內(nèi)置局放傳感器在110 kV電纜接頭上的應(yīng)用

羅繼輝 王錦明 高 飛 方 菊

（長(zhǎng)園電力技術(shù)有限公司，廣東珠海519000）

0 引言

局部放電是絕緣介質(zhì)外加電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)產(chǎn)生的電氣放電，其是由絕緣介質(zhì)內(nèi)部、絕緣介質(zhì)之間的雜質(zhì)、間隙、氣泡等缺陷導(dǎo)致的[1]。電纜及附件具備完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選用良好的絕緣材料，在干燥、無(wú)塵環(huán)境下經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工藝控制進(jìn)行生產(chǎn)制造，產(chǎn)品出廠均經(jīng)過(guò)完整和靈敏的出廠試驗(yàn)，本身不會(huì)產(chǎn)生局部放電，安裝完成的系統(tǒng)中產(chǎn)生局放的最大可能是由于現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量不良造成的。

為驗(yàn)證安裝工作的質(zhì)量，并確保整個(gè)電纜系統(tǒng)的可靠性，敷設(shè)后試驗(yàn)甚至是監(jiān)測(cè)的靈敏性對(duì)XLPE絕緣超高壓電纜系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。

實(shí)際運(yùn)行的電纜系統(tǒng)局放監(jiān)測(cè)不同于產(chǎn)品試驗(yàn)局放測(cè)試，工廠產(chǎn)品局放測(cè)試有良好的屏蔽措施，而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，干擾因素很多，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試傳感器的要求有：（1）為避免高電壓和大電流（例如短路電流）的干擾，探測(cè)器必須安置在有效絕緣的外側(cè)（外半導(dǎo)電層上面）。（2）探測(cè)器相應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)必須能可靠地鑒別來(lái)自電纜附件外部的干擾和附件內(nèi)的局部放電。誤測(cè)可能造成嚴(yán)重后果，務(wù)必要確切地排除那些可能會(huì)被看作是內(nèi)部局部放電的干擾[2]。

1 電纜及附件局放測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介

目前絕緣介質(zhì)常用的局放測(cè)試方法有：（1）單一容性脈沖探測(cè)器；（2）差分容性脈沖探測(cè)器和容性注入校準(zhǔn)脈沖；（3）感性脈沖探測(cè)器和感性注入校準(zhǔn)脈沖；（4）電脈沖檢測(cè)，該種方法主要是剝開(kāi)金屬護(hù)套并測(cè)量跨接在間隙兩端電阻的電流；（5）交叉連接接地電纜內(nèi)的電流檢測(cè)。以上所有方法，其核心要求為可靠區(qū)分與PD相似的現(xiàn)場(chǎng)噪音和絕緣內(nèi)部PD的能力[3]。

目前已有幾種方法來(lái)區(qū)分來(lái)自接頭的PD和噪音：如接頭兩邊傳輸時(shí)間、信號(hào)極性、接頭兩邊設(shè)置容性電極等。

本文采用一種新型貼片式傳感器，在接頭左右兩邊設(shè)置探測(cè)器，如圖1所示，該探測(cè)器放置在外半導(dǎo)電層與護(hù)套之間屏蔽層的人為間隙中。在電纜護(hù)套內(nèi)氣隙兩端的電壓降會(huì)提供有關(guān)按脈沖極性而傳輸?shù)姆较蛐畔ⅲ簛?lái)自電纜經(jīng)由接頭傳輸?shù)拿}沖將會(huì)在輸出端E1和E2上給出極性相反的輸出信號(hào)，而來(lái)自接頭的PD則可在輸出端E1和E2檢測(cè)到相同符號(hào)的電壓。

為了鑒別噪音與來(lái)自接頭的PD脈沖，探測(cè)器必須安裝在靠近接頭的每一側(cè)。對(duì)于單極性脈沖，傳輸方向可用極性相比較的方法而得知。由兩個(gè)探測(cè)器的試驗(yàn)裝置和極性鑒別器所獲得的結(jié)果是有所區(qū)別的，該系統(tǒng)對(duì)來(lái)自接頭內(nèi)的PD是靈敏的，而對(duì)沿著電纜傳輸?shù)脑胍舨⒉混`敏。

圖1 110 kV電纜接頭局放

2 抗干擾試驗(yàn)

2.1 搭建試驗(yàn)回路

搭建試驗(yàn)回路如圖2所示，首先測(cè)試空載下背景干擾，在高壓屏蔽試驗(yàn)大廳，背景干擾可以控制在2.5 pC下。其次施加1.5U0電壓，測(cè)量回路總的局放值，正常情況下也是在2.5 pC下。此時(shí)對(duì)比哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值，均無(wú)明顯放電。

圖2 110 kV帶傳感器接頭試驗(yàn)回路

2.2 在高壓電源側(cè)施加干擾

即在終端的高壓導(dǎo)體端子上接一段約500 mm長(zhǎng)的細(xì)銅絲，長(zhǎng)度大于終端均壓罩的半徑值，目的是產(chǎn)生電暈放電。經(jīng)測(cè)量大約在0.8U0，哈弗萊局放儀開(kāi)始出現(xiàn)局放信號(hào)，隨著電壓逐漸升高，放電量明顯提升，而觀察貼片傳感器的局放值，均無(wú)明顯放電。

