振蕩波測試技術(shù)在中壓電力電纜局部放電檢測中的應(yīng)用

劉 巖， 林洲游，胡 偉

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014；2.溫州電力局，浙江 溫州 325000；3.杭州市電力局，杭州 310009）

0 引言

近年來，交聯(lián)聚乙烯（簡稱XLPE）電力電纜由于絕緣性能好、易于制造、安裝方便、敷設(shè)便捷等優(yōu)點，在城市電網(wǎng)中壓電纜系統(tǒng)中（指35 kV及以下電壓等級）得到廣泛使用。一直以來，中壓電纜測試手段比較單一，而電纜往往會由于生產(chǎn)工藝、原材料、運輸、安裝等環(huán)節(jié)存在紕漏，導(dǎo)致在絕緣介質(zhì)與半導(dǎo)電屏蔽層之間存在間隙、半導(dǎo)電體向絕緣層突出等缺陷，進(jìn)而產(chǎn)生局部放電。由于擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料不斷老化最終導(dǎo)致絕緣擊穿，造成重大事故[1]。因此，對于電纜內(nèi)部局部放電水平進(jìn)行檢測，可有效掌握電纜內(nèi)部絕緣狀況，已引起電纜檢測人員的重視。

1 中壓電纜局部放電測試技術(shù)介紹

以測試電壓類型分類，中壓電纜局部放電測試技術(shù)主要包括工頻局放測試、變頻局放測試、0.1 Hz超低頻局放測試、振蕩波測試等測試技術(shù)。

在工頻條件下，測試?yán)щy在于對長距離電纜進(jìn)行充電測試需要較大的電源，測試系統(tǒng)包含多個設(shè)備，如發(fā)電機或工頻電源、高壓變壓器、控制儀器、局部放電探測裝置和故障定位儀器、耦合電容和高壓連接電纜等。同時運輸這些設(shè)備需要大型運輸車輛，大大增加了測試費用和難度[2]。雖然通過改變試驗系統(tǒng)頻率，對試驗電源的要求有所降低，但仍存在設(shè)備數(shù)量多，不同線路所需配置不一致等問題。另外，考慮到測試頻率與電纜運行工況的等效性問題，超低頻局放檢測適用性存在一定的局限和爭議[3]。

振蕩波檢測技術(shù)（簡稱OWTS）是近年來國內(nèi)外研究較多的一種用于XLPE電力電纜現(xiàn)場檢測，它具有與交流電壓等效性好、作用時間短、操作方便、輕便靈活等優(yōu)點，在不會對被試電纜造成損傷情況下[4]，實現(xiàn)XLPE電力電纜內(nèi)部各種缺陷的檢測目的。

2 OWTS測試原理

2.1 振蕩電壓產(chǎn)生

OWTS系統(tǒng)主要通過檢測在高壓振蕩波傳輸過程中被試電纜內(nèi)發(fā)生的局放來判斷電纜的絕緣狀態(tài)。首先在被測電纜端加直流電壓至預(yù)設(shè)值，之后閉合高壓開關(guān)IGBT，通過設(shè)備電感與被測電纜電容發(fā)生諧振，在被測電纜端產(chǎn)生阻尼振蕩電壓?？紤]到與電纜運行狀態(tài)的等效性，系統(tǒng)采用固定電感和被試電纜構(gòu)成阻尼振蕩回路，通過配置使電壓振蕩頻率處于工頻或接近于工頻。OWTS系統(tǒng)的測試原理電路和產(chǎn)生的振蕩高壓如圖1、圖2所示。

圖1 OWTS測試原理圖

2.2 局放位置確定

OWTS系統(tǒng)采用脈沖反射法進(jìn)行局部放電位置定位，其原理如圖3所示。測試1條長度為l的電纜，假設(shè)在距測試端x處局部放電量為Q，脈沖沿電纜向兩個相反方向傳播，其中1個脈沖經(jīng)過時間t1到達(dá)測試端；另一個脈沖向測試端對端傳播，并在對端反射后再向測試端傳播，經(jīng)過時間t2到達(dá)測試端。根據(jù)2個脈沖到達(dá)測試端的時間差Δt，可計算局部放電發(fā)生的位置，即：

