提升配電網(wǎng)電纜附件隱患檢測(cè)效率的綜合檢測(cè)方法

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(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司德陽供電公司，四川 德陽 618000)

0 引 言

交聯(lián)聚乙烯絕緣(XLPE)電力電纜線路因敷設(shè)便利、運(yùn)行可靠性高、不易受天氣等外部環(huán)境影響，不占用地面空間、絕緣性能優(yōu)良等特點(diǎn)，并契合了現(xiàn)代化城市的美觀及規(guī)劃、設(shè)計(jì)需求，使其在輸配電網(wǎng)，尤其是城市配電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜本身的構(gòu)造緊密，且絕緣介質(zhì)為性質(zhì)穩(wěn)定的材料，讓運(yùn)行人員很難準(zhǔn)確地評(píng)估電纜及電纜附件的絕緣健康狀態(tài)?，F(xiàn)有檢測(cè)手段的準(zhǔn)確性、便捷性和有效性對(duì)于電纜內(nèi)部絕緣缺陷隱患的檢測(cè)及定位來說還稍顯不足。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，電纜附件(主要包括電纜中間接頭與電纜終端頭)的故障率是電纜本體故障率的百倍以上[1]。所以可通過重點(diǎn)關(guān)注電纜附件絕緣的老化、劣化情況，來判斷電纜線路的運(yùn)行狀態(tài)。而電纜附件的絕緣缺陷早期主要體現(xiàn)在局部放電方面。局部放電一般不會(huì)直接引起絕緣擊穿，但如果長(zhǎng)時(shí)間存在則會(huì)使絕緣強(qiáng)度逐漸降低[2-3]。因此，通過對(duì)電纜附件的局部放電監(jiān)測(cè)，能幫助判斷電纜線路及電纜設(shè)備運(yùn)行的健康狀態(tài)，但對(duì)配電電纜實(shí)時(shí)在線局放檢測(cè)的成本較高。下面通過對(duì)現(xiàn)階段配電網(wǎng)電纜常用的在線測(cè)溫裝置、暫態(tài)對(duì)地電壓(transient earth voltage,TEV)局部放電檢測(cè)及振蕩波檢測(cè)的綜合運(yùn)用，來提高電纜附件局部放電檢測(cè)效率。

1 配電網(wǎng)電纜常用檢測(cè)方法

1.1 在線測(cè)溫裝置

研究表明絕大多數(shù)的絕緣缺陷都可引起電纜附件本體或局部溫度升高，當(dāng)溫度升高到超過電纜附件所能承受的臨界值時(shí)，電纜接頭就有可能發(fā)生熱擊穿甚至爆炸，造成大范圍的斷電或引起火災(zāi)[4]。

通過對(duì)電纜附件的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)電纜附件的溫度異常并形成告警信息，進(jìn)而避免電纜附件及電纜設(shè)備起火、線路停電等事故的發(fā)生。國(guó)網(wǎng)四川省電力公司德陽公司目前的在線測(cè)溫裝置主要是熱敏電阻式測(cè)溫系統(tǒng)，通過對(duì)電纜終端溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，已發(fā)現(xiàn)了數(shù)起電纜終端過熱情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除了隱患，避免了電纜故障的發(fā)生。

然而在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)了在線測(cè)溫裝置存在部分弊端。首先，在線測(cè)溫裝置需要外部電源，限制了其應(yīng)用范圍只能是在環(huán)網(wǎng)箱和開閉所等方便取電的設(shè)備內(nèi)，對(duì)于電纜分支箱和電纜井內(nèi)的中間接頭則無法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)溫。第二，當(dāng)前使用的在線測(cè)溫主要通過熱敏電阻作為傳感器貼在電纜附件上實(shí)現(xiàn)溫度采集功能，但因?yàn)闊崦綦娮鑲鞲衅餍枰獦?gòu)成電氣回路方可采集信號(hào)，布線復(fù)雜；且熱敏電阻特別容易發(fā)生損壞，更換新電阻的維護(hù)量大；傳感器本身不具備自檢功能，使運(yùn)行部門難以判斷傳感器的工作狀態(tài)，需要經(jīng)常進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。第三，后臺(tái)報(bào)警功能工作模式為接頭溫度超過一定溫度后報(bào)警，但實(shí)際運(yùn)行過程中當(dāng)電纜的運(yùn)行負(fù)荷或環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)造成電纜附件周圍溫度發(fā)生變化，容易形成誤判。第四，當(dāng)溫度報(bào)警發(fā)生時(shí)，通常局部放電已經(jīng)處于發(fā)生的后期階段，留給運(yùn)行單位的處理時(shí)間不充足。

1.2 暫態(tài)地電波局部放電檢測(cè)

