電纜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析

李 楠,沈 南,王文妹,王思瑩,劉 影

(國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司石家莊供電分公司,河北 石家莊 050051)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市規(guī)模的擴(kuò)大,石家莊地區(qū)各等級(jí)輸電電纜線路呈逐年增多的趨勢(shì),電纜運(yùn)維工作的重要性日漸凸顯,工作任務(wù)愈加繁重。采用傳統(tǒng)的巡線方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率低下,且僅能發(fā)現(xiàn)線路管道中存在的一些肉眼可見的安全隱患,而對(duì)判斷電纜的絕緣狀態(tài)無能為力。電纜線路中如果存在缺陷,在一定條件下會(huì)發(fā)生放電。局部放電檢測(cè)作為一種帶電檢測(cè)手段可檢出此種缺陷,目前在應(yīng)用中已取得一定成果。以下針對(duì)某條電纜線路在帶電檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的放電信號(hào),經(jīng)過多手段測(cè)量進(jìn)一步比較分析判斷,確定了放電點(diǎn)的具體位置,通過解剖發(fā)現(xiàn)端頭內(nèi)部存在明顯的放電痕跡,驗(yàn)證了局部放電測(cè)試的有效性和判斷結(jié)果的正確性[1-2]。

1 電纜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)

高頻、特高頻、超聲波局部放電檢測(cè)是應(yīng)用于電力電纜最常見的3種局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)。

1.1 高頻局部放電檢測(cè)

高頻局部放電檢測(cè)頻率范圍通常在3～30 MHz之間,其高頻脈沖電流信號(hào)可以由電感式耦合傳感器或電容式耦合傳感器進(jìn)行耦合,也可以由特殊設(shè)計(jì)的探針對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合。高頻局部放電檢測(cè)方法,根據(jù)傳感器類型主要分為電容型傳感器和電感型傳感器。電感型傳感器中高頻電流傳感器具有便攜性強(qiáng)、安裝方便、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力較好等優(yōu)點(diǎn),因此應(yīng)用最為廣泛,其工作方式是對(duì)流經(jīng)電力設(shè)備的接地線、中性點(diǎn)接線以及電纜本體中放電脈沖電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)[3]。

1.2 特高頻局部放電檢測(cè)

局部放電檢測(cè)特高頻法的基本原理是通過特高頻傳感器對(duì)電力設(shè)備中局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波(100～3 000 MHz)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),從而獲得局部放電的相關(guān)信息,實(shí)現(xiàn)局部放電監(jiān)測(cè)。特高頻法正是基于電磁波在GIS中的傳播特點(diǎn)而發(fā)展起來的。他的最大優(yōu)點(diǎn)是可有效地抑制背景噪聲,如空氣電暈等產(chǎn)生的電磁干擾頻率一般均較低,可用寬頻法UHF 對(duì)其進(jìn)行有效抑制;而對(duì)特高頻通信、廣播電視信號(hào),由于其有固定的中心頻率,因而可用窄頻法UHF將其與局部放電信號(hào)加以區(qū)別。另外,如果GIS中的傳感器分布合理,那么還可通過不同位置測(cè)到的局部放電信號(hào)的時(shí)延差來對(duì)局部放電源進(jìn)行定位[4-5]。

1.3 超聲波局部放電檢測(cè)

在電力設(shè)備中當(dāng)有局部放電發(fā)生時(shí),會(huì)產(chǎn)生聲信號(hào)。通過專用的聲發(fā)射傳感器收集這些聲音信號(hào),并且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)加以分析,可以對(duì)SF6絕緣電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況做出很大程度的安全評(píng)估。該儀器可以檢測(cè)聲信號(hào)的幅度、相位、頻率成分,原始信號(hào)特征,以及跟工頻頻率的相關(guān)特性分析。

2 電纜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用背景

2020年1月3日,通過高頻局部放電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)某線路站內(nèi)GIS電纜終端處,存在異常高頻局部放電信號(hào),且W 相的局部放電信號(hào)最大為-25.6 d Bm,使用超聲波局部放電設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證時(shí),U、V 相未檢出,而W 相存在峰值為3.5 mv的超聲波局部放電信號(hào),懷疑W 相GIS 終端內(nèi)部已發(fā)生懸浮放電。

供電公司進(jìn)行了分析診斷,鑒于物資備貨及供電保障原因,決定暫時(shí)采取24 h局部放電重癥監(jiān)測(cè)方式,對(duì)該線路進(jìn)行在線監(jiān)控,如遇數(shù)值激增,則立即進(jìn)行停電檢修,如無明顯變化,則等待物資人員到位后進(jìn)行開倉(cāng)解體檢查。

2.2 過程分析

2.2.1 高頻局部放電檢測(cè)情況

首先將一根軟導(dǎo)線穿過高頻傳感器,并形成閉合回路,置于空氣中采集背景信號(hào),經(jīng)檢測(cè)證明空氣中無高頻干擾信號(hào),然后分別將3個(gè)高頻傳感器卡在U、V、W 三相電纜GIS終端上,通過比對(duì)幅值,且W 相的局部放電信號(hào)最大為-25.65 dBm,說明W 相電纜終端內(nèi)部可能已存在懸浮電位,見圖1。

圖1 W 相高頻局部放電

2.2.2 特高頻局部放電檢測(cè)情況

將特高頻傳感器緊貼電纜GIS終端W 相環(huán)氧絕緣套處,記錄特高頻信號(hào)TB1。將特高頻傳感器放在電纜倉(cāng)基座上,記錄特高頻信號(hào)TB2,再將傳感器遠(yuǎn)離W 相終端,移到母線側(cè)后特高頻逐漸減小至無,且特高頻信號(hào)也為間歇性信號(hào),判斷為W 相發(fā)生局部放電。

