電力電纜振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)初探

李雯+李成嶺+李潤(rùn)沁

摘 要：局部放電現(xiàn)象是電力電纜絕緣缺陷的重要表征，也是促使絕緣劣化的主因之一，有效及時(shí)地檢測(cè)出局放現(xiàn)象可以提高電力電纜的狀態(tài)檢修水平。振蕩波檢測(cè)系統(tǒng)是集模擬交流電壓試驗(yàn)、局放檢測(cè)及缺陷定位于一體的一種新型技術(shù)工具，近年來為諸多國內(nèi)電力運(yùn)行部門所采用，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。該文簡(jiǎn)單介紹了振蕩波局放檢測(cè)的相關(guān)原理、應(yīng)用情況以及操作步驟等，為該技術(shù)今后的實(shí)際應(yīng)用推廣提供了技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：電力電纜 局部放電 振蕩波檢測(cè)系統(tǒng) 缺陷定位

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（b）-0061-02

與架空線路相比，電力電纜正因其易敷設(shè)、易維護(hù)、不占空間走廊等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于輸配電網(wǎng)絡(luò)中。對(duì)于電力電纜而言，由于其所處環(huán)境常常是深埋地下、敷設(shè)在地下排管內(nèi)或敷設(shè)在地下電纜隧道內(nèi)等，一旦發(fā)生故障很難進(jìn)行查找，如果排除故障不及時(shí)，更可能會(huì)造成停電損失和其他損失。因此，對(duì)電力電纜定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，事先發(fā)現(xiàn)電纜的潛在缺陷，能夠阻止缺陷的進(jìn)一步發(fā)展，從而避免最終發(fā)展為故障。然而過去常用的電纜預(yù)防性試驗(yàn)多以破壞性試驗(yàn)為主，雖經(jīng)試驗(yàn)可以有效地發(fā)現(xiàn)缺陷情況，但是試驗(yàn)后也會(huì)造成電纜絕緣一定程度的劣化。而且各種試驗(yàn)也有各自的缺點(diǎn)或不足之處，比如：試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)、對(duì)電纜性能損傷較大，或試驗(yàn)設(shè)備體積龐大、不適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等。

近年來，一種新型技術(shù)工具——振蕩波檢測(cè)系統(tǒng)，被許多國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)所關(guān)注研究；隨著技術(shù)的不斷成熟，也逐漸被許多國內(nèi)電力部門應(yīng)用到實(shí)踐工作中。

1 振蕩波局放檢測(cè)相關(guān)原理

局部放電是指高壓設(shè)備中的絕緣介質(zhì)在高電場(chǎng)強(qiáng)度的作用下，發(fā)生在電極間的未貫穿放電。這種放電只存在于絕緣的局部位置，而不會(huì)立即形成貫穿性通道，故而被稱為局部放電。研究發(fā)現(xiàn)，電力電纜的局部放電量與其絕緣狀況密切相關(guān)；局部放電量的變化情況往往預(yù)示著電纜絕緣可能存在一定的缺陷，如任其繼續(xù)發(fā)展也可能最終導(dǎo)致電纜故障。例如：XLPE電纜局部放電的主要類型如圖1所示。

振蕩波（又稱阻尼振蕩波）電壓法，主要是以被測(cè)試電力電纜的等值電容與電感線圈的串聯(lián)諧振原理為基礎(chǔ)的，圖2為系統(tǒng)原理圖。恒流電源，以線性連續(xù)升壓方式對(duì)被測(cè)電纜充電蓄能，自動(dòng)加壓到預(yù)設(shè)的電壓值，整個(gè)升壓過程，被測(cè)電纜絕緣無靜態(tài)直流電場(chǎng)存在；加壓完成以后，固態(tài)高壓開關(guān)在1 μs內(nèi)閉合，使被測(cè)電纜的等值電容和系統(tǒng)中高壓電感周期性交換能量，并經(jīng)等效電阻逐漸損耗，在電纜上產(chǎn)生20～300 Hz幅值逐次衰減的振蕩交流電壓。圖3為試驗(yàn)過程的電壓波形圖。

在振蕩電壓的激勵(lì)下，如果電纜內(nèi)部有潛在的缺陷，就會(huì)激發(fā)局部放電，測(cè)控主機(jī)則通過采集、存儲(chǔ)和分析分壓器/耦合器所采集的振蕩波信號(hào)和局放信號(hào)，來進(jìn)行后續(xù)的絕緣狀況分析。