2.3 空間的放電信號(hào)

靠近接頭處，接通手機(jī)，啟動(dòng)手機(jī)脈沖信號(hào)，哈弗萊局放儀開(kāi)始出現(xiàn)局放信號(hào)，隨著距離縮短，放電量明顯提升，而觀察貼片傳感器的局放值，均無(wú)明顯放電。

2.4 來(lái)自地網(wǎng)的高頻信號(hào)

接通高頻打磨機(jī)，連接到接頭接地線上，哈弗雷萊局放儀馬上顯示局放信號(hào)，而觀察貼片傳感器的局放值，均無(wú)明顯放電。

該試驗(yàn)證明，采用貼片式傳感器，可有效屏蔽非局部放電信號(hào)。

3 模擬現(xiàn)場(chǎng)缺陷局放試驗(yàn)

為了降低回路施加電壓值，縮短出現(xiàn)局放的時(shí)間，在電纜和附件上人為制造了幾個(gè)有可能出現(xiàn)局放的缺陷，這些缺陷也是在電纜附件現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)可能出現(xiàn)的，如接頭應(yīng)力錐錯(cuò)位、電纜外屏蔽損傷、電纜半導(dǎo)電斷口臺(tái)階、電纜圓周劃痕、電纜縱向劃痕等。

（1）在電纜處理尺寸已確定的情況下，應(yīng)力錐錯(cuò)位會(huì)造成接頭一側(cè)應(yīng)力錐不能與電纜外半導(dǎo)電層有效接觸，絕緣屏蔽不能有效均勻電場(chǎng)，造成放電；而另外一側(cè)應(yīng)力錐搭接過(guò)頭，會(huì)造成尖端放電，所以應(yīng)力錐錯(cuò)位會(huì)產(chǎn)生局部放電。經(jīng)測(cè)量，哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時(shí)同時(shí)出現(xiàn)局部放電信號(hào)。

（2）電纜外屏蔽損傷是施工刀具剝切電纜金屬屏蔽層造成的，它直接損傷了電纜外屏蔽，造成放電，是一種常見(jiàn)的施工缺陷。切入深度達(dá)到1 mm時(shí)，哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時(shí)同時(shí)出現(xiàn)局部放電信號(hào)。

（3）電纜半導(dǎo)電斷口臺(tái)階是由于剝切、打磨電纜外屏蔽方法不當(dāng)，未能使電纜絕緣屏蔽與電纜絕緣平滑過(guò)渡，現(xiàn)場(chǎng)光線不足，很容易在電纜接頭的下部造成此類(lèi)缺陷。這種臺(tái)階會(huì)造成較為嚴(yán)重的氣隙放電或尖端放電。斷口臺(tái)階高度大于0.5 mm時(shí)，哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時(shí)同時(shí)出現(xiàn)局部放電信號(hào)。

（4）電纜圓周劃痕、電纜縱向劃痕均是在電纜和附件的界面上造成氣隙放電，且隨著深度、寬度增加，放電量增加。而電纜表面顆粒、表面水分等會(huì)導(dǎo)致界面懸浮電荷放電，此種放電哈弗萊局放儀和貼片傳感器也均可同時(shí)測(cè)到。

4 接頭防水試驗(yàn)

高壓電纜接頭除了絕緣主體外，還必須有良好的密封和接地措施，才能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。高壓電纜接頭按接地方式分有絕緣接頭和直通接頭兩種，是通過(guò)地線與接頭銅套的連接實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)置式貼片傳感器，增加幾根信號(hào)傳輸線，加大了絕緣難度。信號(hào)傳輸線可以在銅套上設(shè)置專(zhuān)用通信接口實(shí)現(xiàn)通信。信號(hào)傳輸通信接口用熱縮管和彈性密封膠密封，保證密封和護(hù)套絕緣。

相關(guān)的驗(yàn)證試驗(yàn)如下：

裝有內(nèi)置式貼片局放傳感器接頭在深度1 m的水箱中經(jīng)受20個(gè)循環(huán)的冷、熱水密封試驗(yàn)，循環(huán)完成后，對(duì)接頭兩端地線進(jìn)行直流耐壓和沖擊電壓試驗(yàn)，均順利達(dá)到相關(guān)的技術(shù)要求。

內(nèi)置式傳感器，經(jīng)對(duì)接頭銅套的設(shè)置，可以滿足接地和密封要求。

5 結(jié)論

本文通過(guò)將新型貼片式傳感器局放測(cè)試方法應(yīng)用于110 kV電纜接頭，并進(jìn)行抗干擾試驗(yàn)、模擬現(xiàn)場(chǎng)缺陷局放試驗(yàn)、接頭防水試驗(yàn)等試驗(yàn)研究，得出結(jié)論如下：（1）經(jīng)與試驗(yàn)室局放儀對(duì)比，該種方法具有明顯的同步性；（2）該種方法可以更好地屏蔽外部干擾信號(hào)；（3）該種方法靈敏度高于試驗(yàn)室局放儀；（4）此種方法不影響高壓接頭的電場(chǎng)；（5）通過(guò)合理的處理，采用此種方法亦可滿足接頭的接地和防水要求。