110 kV交聯(lián)電纜局放試驗系統(tǒng)及屏蔽室方案探析

韓昆鵬，黃小芳

（遠程電纜股份有限公司，江蘇 宜興 214251）

0 引 言

110 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在高電場作用下，由于絕緣介質(zhì)不均勻、存在氣隙或雜質(zhì)、界面不均勻等會產(chǎn)生局部放電。準確測量110 kV交聯(lián)電纜絕緣局部放電量，是評定絕緣品質(zhì)的重要手段。110 kV電纜局放測試從外部隔離電源輸入屏蔽室局放測試系統(tǒng)至測試終端顯示局放測試指標，整個系統(tǒng)極易受外部各種電磁脈沖信號干擾。不對測試系統(tǒng)外界干擾信號加以屏蔽處理，不僅影響測試結(jié)構準確性，而且嚴重時強脈沖信號會損壞測試設備，傷害測試人員。因此，110 kV電纜局放測試系統(tǒng)均需具備良好的屏蔽和接地措施，以降低來自測量系統(tǒng)外部的輻射干擾和電源系統(tǒng)干擾，提高測試安全可靠性。根據(jù)電纜行業(yè)具體局放測試裝備特點，本文就110 kV交聯(lián)電纜典型局放測試系統(tǒng)結(jié)構及其屏蔽室電磁屏蔽方案進行探析。

1 局放測試系統(tǒng)結(jié)構

1.1 基本結(jié)構

110 kV高壓電纜局放測試系統(tǒng)以典型串聯(lián)諧振局放試驗系統(tǒng)為例，試驗系統(tǒng)由串聯(lián)諧振試驗系統(tǒng)、高壓濾波器（PD≤2 pC）、高壓耦合電容（PD≤2 pC）、低壓校準注入電容、雙脈沖校準器（校準范圍：5～100 pC）、局放測試儀及電纜試驗終端等部分組成[1]。局放測試系統(tǒng)靈敏度≤2 pC。

1.2 串聯(lián)諧振

諧振是通過調(diào)整測試回路自振頻率與輸入電源頻率一致，使輸出諧波幅值增大至滿足輸出要求的過程。串聯(lián)諧振用于滿足高電壓輸出要求，并聯(lián)諧振用于滿足大電流輸出要求。110 kV電纜局放系統(tǒng)諧振串聯(lián)、并聯(lián)可調(diào)。110 kV電纜試驗所需電源容量大，采用串聯(lián)諧振可以通過輸入較低電壓激勵產(chǎn)生電纜測試所需的高電壓，有效減小輸入電源容量。但是，諧振電源在開放環(huán)境中極易受到外界電磁信號的干擾，周邊機器設備啟停、電源開關起合、電源電壓電流波動[2]都會影響諧振系統(tǒng)工作諧波信號穩(wěn)定。

1.3 系統(tǒng)調(diào)諧

串聯(lián)諧振系統(tǒng)經(jīng)調(diào)壓變壓器、勵磁變與高壓電抗器連接，輸入電壓經(jīng)調(diào)壓變壓器連續(xù)可調(diào)。調(diào)整勵磁變與電抗器工作頻率一致。高壓電抗器采用兩個U形低磁通密度鐵芯磁鐵，氣隙分割，電抗器磁鐵分割間隙環(huán)繞高壓繞組。U形磁鐵氣隙間隔通過驅(qū)動電機連續(xù)可調(diào)。通過調(diào)整U形磁鐵間隙，實現(xiàn)系統(tǒng)的精準調(diào)諧。

1.4 干擾抑制

電纜局放測試系統(tǒng)配備低壓和高壓濾波器，以抑制測試回路信號干擾。在串聯(lián)諧振系統(tǒng)調(diào)壓器和勵磁變之間接入低壓濾波器，用于衰減電源輸入端產(chǎn)生的信號干擾。高壓濾波器與耦合電容連接，衰減來自高壓電抗器端的信號干擾。局放測試系統(tǒng)裝置置于密閉的金屬屏蔽室內(nèi)，局放測試系統(tǒng)輸入電源采用隔離變壓器并經(jīng)濾波器接入，以衰減和消除外界電磁信號干擾。

1.5 系統(tǒng)校準

局放系統(tǒng)采用低壓校準注入電容校準注入高壓測試系統(tǒng)的局放脈沖。雙脈沖校準器用于校準局放測試系統(tǒng)回路特性。局放測試儀引用校準器保證測試讀值和輸出準確。