圖2 OWTS生成振蕩電壓

圖3 脈沖反射法定位電纜放電位置示意圖

式中：v為脈沖在電纜中傳播的波速；t1為電纜放電位置的放電脈沖傳遞到始端（即測試端）的時間；t1為電纜放電位置的放電脈沖經(jīng)電纜終端反射后傳遞到始端（即測試端）的時間。

3 OWTS系統(tǒng)頻率對電纜內(nèi)部局部放電測量的影響

Edward Gulski[4]研究了應(yīng)用振蕩波測試進(jìn)行電力電纜局部放電檢測的有效性，比較了工頻交流電壓與OWTS電纜內(nèi)部局部放電的起始電壓與放電量Q的關(guān)系，并給出了振蕩波的頻率對電纜局部放電起始電壓和放電量的影響，見圖4。從圖中可見，OWTS的局放起始電壓大于交流下，這是由于OWTS作用時間短，不同頻率OWTS的局部放電量均大于交流；OWTS的頻率并不影響其局放起始電壓。圖中所有的頻率在OWTS下局放起始電壓相同，局放量大體相當(dāng)。說明OWTS下由于電纜長度的不同導(dǎo)致頻率發(fā)生改變對檢測效果影響不大。

圖4 工頻與振蕩波電壓下的局放起始電壓與電纜內(nèi)部局部放電量的關(guān)系曲線

4 現(xiàn)場測試實例

4.1 被測線路

以某10 kV電纜線路現(xiàn)場測試為例。被測電纜長度為764 m；型號為YJV22-3×240 mm2；投運時間是2002年。加壓步驟為：標(biāo)準(zhǔn)脈沖校準(zhǔn)，背景噪聲測試，0.5×U0，0.7×U0，0.9×U0，1.0×U0（2 次），1.2×U0，1.3×U0，1.4×U0（2 次），其中 U0為電纜額定相電壓。

4.2 測試情況

經(jīng)現(xiàn)場測試，在1.0U0電壓下被試電纜A相出現(xiàn)大量高幅值放電信號（如圖5所示），最高幅值超過5 000 pC。在基于脈沖反沖原理定位局放發(fā)出位置后發(fā)現(xiàn)，測試始端（即電纜終端處）存在大量放電信號（如圖6所示），且位置明顯集中，現(xiàn)場初步判定終端內(nèi)部存在放電缺陷。經(jīng)檢修人員解體檢查，發(fā)現(xiàn)在被試電纜A相終端（測試位置）高壓端主絕緣表面存在明顯劃痕。經(jīng)過現(xiàn)場處理，復(fù)測后已無明顯局部放電現(xiàn)象（如圖7所示），終端集中性放電現(xiàn)象消失（如圖8所示）。目前，該電纜已順利投入運行。

5 結(jié)語

圖5 A相電纜內(nèi)發(fā)現(xiàn)明顯放電跡象

圖6 A相電纜終端出現(xiàn)集中性放電現(xiàn)象

圖7 A相電纜內(nèi)放電跡象消失

圖8 A相電纜終端集中性放電跡象消失

現(xiàn)場測試表明，中壓電纜振蕩波局部放電檢測技術(shù)的定位裝置現(xiàn)場應(yīng)用比較方便，可以有效檢測出中壓電纜的各種局部缺陷并對其進(jìn)行準(zhǔn)確定位。針對投運前的電纜和運行時間較長的老舊電纜進(jìn)行檢測，可以促進(jìn)安裝工藝的提高和避免電纜因長期運行絕緣發(fā)生劣化引起突發(fā)性事故的發(fā)生。

[1]馮義，劉鵬，涂明濤.振蕩波測試系統(tǒng)在電纜局部放電檢測中的應(yīng)用[J].供用電，2009，26（3）:57-59.

[2]饒強．交聯(lián)聚乙烯電纜新的試驗方法[J]．廣西電力，2004（8）:107-109．

[3]BOYEGO K，HYVONEN P，MARTTI A，et al Selectivity of damped sc（DAC） and VLF voltages in after-laying tests of extruded MV cable systems[J]．IEEE Trans on D&EI，2003，5（10）:874-882．

[4]GULSKI E，F(xiàn)RANK J，JOHAN J，et a1．Advanced partial discharge diagnostic of MV power cable system using oscillating wave test system[J]．IEEE Electrical Insulation Magazine，2000，2（16）:17-25．