根據(jù)電磁學(xué)的理論，當(dāng)開關(guān)柜、分支箱等電纜設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，局部放電點(diǎn)會(huì)激發(fā)出電磁波向周圍空間傳播，當(dāng)遇到未封閉的金屬板的外表面時(shí)，會(huì)在金屬外殼上感應(yīng)出電位，該電位稱為暫態(tài)地電壓(即地電波)。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，配電網(wǎng)電纜設(shè)備如開關(guān)柜、分支箱中存在許多絕緣間隙，如絕緣墊片、電纜進(jìn)出口等，柜體本身是不連續(xù)的。因此可在開關(guān)柜體外表面上檢測(cè)到該電磁波所感應(yīng)出的有效電波信號(hào)，即地電波信號(hào)[1]。暫態(tài)地電波局部放電檢測(cè)是對(duì)開關(guān)柜、分支箱的金屬外殼地電位進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)測(cè)量到的地電波信號(hào)判斷局部放電的位置、類型和放電量之間的關(guān)系[5-6]。暫態(tài)地電波局部放電檢測(cè)具有測(cè)量判別方便、能帶電進(jìn)行、測(cè)量時(shí)間短、定位較準(zhǔn)確等諸多優(yōu)點(diǎn)。

但在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過程中，空間的電磁波可進(jìn)入開關(guān)柜室，且周圍的電力設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生電磁波，這些電磁波信號(hào)會(huì)對(duì)檢測(cè)造成干擾，造成設(shè)備誤判斷。

1.3 阻尼振蕩波局部放電檢測(cè)

目前配電網(wǎng)電纜常用的電纜絕緣性能檢測(cè)手段主要以交流耐壓、直流耐壓試驗(yàn)等破壞性試驗(yàn)為主，雖然能夠有效發(fā)現(xiàn)電纜附件及電纜本體的較為嚴(yán)重的絕緣缺陷，但這兩種預(yù)防性試驗(yàn)均會(huì)不同程度地造成電纜絕緣劣化，大大降低電纜使用壽命。而且其試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、試驗(yàn)設(shè)備體積重量大，不利于在復(fù)雜地形環(huán)境下開展檢測(cè)。

阻尼振蕩波局部放電檢測(cè)系統(tǒng)通過設(shè)備與被試電纜之間構(gòu)造LC振蕩回路，在系統(tǒng)中形成近似于工頻的逐步衰減的振蕩波電壓信號(hào)來模仿電纜的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而在電纜絕緣薄弱處激發(fā)出局部放電信號(hào)；再同步收集波形信號(hào)，通過后臺(tái)分析軟件可分析采集波形信號(hào)，從而判斷電纜絕緣的好壞。阻尼振蕩波局部放電檢測(cè)對(duì)電纜施加的是衰減振蕩波信號(hào)，加壓時(shí)間僅為幾秒，基本不會(huì)對(duì)電纜絕緣造成損傷[7]。

但實(shí)際應(yīng)用過程中，因該試驗(yàn)需要停電進(jìn)行，在供電服務(wù)壓力逐漸增大的情況下很難逐條線路進(jìn)行試驗(yàn)。目前只能在新建電纜線路以及結(jié)合日常檢修停電時(shí)在重要電纜上進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)對(duì)象覆蓋面較小，且面對(duì)龐大的存量電纜要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電纜大體檢耗時(shí)也過長(zhǎng)，難以對(duì)配電網(wǎng)電纜附件絕緣狀態(tài)評(píng)估提供有力支撐。

2 綜合檢測(cè)方法

分析現(xiàn)有的配電網(wǎng)電纜檢測(cè)方法可以發(fā)現(xiàn)，目前的檢測(cè)方法均存在不同程度的弊端。

在線測(cè)溫裝置通過傳感器采集終端的溫度信息判斷終端的運(yùn)行狀態(tài)；暫態(tài)對(duì)地電壓局部放電檢測(cè)通過采集環(huán)網(wǎng)柜、分支箱等設(shè)備金屬表面的感應(yīng)電位來判斷電纜附件是否有局部放電；而阻尼振蕩波檢測(cè)通過對(duì)電纜施加衰減振蕩波并采集系統(tǒng)振蕩波形信號(hào)來判斷電纜絕緣狀態(tài)。不同的檢測(cè)方法采用不同的原理來進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，但都存在信號(hào)采集方法單一，可能存在設(shè)備、環(huán)境、人為因素干擾造成誤判的問題，不能給運(yùn)行單位提供精準(zhǔn)的檢修建議。通過對(duì)各種檢測(cè)方法進(jìn)行充分分析(見圖1)，針對(duì)不同檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)提出了綜合檢測(cè)，具體操作流程如圖2所示。

圖1 各種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

首先，通過在線溫度檢測(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，監(jiān)測(cè)電纜終端的運(yùn)行溫度，通過對(duì)比相間及環(huán)境溫度、負(fù)荷電流等對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其次，對(duì)發(fā)現(xiàn)有溫度異常的電纜終端進(jìn)行暫態(tài)對(duì)地電壓局部放電檢測(cè)，檢測(cè)該附件是否有局部放電現(xiàn)象。如未發(fā)現(xiàn)該終端有局部放電現(xiàn)象，則繼續(xù)對(duì)該終端進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，同時(shí)結(jié)合停電機(jī)會(huì)檢測(cè)找出引起溫度異常的原因；如兩種檢測(cè)方法均發(fā)現(xiàn)該終端有異常，即有兩個(gè)非相同原理的檢測(cè)同時(shí)判斷電纜終端有局部放電，則認(rèn)為該終端處確實(shí)存在局部放電現(xiàn)象，需安排停電檢修。在停電檢修時(shí)同步安排阻尼振蕩波試驗(yàn)，檢測(cè)該電纜其他附件是否存在相似的隱患。

