高頻與振蕩波檢測技術(shù)在電纜局部放電定位中的綜合應(yīng)用

李 旭 ,朱明正 ,李 季 ,孟崢崢 ,于 洋

(1.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院,天津 300384;2.國網(wǎng)天津市電力公司,天津 300310)

電力電纜在運(yùn)行期間,由于施工安裝、運(yùn)行環(huán)境等因素,可能會形成微小缺陷,這些缺陷多數(shù)情況下均伴隨有局部放電的發(fā)生。因此,開展電纜局部放電檢測,是及時發(fā)現(xiàn)電纜故障隱患的重要方法[1]。目前,電纜局部放電檢測主要可分為在線檢測與離線檢測兩大類。在線檢測方法中,高頻耦合法由于其測試簡便,是目前應(yīng)用較多的在線檢測手段[2-4]。離線檢測方法中,由于阻尼振蕩電壓與交流電壓等效性好,且設(shè)備容量小、操作方便,能夠?qū)﹄娎|線路上的局部放電點進(jìn)行定位,是目前廣泛使用的檢測手段[5]。結(jié)合日常工作中某條電纜線路的局部放電檢測情況,介紹了應(yīng)用高頻及振蕩波檢測技術(shù)的綜合測試方法,并通過信號分析處理發(fā)現(xiàn)電纜中間接頭局部放電缺陷的過程。

1 2種檢測技術(shù)概述

1.1 高頻局部放電檢測技術(shù)

電纜或附件中存在缺陷時,如果該點的局部場強(qiáng)超過絕緣介質(zhì)的耐受強(qiáng)度時,將會產(chǎn)生局部放電,并產(chǎn)生頻率在500 k Hz～30 MHz的高頻脈沖信號[6],沿電纜向兩端傳播。通過在電纜上安裝高頻電流互感器(HFCT)可以采集到這類高頻電流信號。

1.2 振蕩波局部放電檢測技術(shù)

振蕩波局部放電測試是利用電纜自身電容與測試設(shè)備電抗串聯(lián),形成LC 振蕩電路,進(jìn)而產(chǎn)生阻尼振蕩電壓激發(fā)局部放電的檢測方法。該方法利用脈沖反射法對局部放電信號進(jìn)行定位。具體定位方法如圖1及公式(1)所示[7]。

圖1 脈沖反射法原理示意

式中:t1為局部放電入射波傳播至測試端的時間;t2為局部放電反射波傳播至測試端的時間;v為局部放電信號在電纜中的傳播速度;x為局部放電點距測試端的距離;l為電纜全長;Q為局部放電量幅值;C k為高壓電容;Z k為匹配阻抗。

1.3 2種方法優(yōu)缺點對比

高頻檢測方法可以在電纜不停電的條件下進(jìn)行測試,測量回路與高壓設(shè)備間沒有直接的電氣連接,具有靈活方便、操作安全等優(yōu)點,是目前電纜帶電檢測的主要方法。但高頻檢測法無法對局部放電點進(jìn)行快速有效的定位,因此目前主要作為電纜設(shè)備普測的主要手段之一。

與高頻檢測不同的是,振蕩波檢測需要將電纜兩端懸空,因此必須將電纜停電。由此可見,振蕩波檢測對現(xiàn)場要求較為復(fù)雜,但具有能夠局部放電定位的優(yōu)點。因此,該方法一般根據(jù)電纜運(yùn)行狀態(tài),有計劃地結(jié)合停電對電纜進(jìn)行檢測,排查是否存在局部放電缺陷。

2 電纜局部放電定位的現(xiàn)場測試

2.1 高頻局部放電檢測

對某35 kV 電纜線路電纜終端進(jìn)行高頻局部放電帶電檢測時,發(fā)現(xiàn)電纜終端接地線處存在局部放電異常信號。該電纜的型號為YJV22-3×300 mm2,長度343 m,負(fù)荷108 A,從DS.17開閉站到自來水廠采用直埋方式敷設(shè)。

為了確定局部放電信號來源,在每相電纜終端上安裝高頻傳感器進(jìn)行測試,測得的三相信號圖譜如圖2所示。

從三相終端處測得的PRPD 圖譜、分類圖譜中可以看出,每相信號中均包含多個中心頻率不同的信號基團(tuán),頻率分布在2.2～6 MHz,利用分析軟件的信號分離功能,分別提取不同的信號基團(tuán),觀察其圖譜特征,如圖3所示。

圖2 三相終端高頻局部放電圖譜

圖3 三相終端信號中分離出的局部放電圖譜

分離時根據(jù)信號中心頻率進(jìn)行聚類,每相信號中可分離出至少兩簇不同信號。分離出的信號在一三象限具有180°相位相關(guān)性,呈不對稱分布,具有沿面放電特征,初步懷疑為多點沿面放電。但僅根據(jù)目前數(shù)據(jù)無法判斷局部放電源位置,遂決定對線路對側(cè)終端進(jìn)行檢測,圖譜如圖4所示。

