電力電纜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用

黃文銳

摘要：現(xiàn)如今，變電站內(nèi)一般主變進(jìn)線(xiàn)、啟備變進(jìn)線(xiàn)、聯(lián)絡(luò)變壓器出線(xiàn)以及重要輔機(jī)及市區(qū)場(chǎng)所均采用高壓電纜，電纜一旦發(fā)生故障將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。如重要輔機(jī)電纜故障將造成輔機(jī)停機(jī)，啟備變進(jìn)線(xiàn)電纜出現(xiàn)故障將會(huì)造成機(jī)組在失去備用電源下運(yùn)行的情況，主變進(jìn)線(xiàn)電纜故障會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。同時(shí)由于電纜處于電纜溝、甚至是直埋于地下，一旦出現(xiàn)問(wèn)題查找和處理都會(huì)相當(dāng)困難。同時(shí)由于電纜的訂貨和更換都需較長(zhǎng)時(shí)間，需根據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行訂貨，訂貨和生產(chǎn)周期都很長(zhǎng)，很難在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修復(fù)。通過(guò)設(shè)計(jì)基于高頻局部放電檢測(cè)的高壓電纜帶電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓電纜缺陷、判斷類(lèi)別并進(jìn)行定位，便于發(fā)電企業(yè)準(zhǔn)確掌握高壓電纜健康狀況，并為電纜檢修、運(yùn)行、技術(shù)改造工作提供相應(yīng)的意見(jiàn)和支持，提升設(shè)備可靠性水平，降低非計(jì)劃停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)和電量損失。

關(guān)鍵詞：電力電纜;局部放電;在線(xiàn)監(jiān)測(cè);放電圖譜

引言

電力市場(chǎng)需求在不斷增加，電力企業(yè)為了滿(mǎn)足國(guó)民日常用電需求不斷擴(kuò)大電網(wǎng)規(guī)模，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的使用也在逐漸增加。人們生活水平的提高要求電網(wǎng)運(yùn)行要更加可靠，這對(duì)電力電纜的運(yùn)行也提出了較高的要求。電纜在電力運(yùn)輸中的重要地位使得電纜的檢測(cè)工作顯得尤為重要，相關(guān)人員要積極探討電力電纜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)，從而更好更有效的檢測(cè)電纜狀況。

1電力電纜的局放

電力電纜的局放主要來(lái)自2個(gè)部分，即電纜本體和電纜接頭。電纜本體絕緣介質(zhì)的缺陷，其絕緣介質(zhì)中存在氣泡、雜質(zhì)、尖刺等而引起局部位置的場(chǎng)強(qiáng)畸變，場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值，則會(huì)發(fā)生局放。這種放電并不立即形成貫穿性通道，但如果局放長(zhǎng)期存在則會(huì)使電纜絕緣的劣化損傷逐步擴(kuò)大，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)絕緣的擊穿。電纜接頭在制作中剝切端口存在尖角、缺口，剝切邊緣呈非圓形，主絕緣層表面因剝切而導(dǎo)致的劃痕缺陷。電纜本身具有呼吸效應(yīng)，電纜附件與電纜本體之間容易產(chǎn)生間隙，現(xiàn)有運(yùn)行中間接頭長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后界面應(yīng)力松弛，容易造成水汽侵入，接管附近絕緣層存在的微小氣泡。以上缺陷均可能引起電纜接頭的局放。

2電力電纜局部放電帶電檢測(cè)重要性

2.1提高質(zhì)量控制與管理的有效性

在電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，部分施工單位為了節(jié)約成本使用拙劣的電纜，拙劣的電纜會(huì)給整個(gè)電網(wǎng)施工帶來(lái)不利影響，讓工程施工以及附件安裝中因?yàn)殡娎|不合格引起電纜線(xiàn)路對(duì)外停電，為整個(gè)工程的施工帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。對(duì)電力電纜進(jìn)行局部放電帶電檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電纜質(zhì)量的控制，有效保障電纜質(zhì)量，增強(qiáng)電纜供電的可靠性，為電網(wǎng)工程建設(shè)的后續(xù)使用打下良好的基礎(chǔ)。

2.2檢查質(zhì)量問(wèn)題

首先，電力電纜的安裝具有一定的技術(shù)性，電力電纜安裝到位，可以有效的保障電力電纜正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為電網(wǎng)運(yùn)輸提供保障，電力電纜安裝不到位，就不能起到良好的電網(wǎng)運(yùn)輸作用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)電力安全事故。對(duì)電力電纜進(jìn)行局部放電帶電檢測(cè)，可以檢查電力電纜安裝過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，讓施工人員明確電纜中間接頭以及電纜終端頭的安裝在哪一步出現(xiàn)了問(wèn)題，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行問(wèn)題的解決，保障電力電纜后續(xù)可以正常工作。其次，在星形接地系統(tǒng)下，諧振時(shí)油紙絕緣電力電纜因?yàn)椴幻髟驎?huì)出現(xiàn)短暫的接地故障，對(duì)電力電纜進(jìn)行局部放電測(cè)試，可以有效查明故障的真正原因，并及時(shí)的采取措施解決故障，保障電網(wǎng)用電安全。