局放源點(diǎn)定位的原理：采用的是脈沖反射法來進(jìn)行局部放電定位，計(jì)算公式如圖4所示。其中，測(cè)試電纜線路長(zhǎng)度為l，假設(shè)在距離測(cè)試端x處發(fā)生局放，脈沖沿被測(cè)電纜向兩個(gè)相反方向傳播，原始脈沖經(jīng)t1到達(dá)測(cè)試端；反射脈沖向測(cè)試對(duì)端傳播，在電纜末端發(fā)生反射，然后再向測(cè)試端傳播，經(jīng)t2到達(dá)測(cè)試端。依據(jù)兩個(gè)脈沖到達(dá)測(cè)試端的時(shí)間差Δt，就可以計(jì)算出電纜局部放電源點(diǎn)x。

2 振蕩波局放檢測(cè)應(yīng)用情況

在20世紀(jì)90年代初到90年代末，振蕩波檢測(cè)技術(shù)相關(guān)理論被提出，并進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室摸索階段。2000—2007年，以德國為代表的發(fā)達(dá)國家通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)不斷完善了該項(xiàng)技術(shù)，美國、荷蘭、日本、新加坡等國家也不斷引入振蕩波檢測(cè)系統(tǒng)并投入到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。

2006年，國內(nèi)開始推廣電纜振蕩波檢測(cè)技術(shù)。2008年北京供電部門在奧運(yùn)會(huì)籌備期間，采用振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)對(duì)保電重要線路進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確掌握了重要線路的絕緣信息資料，為確保重要線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

2010年，借鑒北京供電部門奧運(yùn)保電的成功經(jīng)驗(yàn)，廣東供電局為保障亞運(yùn)會(huì)主網(wǎng)電纜安全，引進(jìn)了瑞士OWTS HV150系統(tǒng)，對(duì)亞運(yùn)會(huì)保電重要110 kV電纜線路進(jìn)行了局放檢測(cè)，并進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)交流及探討。

之后，在2011年深圳大運(yùn)會(huì)、2013年沈陽全運(yùn)會(huì)等重大保電項(xiàng)目中，振蕩波檢測(cè)技術(shù)也進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證。

3 振蕩波局放檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

振蕩波局放檢測(cè)系統(tǒng)（Oscillating Wave Test System）與傳統(tǒng)局放測(cè)試設(shè)備相比，具有檢測(cè)時(shí)背景噪聲小、定位精度高等諸多的優(yōu)點(diǎn)。振蕩波局放試驗(yàn)過程中，產(chǎn)生20～300 Hz幅值逐次衰減的振蕩交流電壓，且作用的時(shí)間短、設(shè)備體積小、便于現(xiàn)場(chǎng)操作；試驗(yàn)后不會(huì)像直流耐壓對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣造成損傷。

振蕩波局放檢測(cè)系統(tǒng)連接示意圖如圖5所示（如被測(cè)電纜長(zhǎng)度小于250 m，必須另外連接補(bǔ)償電容）。

振蕩波局放檢測(cè)操作步驟如下。

（1）對(duì)被測(cè)電纜進(jìn)行處理，準(zhǔn)備測(cè)試（需將被測(cè)電纜從電網(wǎng)中斷開，充分放電；線路近端和遠(yuǎn)端均作均壓處理等）。（2）進(jìn)行絕緣電阻的測(cè)量（通過比較相間絕緣電阻的大小和歷史變化，可以初步判斷電纜絕緣的情況）。（3）測(cè)量電纜長(zhǎng)度和接頭位置（用脈沖反射儀TDR測(cè)量電纜長(zhǎng)度和接頭位置，對(duì)電纜資料進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)）。（4）嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)搭建系統(tǒng)（設(shè)備接線）。（5）啟動(dòng)設(shè)備。（6）被測(cè)電纜的信息填寫。（7）局放校準(zhǔn)。（8）局放測(cè)試。（9）數(shù)據(jù)分析。

4 結(jié)語

振蕩波局放檢測(cè)系統(tǒng)體積小、便于運(yùn)輸、操作方便，適合現(xiàn)場(chǎng)使用。今后設(shè)想，通過在電力電纜線路上實(shí)際應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，可以在發(fā)現(xiàn)電纜潛在絕緣隱患的同時(shí)，積累電力電纜的絕緣信息資料，形成絕緣檔案，從而便于電纜運(yùn)維部門在實(shí)際工作中可以準(zhǔn)確快速地了解電纜的運(yùn)行情況。

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