圖4 對端三相終端高頻局部放電圖譜

從對端三相終端處測得的PRPD圖譜、分類圖譜中可以看出,每相信號中同樣包含多個中心頻率不同的信號基團(tuán),頻率分布在3～6 MHz,與始端相似。利用分析軟件的信號分離功能,分別提取不同的信號基團(tuán),觀察其圖譜特征,如圖5所示。

圖5 對端三相終端信號中分離出的局部放電圖譜

觀察對端分離出的信號發(fā)現(xiàn),信號圖譜同樣在一三象限具有180°相位相關(guān)性,且呈不對稱分布,具有沿面放電特征,與始端信號特征幾乎完全吻合。

通過對比電纜兩端終端處測得的信號發(fā)現(xiàn):分類圖譜中均存在多個中心頻率不同的信號基團(tuán),頻率分布在2.2～6 MHz;將信號分離提取后對比發(fā)現(xiàn),兩端PRPD 圖譜均具有沿面放電特征,且圖譜圖形特征基本一致。根據(jù)以上2點,判斷電纜兩端測得的信號為同源信號,放電源位置很可能位于2個電纜終端之間,即該電纜線路的本體或中間接頭處。

2.2 振蕩波局部放電檢測

為了進(jìn)一步確定局部放電源位置,計劃采用振蕩波局部放電檢測技術(shù)進(jìn)行缺陷定位,通過查詢線路臺賬得知,該電纜線路全長343 m,滿足振蕩波設(shè)備測試長度。振蕩波局部放電定位結(jié)果如圖6所示。

圖6 振蕩波測試定位結(jié)果

測試前利用低壓脈沖反射儀測距時發(fā)現(xiàn),在距測試端90 m、225 m 處波形出現(xiàn)變化,疑似存在中間接頭。根據(jù)DL/T 1576—2016《6～35 kV 電纜振蕩波局部放電測試方法》要求完成測試后,在90 m 處可觀察到三相存在明顯局部放電集中現(xiàn)象,放電起始電壓約0.7U0,最大局部放電量約1 700 pC,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求判斷存在局部放電缺陷。通過核實電纜路徑圖,確認(rèn)90 m 處為中間接頭所在位置,初步判斷局部放電源為該位置U、V、W三相電纜接頭。

3 電纜缺陷解體及驗證

將該疑似缺陷接頭更換后進(jìn)行解體檢查,發(fā)現(xiàn)該接頭為熱縮式電纜中間接頭。剖開外層熱縮套,發(fā)現(xiàn)銅帶及銅網(wǎng)屏蔽存在銹蝕,嚴(yán)重處已透至電纜外半導(dǎo)電屏蔽。剖開最外層絕緣熱縮管,發(fā)現(xiàn)在最外層絕緣熱縮管與內(nèi)層絕緣管的界面間存在氣隙,且氣隙處的絕緣管表面存在放電灼燒痕跡,如圖7所示。

圖7 熱縮管界面氣隙及灼燒痕跡

根據(jù)以上解剖情況,判斷此熱縮式中間接頭在安裝時加熱不均勻,導(dǎo)致內(nèi)、外層絕緣管界面未能緊密良好貼合,產(chǎn)生氣隙。由于空氣的相對介電常數(shù)為1,而熱縮管其主要材質(zhì)為聚乙烯、聚氯乙烯等聚合物,相對介電常數(shù)通常為2.5～6,因此在電纜運(yùn)行期間,氣隙處首先產(chǎn)生局部放電。

通過解體后檢查發(fā)現(xiàn)氣隙處存在放電燒灼痕跡,驗證了檢測結(jié)論。

由此可見,導(dǎo)致此次缺陷的原因為附件安裝工藝不良,結(jié)合后續(xù)解剖發(fā)現(xiàn)的應(yīng)力控制管突起和主絕緣臟污,也暴露了在施工過程中作業(yè)人員不仔細(xì)、驗收不到位等問題。

4 結(jié)論

介紹一起利用高頻、振蕩波局部放電檢測技術(shù),實現(xiàn)電纜中間接頭局部放電缺陷診斷及定位的案例。通過對分析過程進(jìn)行總結(jié),可概括如下幾點。

a.高頻局部放電檢測技術(shù)不僅僅適用于電纜終端的局部放電檢測。對于直埋接頭無法在接頭處直接測試時,若電纜線路較短,或局部放電信號較強(qiáng)時,電纜線路中的局部放電信號可傳播至電纜終端處,利用高頻局部放電帶電檢測手段同樣能夠發(fā)現(xiàn)。

b.利用高頻局部放電檢測手段判斷電纜線路中的局部放電信號時,需要結(jié)合線路兩端的測試情況,單從一端進(jìn)行分析難以判斷信號來源,有可能為其他設(shè)備引起的干擾信號。

c.對電纜線路,尤其是中間接頭的局部放電缺陷進(jìn)行檢測時,振蕩波局部放電檢測技術(shù)相比高頻局部放電檢測技術(shù)更為有效,且更容易操作,便于檢測人員快速確定放電源位置,但需要停電。

d.當(dāng)需要對電纜線路中的局部放電缺陷進(jìn)行缺陷類型判定及缺陷位置定位時,建議結(jié)合多種手段的測試結(jié)果綜合分析,提高缺陷判定準(zhǔn)確率。