2018年4月2日，配電運(yùn)檢人員通過在線測(cè)溫監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)現(xiàn)10 kV 某路某環(huán)網(wǎng)柜9043間隔至某小區(qū)出線電纜A相溫度明顯高于其他間隔電纜終端及同間隔另兩相電纜終端溫度，但因未達(dá)到警戒溫度而無報(bào)警信息，如圖3所示。

圖2 綜合檢測(cè)流程

圖3 在線測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)

配電運(yùn)檢人員在連續(xù)監(jiān)測(cè)該處異常24 h后發(fā)現(xiàn)該處溫度異常并未消失，立刻安排運(yùn)行人員對(duì)該間隔進(jìn)行了暫態(tài)對(duì)地電壓局部放電檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示該間隔存在局部放電。由于兩種檢測(cè)方法都判斷此終端存在局部放電現(xiàn)象，于4月9日安排停電處理，同時(shí)針對(duì)該電纜進(jìn)行阻尼振蕩波檢測(cè)。通過阻尼振蕩波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該電纜除終端有局部放電外，在中間接頭處也有局部放電現(xiàn)象，檢測(cè)結(jié)果如圖4。

通過對(duì)該電纜終端及中間接頭解剖發(fā)現(xiàn)，因未嚴(yán)格按生產(chǎn)廠家圖紙尺寸剝切銅屏蔽及半導(dǎo)電層，致使應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位并未起到應(yīng)力疏散作用而在屏蔽層斷口處出現(xiàn)放電，這是導(dǎo)致此次問題的主要原因。

圖4 阻尼振蕩波局部放電位置映像

多種檢測(cè)方法的配合使用，能極大提高檢測(cè)的精準(zhǔn)度。當(dāng)兩種或兩種以上的檢測(cè)手段同時(shí)判斷電纜附件有問題時(shí)即可認(rèn)為該附件確存在局部放電現(xiàn)象。對(duì)比以往單個(gè)檢測(cè)手段判據(jù)不足的問題，綜合檢測(cè)能為運(yùn)行單位提供精準(zhǔn)檢修建議。

圖5 充分利用在線監(jiān)測(cè)的檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖6 應(yīng)用綜合檢測(cè)前(左)后(右)效果對(duì)比

綜合檢測(cè)方法旨在解決現(xiàn)有檢測(cè)方法兩方面的問題：

1)單一檢測(cè)方法相對(duì)獨(dú)立，沒有最大化地發(fā)揮作用。綜合檢測(cè)通過3個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有方法進(jìn)行提升。首先，對(duì)以往未被利用的未達(dá)到報(bào)警界限的終端溫度異常數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，提升了檢測(cè)的效率；其次，在線測(cè)溫系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以減少對(duì)溫度正常附件的地電波檢測(cè)頻率，極大地減少運(yùn)行人員工作強(qiáng)度；最后，同一電纜線路一般由同一施工隊(duì)敷設(shè)且由同一廠家提供電纜附件，在一個(gè)終端出現(xiàn)絕緣缺陷的電纜線路上的其他附件極有可能也存在同樣的缺陷，通過振蕩波局部放電的診斷能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)排除隱患，在沒有大量增加停電的同時(shí)提高了振蕩波局放檢測(cè)的工作效率，對(duì)提升配網(wǎng)電纜附件隱患檢測(cè)效率具有重要意義。

2)現(xiàn)有檢測(cè)手段因設(shè)備本身的缺陷及人為因素的干擾等很容易形成誤判斷，這給精準(zhǔn)檢修帶來了極大的難度。綜合檢測(cè)因采用的是溫度、電磁波以及阻尼振蕩波等非同原理的判定方法，極大地提高了判定的精確性，減少甚至避免了因誤判斷而停電檢修等一系列問題。

3 結(jié) 語

隨著配電網(wǎng)電纜規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)配電網(wǎng)電纜的狀態(tài)檢測(cè)及精準(zhǔn)檢修需求也日益增大。但目前針對(duì)配電網(wǎng)電纜的檢測(cè)方法在應(yīng)用過程中相對(duì)獨(dú)立，不能充分發(fā)揮各個(gè)檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)。而由于設(shè)備及人為因素的干擾形成的誤判時(shí)有發(fā)生，不能給運(yùn)行單位提供準(zhǔn)確的檢修建議。所提方法通過對(duì)現(xiàn)有的3種配電網(wǎng)電纜檢測(cè)方法的有機(jī)結(jié)合，在最大限度地發(fā)揮各種優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，減輕了運(yùn)行人員工作量，同時(shí)能給予運(yùn)行部門相對(duì)精確的檢修建議，給停電檢修留下充分的時(shí)間。