高壓電纜交流耐壓局部放電檢測技術(shù)研究

1 高壓電纜局部放電檢測試驗電源系統(tǒng)的技術(shù)分析

開展高壓電纜竣工試驗，在給電纜線路加壓的過程中，在電源的選擇上通常選擇高壓變頻諧振電源，高壓變頻諧振試驗系統(tǒng)中的無局放諧振試驗系統(tǒng)較為關(guān)鍵，要了解其中電抗器以及高壓連接部分設(shè)計原理，保證額定電壓下無局部放電。變頻器與其它部件不同的是會存在尖脈沖現(xiàn)象，主要在脈沖調(diào)制過零點時出現(xiàn)。沒有充分結(jié)合局部放電檢測要求的諧振試驗系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在試驗很低的輸出電壓情況下就可檢測到電源系統(tǒng)自身局部放電，在對放電信號來源進(jìn)行判定時，可發(fā)現(xiàn)主要與高壓電抗器內(nèi)部有關(guān)，在放電過程中信號較強(qiáng)，并與電纜保持相同頻率電壓，掩蓋了電纜的放電電譜圖，無法實現(xiàn)電纜線路局部放電檢測。

2 高壓電纜局部放電檢測試驗電源供電容量和供電方式的選擇

高壓電纜局部放電檢測試驗電源應(yīng)用較為普遍的是柴油發(fā)電機(jī)車供電，在分析試驗電源供電電源的容量過程中，需要充分考慮試驗容量以及諧振系統(tǒng)的品質(zhì)情況，其中電源供電容量與諧振系統(tǒng)的品質(zhì)之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，電源供電容量隨著諧振系統(tǒng)品質(zhì)的提高而降低，需要保證電纜的長度處于一致性。在利用采油發(fā)電車供電時，在前期準(zhǔn)備階段需計算在供電過程中產(chǎn)生的損耗要大于變壓器的供電容量。如在計算柴油發(fā)電機(jī)組的功率時，要將負(fù)荷設(shè)備的計量容量、總負(fù)荷、發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行不均勻系數(shù)、可靠系數(shù)分別設(shè)置為Pj、P ∑、η 以及K，計算出計算容量Pj=KxP ∑，柴油發(fā)電機(jī)組的功率按照公式P=kPj/η 進(jìn)行計算。

3 高壓電纜局部放電檢測信號特征

高頻信號傳播衰減率高。在試驗過程中了解高壓電纜的內(nèi)外半導(dǎo)電層以及高頻信號間的關(guān)系，可發(fā)現(xiàn)前者對后者產(chǎn)生較強(qiáng)的衰減，高信號的衰減率高達(dá)90%/km。為保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性，通常將不同的檢測方式結(jié)合在一起。如今在檢測時，借助電纜接地線進(jìn)行局部放電巡檢的優(yōu)勢，一定程度上改善了以從電纜端頭檢測線路局部放電的局限性，并與分布式局部放電檢測結(jié)合在一起，從而確保檢測的準(zhǔn)確性。高頻信號在高壓纜線上的衰減隨著頻率的增加而增加，但在某些頻率由于負(fù)載產(chǎn)生的共振現(xiàn)象和傳輸線效應(yīng)的影響，衰減會出現(xiàn)突然的迅速增加，信號傳輸距離對信號衰減程度也起著決定性的影響，隨著距離的增加衰減會迅速地增加。對高壓電纜局部放電進(jìn)行檢測最佳檢測頻率范圍在1～20MHz 之間，當(dāng)檢測頻率已達(dá)到20MHz時，對缺陷點位置進(jìn)行觀察可發(fā)現(xiàn)主要發(fā)生在測點的接頭絕緣表面。

放電量較小。在高壓電纜線路檢測過程中，為確保高壓電纜平穩(wěn)運行，逐步完善高壓電纜生產(chǎn)工藝、盡量減少缺陷的產(chǎn)生，在開展高壓電纜局部放電檢測試驗環(huán)節(jié)中，詳細(xì)分析在局部放電時存在的缺陷，可發(fā)現(xiàn)高壓電纜局部放電的信號較小，屬于微小放電級別。

缺陷種類較復(fù)雜。高壓電纜局部放電檢測過程中存在缺陷種類較多，形式呈現(xiàn)多樣化，缺陷主要存在于電纜及附件中，主要包括內(nèi)外半導(dǎo)電層缺陷及接頭制作缺陷等，以缺陷的位置進(jìn)行劃分，在對不同缺陷特征進(jìn)行分析時在圖譜中呈現(xiàn)出復(fù)雜性，在實際的現(xiàn)場檢測的環(huán)節(jié)中增加了缺陷診斷難度[1]。

4 高壓電纜局部放電檢測電纜線路接地系統(tǒng)處理

在處理過程中為減少對耐壓交流試驗的影響，需掌握高壓電纜線路具體接地方式，主要以交叉互聯(lián)接地方式為主。在利用分布式局部放電檢測的過程中，則需對交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并詳細(xì)分析對局部放電信號傳播路徑產(chǎn)生的影響。在安裝交叉互聯(lián)箱過程中應(yīng)將原有互聯(lián)排進(jìn)行拆除，將同一相同軸電纜的金屬屏蔽端連接段用絕緣軟線短接，為確保短接準(zhǔn)確性，借助螺母對其進(jìn)行固定處理。在直接接地箱的安裝環(huán)節(jié)中，做好試驗前期準(zhǔn)備工作，將原有的銅排拆除并用絕緣軟線短接代替。

