] 。

隨著電纜制造技術(shù)的不斷發(fā)展普及，目前國(guó)內(nèi)外電纜生產(chǎn)廠商都能夠很好地控制電纜產(chǎn)品質(zhì)量，因此，在沒(méi)有外力破壞的情況下，電纜本體發(fā)生故障的概率很低。相比之下，電纜終端和中間接頭由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且對(duì)安裝工藝要求較高，在現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中受安裝工人工藝水平和周圍環(huán)境條件等因素影響，其絕緣品質(zhì)往往低于電纜本體，在日后的長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)生的問(wèn)題遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于電纜本體。

研究發(fā)現(xiàn)，電纜的絕緣水平與其局部放電量密切相關(guān)，局部放電量的變化可以在一定程度上預(yù)示電纜絕緣水平的劣化。因此，準(zhǔn)確測(cè)量電纜局部放電量是檢測(cè)電纜絕緣水平最為直觀有效的方法。IEEE、IEC和CIGRE等國(guó)際電力權(quán)威機(jī)構(gòu)組織都把局部放電檢測(cè)作為交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣狀況評(píng)價(jià)的首選方法[ ] 。應(yīng)用高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)，可以在減少停電次數(shù)和停電時(shí)間的前提下有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，這對(duì)及時(shí)消除隱患以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的意義。

電力電纜局放的常用檢測(cè)方法主要有聲發(fā)射法和電磁耦合法等[ ] 。當(dāng)電纜內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)會(huì)伴有聲波發(fā)射，利用超聲波傳感器，可以探測(cè)到電纜本體及附件中的局放現(xiàn)象。超聲波檢測(cè)法避免了與高壓電纜的直接電氣連接，不受電磁干擾的影響。電磁耦合法即脈沖電流法，通過(guò)檢測(cè)因局部放電引起的脈沖電流來(lái)獲得放電量。由于IEC 60270標(biāo)準(zhǔn)對(duì)脈沖電流法有統(tǒng)一的準(zhǔn)則和規(guī)范，因此電力電纜離線局放檢測(cè)廣泛使用該方法。脈沖電流法采用電容型帶狀傳感器、高頻電流傳感器（HFCT）和超高頻（UHF）傳感器等手段收集局放信號(hào)。

本文針對(duì)天津地區(qū)某220kV變電站電纜終端進(jìn)行高頻局放檢測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的疑似放電信號(hào)，進(jìn)行復(fù)測(cè)并對(duì)復(fù)測(cè)結(jié)果分析研究，判斷該電纜終端存在放電；然后利用超高頻法和超聲波法對(duì)局放點(diǎn)進(jìn)行定位，經(jīng)SF6氣體分解物氣相色譜分析，判定220kV組合電器2220間隔B相斷路器內(nèi)部放電；最后對(duì)其解體開(kāi)倉(cāng)檢查，在滅弧室及相關(guān)絕緣構(gòu)件表面發(fā)現(xiàn)放電痕跡，最終證實(shí)判斷的正確性。

1 發(fā)現(xiàn)缺陷

2014年4月14日，對(duì)天津地區(qū)某220kV變電站組合電器2220間隔電纜終端進(jìn)行例行局放試驗(yàn)，測(cè)試線路型號(hào)為YJLW03-Z-127/220kV-1*2000mm2，出廠日期2011年4月19日，電壓等級(jí)220kV，使用檢測(cè)儀器為T(mén)ECHIMP PDcheck，檢測(cè)結(jié)果圖譜顯示：該電纜終端A、C相相位圖譜分布均勻，無(wú)明顯放電特征，B相放電信號(hào)特征明顯，放電幅值約為200mV，初步判斷為內(nèi)部放電。

2 帶電檢測(cè)結(jié)果分析

2014年5月25日對(duì)該處電纜終端進(jìn)行復(fù)測(cè)，A相幅值約為300mV，B相為570mV，C相為502mV。與4月14日檢測(cè)結(jié)果相比，放電幅值明顯增大。按照國(guó)家電網(wǎng)公司《電力設(shè)備帶點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（試行）》中關(guān)于高頻局放檢測(cè)的要求，放電幅值達(dá)到500mV，屬于缺陷范疇。

復(fù)測(cè)結(jié)果中在0°和180°位置放電特征點(diǎn)分布較多，且隨電壓升高沒(méi)有明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，與典型電纜終端放電圖譜不符，經(jīng)分析懷疑檢測(cè)到放電高頻電磁信號(hào)與該電纜所連接的組合電器有關(guān)，隨即對(duì)2220間隔組合電器進(jìn)行超聲與超高頻帶電檢測(cè)。