1.6 局放測量

測量系統(tǒng)由局放測試儀、校準系統(tǒng)、放大器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成[2]，如圖1所示。電纜局放脈沖信號經(jīng)濾波器過濾采用特定頻帶耦合匹配采集，采集數(shù)據(jù)經(jīng)放大器系統(tǒng)放大信號輸出至數(shù)據(jù)處理終端處理。局放測量系統(tǒng)測量記錄電纜局放脈沖和試驗電壓連續(xù)數(shù)值，提供屏幕顯示局放峰值、試驗電壓、局放與相位關系等，通過數(shù)據(jù)終端顯示測試結(jié)果，如圖2所示。

圖1 電纜局放測量

圖2 局放測試數(shù)據(jù)顯示

2 局放系統(tǒng)屏蔽室

2.1 局放系統(tǒng)采用全屏蔽室屏蔽

局放系統(tǒng)屏蔽室采用全密封屏蔽結(jié)構，屏蔽室與周邊建筑電氣隔離。與屏蔽室連接的電磁信號采用濾波處理消除背景噪音。

2.2 全屏蔽室結(jié)構

局放系統(tǒng)屏蔽室采用全密封金屬結(jié)構。屏蔽室宜獨立于建筑廠房或與建筑廠房采用絕緣連接。在可能的情況下，屏蔽室應遠離變配電設施和車間生產(chǎn)設備。屏蔽室墻體和屋頂采用金屬板材焊接拼裝。金屬板材選用主要考慮屏蔽效果和經(jīng)濟適用性[3]。鋼材具有高磁導率，強度高，機械加工性好，在屏蔽室建設中應用廣泛。通常采用波形鍍鋅鋼板，鋼板連接縫填裝導電襯墊，鋼板縫隙焊接采用滿焊，防止漏焊和焊包焊瘤。屏蔽門采用電動氣密或手動屏蔽門，屏蔽門均采用鎖緊裝置，當屏蔽門關閉時能與門框密合。地面屏蔽采用鋼板焊接而成。通風窗采用波導窗（波導屏蔽風口）。所有電磁信號（電源、電話、空調(diào)等）加裝濾波器，輸入信號濾波器安裝在屏蔽墻體外側(cè)，與屏蔽墻體安裝時加裝導電襯層。屏蔽體獨立結(jié)構與建筑廠房采用絕緣拉結(jié)或吊掛。

接地系統(tǒng)可采用單根或多根銅質(zhì)或銅包鋼質(zhì)金屬棒垂直插入地下或采用銅排網(wǎng)結(jié)構。金屬棒或銅排采用銅帶連接，單點接地，滿足接地電阻＜0.5 Ω[3]。銅帶與金屬棒連接采用熱熔焊，可以有效降低接觸電阻。接地點應遠離屏蔽室門窗開口位置。接地金屬棒引出端加裝塑料絕緣套管，抑制地電流干擾。屏蔽室地面屏蔽鋼板下方鋪設有絕緣地坪，地坪絕緣采用高強度PP板焊接而成，地坪絕緣電阻＞1 000 MΩ[3]。電源線防止相互干擾，穿鋼管敷設。給排水管道系統(tǒng)均采用波導管屏蔽處理?？刂剖?面全屏蔽，地面采用全鋼抗靜電架空活動地板，設置屏蔽觀察室。視窗采用雙層鋼化玻璃夾屏蔽網(wǎng)。

2.3 屏蔽效果測試

屏蔽室屏蔽效果評測是在屏蔽室外放置信號源發(fā)射電磁脈沖信號，通過測量比較屏蔽室內(nèi)部接收到的脈沖信號衰減給出結(jié)果。通過調(diào)整信號源頻率，模擬不同頻段電磁干擾。測試信號源發(fā)射和接收應在屏蔽室的不同方向和不同位置分別測試，以驗證屏蔽室的各部分結(jié)構設計和施工均滿足屏蔽要求。在屏蔽室墻體的垂直方向和屋頂應分別設置測試點，尤其是應重點檢測門窗、管道等易造成電磁泄漏的開口位置。

2.4 屏蔽效果維護

屏蔽室在長期使用過程中應妥善維護，防止因屏蔽墻體脫焊開裂、波導窗波導管連接松動或脫落、門窗關閉不嚴、屏蔽室進潮地坪隔離絕緣電阻下降以及接地電阻上升等各種原因[4]，造成屏蔽效果下降。

3 結(jié) 論

局放檢測是每一盤110 kV交聯(lián)電纜出廠的例行檢驗項目，要保證局放測試結(jié)果準確，除了測試系統(tǒng)本體的抗干擾和校準措施，還需使局放測試屏蔽室的屏蔽效果滿足測試系統(tǒng)的設計要求。