5 高壓電纜局部放電檢測試驗案例

5.1 高壓電纜局部放電檢測試驗原理

此次高壓電纜局部放電檢測試驗主要采用的是220kV電纜線路，開展交流耐壓試驗，在實際檢測的過程中主要采用的是雙回路，對線路長進(jìn)行測量，長度為800m，在試驗電纜材料的選擇上，主要是銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，將其試驗電纜的額定電壓以及電容量控制在220kV、0.214μF/km，在電纜敷設(shè)的過程中，主要以隧道敷設(shè)為主，檢測每回電纜線路的狀態(tài)，其中主要涉及絕緣中間接頭，在此試驗環(huán)節(jié)中發(fā)揮GIS 優(yōu)勢，為了確保試驗的順利進(jìn)行，需要明確GIS 終端以及戶外終端的接地方式，前者主要以電壓保護(hù)器接地為主，后者主要以直接接地為主，掌握中間接頭金屬屏兩側(cè)的接地方式，主要在GIS 與戶外終端。

5.2 高壓電纜局部放電試驗操作步驟

在試驗設(shè)備布置過程中需了解局部放電檢測的交流耐壓試驗流程及原理，借助局部放電采集單元的優(yōu)勢整合電纜線路中戶外終端及GIS 終端等，并將該采集電源準(zhǔn)確進(jìn)行安裝，在具體安裝中要找準(zhǔn)各自的檢測單元精準(zhǔn)連接。監(jiān)測戶外終端檢測主機(jī)運行狀態(tài)，借助光纖的優(yōu)勢與檢測單元手拉手進(jìn)行連接。在試驗進(jìn)行中，可在檢測主機(jī)上實時獲取單元操作狀態(tài)，實現(xiàn)集中控制（圖1）。在試驗設(shè)備布置與連接過程中需將耐壓試驗設(shè)備、高壓引線、戶外終端、檢測主機(jī)、同步線圈、高頻CT以及GIS終端進(jìn)行有效連接，其中高壓引線將耐壓試驗設(shè)備及戶外終端進(jìn)行連接，實現(xiàn)中間接頭及終端的局部放電檢測[2]

圖1 高壓電纜局部放電試驗流程

高壓電纜局部放電試驗信號采集方式主要包括局部放電信號采集與同步電壓信號采集兩種方式。在利用前者進(jìn)行信號采集時主要借助高頻傳感器進(jìn)行，要將中間接頭接地箱、戶外終端接地保護(hù)箱以及GIS 終端保護(hù)接地箱進(jìn)行準(zhǔn)確安裝，將三者分別安裝在短接線上、接地線上以及接地保護(hù)器臨時短接線上；在后者采集信號時發(fā)揮同步電壓信號采集器的作用，并與電纜本體相連接準(zhǔn)確對電流信號進(jìn)行采集。同時，為了保證信號采集準(zhǔn)確性要將相位以及電壓相位間的相差控制在最佳范圍，一般在90°，針對存在的相位差要及時糾正。

5.3 高壓電纜局部放電試驗結(jié)論與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)電纜分布式參數(shù)特征，竣工試驗時采用分布式局部放電檢測系統(tǒng)，在每一個接頭安裝高頻CT采集單元及檢測單元，通過光纖連接實現(xiàn)對整條電纜上所有檢測單元的同步測量，便于現(xiàn)場根據(jù)信號衰減規(guī)律對放電源進(jìn)行定位。在高壓電纜局部放電試驗過程中，做好電纜施加電壓前期準(zhǔn)備工作，及時收集背景干擾測試數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確制作頻譜特征分布圖。在對電源信號干擾進(jìn)行分析時可發(fā)現(xiàn)，電源信號在3MKHz時干擾信號的頻率成分在2.5MHz 以下，此時的干擾最小。在開展交流耐壓試驗的過程中，對傳播信號來源進(jìn)行觀測，其主要來源與電抗器的放電信號，電纜接頭未出現(xiàn)局部放電的現(xiàn)象。局部放電檢測的交流耐壓試驗方式為確保電纜安全運行提供理論依據(jù)，采用無局部放電的高壓試驗電源設(shè)計方式可準(zhǔn)確判定在電纜局部放電過程中存在的問題，發(fā)揮分布式局部放電檢測系統(tǒng)的優(yōu)勢對放電源進(jìn)行定位[3]。

6 結(jié)語

掌握高壓電纜局部放電試驗電源系統(tǒng)的技術(shù)以及電源供電電容，明確局部放電檢測信號中的最佳檢測頻率范圍以及實際放電量，做好電纜線路接地系統(tǒng)的處理工作，以具體的案例對高壓電纜局部放電檢測檢測技術(shù)的有效性進(jìn)行分析，有助于從整體上提升高壓電纜運行的可靠性。