超高頻局放檢測(cè)：該組合電器由于絕緣盆處纏繞有屏蔽鋼帶，故超高頻信號(hào)無(wú)法從絕緣盆外壁傳出，只能在電纜終端環(huán)氧套管根部進(jìn)行超高頻局部放電檢測(cè)。經(jīng)測(cè)試，超高頻檢測(cè)結(jié)果顯示，未檢測(cè)到明顯局部放電信號(hào)。

超聲局放檢測(cè)：對(duì)2220間隔組合電器三相所有氣室進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)，檢測(cè)順序依次為電纜出線氣室、-2刀閘、CT、斷路器氣室。當(dāng)測(cè)量到B相斷路器氣室時(shí)，連續(xù)測(cè)量模式下有效值、峰值明顯高于其他氣室10倍以上，100Hz相關(guān)性明顯，相位測(cè)量模式下呈現(xiàn)與相位相關(guān)放電圖譜。

5月21日下午，對(duì)2220間隔三相斷路器進(jìn)行 SF6氣體分解產(chǎn)物氣相色譜分析，從 SF6氣體分解產(chǎn)物色譜分析結(jié)果得出，B相CF4分解產(chǎn)物為786.62μl/L，明顯高于標(biāo)準(zhǔn)要求，且與 A、C相檢測(cè)結(jié)果相比，B相CF4 含量明顯偏高，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以確定B相分解產(chǎn)物存在異常。由于測(cè)試未檢出 H2S、SO2、HF 等電弧放電的特征組分，由此可以推斷不存在電弧放電現(xiàn)象，或者由于放電量較小致使電弧放電特征組分被氣室內(nèi)吸附劑吸附或已與氣室內(nèi)水分、金屬材料反應(yīng)。而放電伴隨的高溫使氣室內(nèi)固體絕緣材料與 SF6相作用產(chǎn)生 CF4氣體（固體絕緣材料與 SF6在 500℃高溫條件下產(chǎn)生 CF4氣體），由于吸附劑對(duì)非極性分子（CF4）吸附作用不明顯，致使氣室內(nèi)CF4氣體含量積累以至于呈現(xiàn)出檢測(cè)結(jié)果中含量明顯高于新氣以及 A、C相氣室CF4含量水平。通過(guò)SF6分解產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果表明：B 相氣室可能存在局部放電故障，同時(shí)故障可能涉及固體絕緣材料。從電纜終端處檢測(cè)到的高頻信號(hào)懷疑為從斷路器氣室局部放電產(chǎn)生高頻電磁信號(hào)傳遞結(jié)果。結(jié)合高頻與超聲波帶電檢測(cè)以及SF6 氣體分解產(chǎn)物色譜分析結(jié)果，可以初步判定2220間隔B相斷路器內(nèi)部存在局部放電。

3 解體檢查

5月25日下午13時(shí)，對(duì)該變電站220kV組合電器2220間隔B相斷路器進(jìn)行解體開(kāi)倉(cāng)檢查。解體檢查發(fā)現(xiàn)：

（1） 滅弧室內(nèi)壁存在白色粉末，殼體內(nèi)表面靠近動(dòng)觸頭絕緣支撐件位置有電弧灼燒痕跡。

（2） 動(dòng)觸頭外罩與殼體之間的絕緣支撐件表面臟污嚴(yán)重，存在肉眼可見(jiàn)斑紋，絕緣支撐件靠近地電位側(cè)有明顯碳化痕跡。

（3） 絕緣支撐件側(cè)法蘭下部，發(fā)現(xiàn)黑灰色粉末顆粒，并且在該相斷路器防爆膜處發(fā)現(xiàn)同樣黑灰色粉末顆粒。

4 分析原因及結(jié)論

該變電站220kV組合電器2220間隔B相斷路器滅弧室清理不到位，致使內(nèi)部殘留的異物產(chǎn)生懸浮電位放電，分解為黑灰色粉末顆粒，該粉末顆粒在電場(chǎng)力和重力作用下在滅弧室內(nèi)發(fā)自由運(yùn)動(dòng)，動(dòng)觸頭屏蔽罩處的灼燒斑紋與殼體內(nèi)壁燒傷痕跡即為自由顆粒放電所致。

本次帶電檢測(cè)利用高頻、超聲局放檢測(cè)將局放點(diǎn)定位在2220間隔B相斷路器，經(jīng)過(guò)解體發(fā)現(xiàn)放電痕跡，證實(shí)測(cè)試結(jié)果真實(shí)有效。

高頻局放檢測(cè)技術(shù)彌補(bǔ)了常規(guī)檢修模式的不足，可以有效地減少突發(fā)性停電事故的發(fā)生，減少停電次數(shù)和停電時(shí)間，降低搶修人力物力費(fèi)用，對(duì)提高電網(wǎng)供電可靠性具有重要意義。