進(jìn)一步,通過特高頻故障定位局部放電位置。首先通過時(shí)差法進(jìn)行粗略定位:將1個(gè)特高頻傳感器UHF1放在電纜GIS終端電纜倉(cāng)基座上,保持不動(dòng),以UHF1為中心,向四周移動(dòng)特高頻傳感器UHF2,始終是UHF1先接收到信號(hào),充分說明了其中1個(gè)特高頻信號(hào)是來自電纜GIS終端。

將UHF1(1通道,黃色)緊貼W 相應(yīng)力錐絕緣套,將UHF2(2通道、藍(lán)色)分別緊貼U、V 相應(yīng)力錐絕緣套,始終是W 先接收到信號(hào),說明該信號(hào)來自W 相電纜終端,見圖2。

圖2 UHF1(W 相)與UHF2(V 相)示波器示意

將UHF1(1 通道,黃色)緊貼W 相應(yīng)力錐絕緣套,將UHF2(2 通道、藍(lán)色)緊貼電纜倉(cāng)上部盆子澆注口,計(jì)算時(shí)差。UHF1 早5.3 ns,由于電磁波在電纜中的傳播速度,大致為0.15 m/ns,盆子距離V 相絕緣護(hù)套大概為1.3 m,經(jīng)計(jì)算得出信號(hào)源可能在絕緣套(特高頻檢測(cè)點(diǎn))偏上30 m 左右,即電纜倉(cāng)底部,見圖3。

圖3 UHF1(W 相)與UHF2(U 相)示波器示意

2.2.3 超聲局部放電驗(yàn)證情況

為進(jìn)一步驗(yàn)證高頻及特高頻局部放電信號(hào)的真實(shí)性,將超聲波傳感器放置在GIS終端法蘭附近,取背景信號(hào),然后再將傳感器分別對(duì)U、V、W三相電纜終端進(jìn)行檢測(cè)。在W 相終端上檢測(cè)到了幅值約為3.5 mv的,較為明顯且連續(xù)的超聲波信號(hào),而U、V 相均未檢測(cè)到異常超聲波信號(hào),說明該信號(hào)具備工頻特性,且其內(nèi)部應(yīng)已發(fā)生局部懸浮放電,見圖4。

圖4 W 相超聲局部放電

通過分析診斷,鑒于物資備貨及供電保障原因,決定一方面采取24 h局部放電重癥監(jiān)測(cè),另一方面縮短帶電檢測(cè)周期,全方位掌控電纜的運(yùn)行狀態(tài)。

從各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來分析,自發(fā)現(xiàn)之日起至2月中旬的局部放電數(shù)值比較大,但發(fā)展較為平穩(wěn),2月中旬至今的局部放電量開始逐漸震蕩衰減,且變化區(qū)間波動(dòng)平穩(wěn),其中較為嚴(yán)重的W 相終端原來檢出的異常超聲信號(hào),在3月24日檢測(cè)時(shí)已經(jīng)消失,后期各項(xiàng)數(shù)值已無明顯激增或劣化跡象,見圖5。

3 應(yīng)用效果

2020年6 月8 日,進(jìn)行停電消缺,對(duì)W 相GIS終端開始解體檢查。解體后,經(jīng)檢查,在W相GIS終端頂部臨近絕緣處的線芯上,發(fā)現(xiàn)一處明顯放電點(diǎn),將銅線芯燒灼為灰白色,并在屏蔽均壓環(huán)內(nèi)側(cè)及內(nèi)屏蔽層、絕緣層與線芯放電點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置,也發(fā)現(xiàn)了明顯灼燒痕跡。

圖5 W 相24 h局部放電重癥監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)解體及還原附件制作過程之后分析認(rèn)為,發(fā)生缺陷的原因應(yīng)為電纜GIS終端附件廠家在附件安裝過程中,對(duì)電纜加熱校直工序執(zhí)行不到位,致使電纜在附件制作完畢且投入運(yùn)行后絕緣長(zhǎng)度回縮嚴(yán)重(比標(biāo)準(zhǔn)值多回縮了約1 cm),形成較大空隙,從而造成內(nèi)部電場(chǎng)控制位置發(fā)生偏差,在長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下,逐步形成懸浮放電。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過以上分析,可得出:高頻局部放電檢測(cè)儀能夠有效地檢測(cè)到運(yùn)行電纜中已經(jīng)產(chǎn)生放電的缺陷。輸電電纜帶電檢測(cè)應(yīng)以高頻、特高頻局部放電檢測(cè)為主,以超聲波局部放電檢測(cè)為驗(yàn)證手段,提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。利用局部放電檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行電纜中存在的缺陷,對(duì)電纜提前進(jìn)行處理,可有效預(yù)防類似事故的發(fā)生。

在輸電電纜的運(yùn)行維護(hù)中普及局部放電帶電檢測(cè),能夠通過大數(shù)據(jù)分析,及時(shí)了解電纜運(yùn)行狀態(tài),并能夠發(fā)現(xiàn)運(yùn)行電纜數(shù)據(jù)的異常變動(dòng),有利于缺陷的及時(shí)消除并降低電纜故障率。在電纜的運(yùn)維過程中,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)生產(chǎn)驗(yàn)收管理,特別是做好隱蔽工程、關(guān)鍵環(huán)節(jié)的見證及把控,同時(shí)要求附件廠家留下各種紙質(zhì)及影像資料備查。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)不規(guī)范且拒絕改正的,上報(bào)公司將其納入“黑名單”,竭力遏制“趕工期、減工序”等不良施工行為。做到舉一反三,從根源上消除電纜運(yùn)行隱患。