3電力電纜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)分析

3.1局部放電技術(shù)

以絕緣電阻、交直流耐壓為代表的傳統(tǒng)試驗(yàn)手段難以有效發(fā)現(xiàn)高壓電纜絕緣缺陷，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)也在積極研究更加有效的新技術(shù)、新方法，部分方法已取得成功應(yīng)用案例。但高壓電纜絕緣缺陷的原因多種多樣，既有安裝時(shí)外力損傷、也有制造工藝不合格，既有絕緣材質(zhì)內(nèi)殘留雜質(zhì)，也有電效應(yīng)、熱效應(yīng)引起絕緣老化，僅用一種檢測(cè)方法難以及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)潛在缺陷。

根據(jù)IEEE《可靠工業(yè)及商用電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)推薦規(guī)程》中的研究統(tǒng)計(jì)，高壓電纜在運(yùn)行中出現(xiàn)的最多問(wèn)題就是絕緣失效，而造成高壓電纜絕緣劣化甚至失效最主要的原因就是局部放電。目前電力電纜局部放電的檢測(cè)技術(shù)包括脈沖電流法、高頻電流法（HFCT）、超高頻法（UHF）、超聲波法、內(nèi)置電容耦合法等技術(shù)，其中脈沖電流法只能在電纜退出運(yùn)行、停電情況下開(kāi)展應(yīng)用;超高頻法受到電纜屏蔽層的影響導(dǎo)致信號(hào)極為復(fù)雜，辨識(shí)難度大且不能定量分析局部放電量;超聲波法易受振動(dòng)干擾，靈敏度低，僅能發(fā)現(xiàn)某些類(lèi)型特別嚴(yán)重的電纜內(nèi)部局部放電;內(nèi)置電容耦合法必須在電纜生產(chǎn)階段將傳感器內(nèi)置在電纜屏蔽層以?xún)?nèi)，因此限制了其應(yīng)用。

3.2超聲法

超聲法是利用超聲傳感器來(lái)進(jìn)行電力電纜的局部放電帶電檢測(cè)。這種方法是一種研究相對(duì)較早的一種方法，在非電量局部放電測(cè)量中比較常見(jiàn)，已經(jīng)應(yīng)用于一些電力企業(yè)的局部放電監(jiān)測(cè)工作中。超聲法主要是借助超聲傳感器進(jìn)行局部放電帶電檢測(cè)的，一般使用壓電晶體傳感器，大多數(shù)情況下是監(jiān)測(cè)電纜接頭的局部放電情況。電力電纜在發(fā)生局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的聲音信號(hào)，這種信號(hào)的頻帶較寬，超聲傳感器可以接收一定的超聲信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為電量。在超聲傳感器的外端還存在分離放大器，超聲傳感器和放大分離器一般放在電纜附件，分離放大器可以將聲音信號(hào)進(jìn)行放大處理，之后信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)化模塊，模塊里面的光纖會(huì)將轉(zhuǎn)化之后的信號(hào)信息傳送到專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)采集卡中，數(shù)據(jù)采集卡與工控機(jī)進(jìn)行相連，工控機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)采集卡里的信號(hào)信息反映出來(lái)，形成波形數(shù)據(jù)。超聲法可以有效的降低外界環(huán)境對(duì)于監(jiān)測(cè)的干擾，提高電力電纜局部放電帶電檢測(cè)的精準(zhǔn)度。超聲信號(hào)具有非常小的波速，因此，技術(shù)人員也可以實(shí)行很好的故障定位，這些都是的超聲法在電纜運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)有效的電纜局部放電檢測(cè)。但是超聲法也存在一些局限性，因?yàn)槌曅盘?hào)的產(chǎn)生是有限的，一般來(lái)說(shuō)比較小，在超聲傳感器性能不優(yōu)的情況下不容易實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)的采集與反映。

3.3高頻電流法

高頻電流法屬于非電接觸式檢測(cè)方法，這種方法的前身是傳統(tǒng)的脈沖電流法，后來(lái)脈沖電流法經(jīng)過(guò)延伸形成了高頻電流法。這種方法以高頻羅氏線(xiàn)圈取代測(cè)量阻抗，可以在耦合回路中實(shí)現(xiàn)局部放電脈沖信號(hào)的采集。高頻電流法在多種電力電纜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。使用高頻電流法，技術(shù)人員對(duì)于各種傳感器的安裝較為方便，并且可以實(shí)現(xiàn)快速的調(diào)整，具有一定的靈敏性。在高頻電流法下，技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要進(jìn)行信號(hào)帶寬的調(diào)整，并且可以提高數(shù)據(jù)采集的范圍。

結(jié)語(yǔ)

綜上，通過(guò)運(yùn)用本次設(shè)計(jì)的高壓電纜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與定位系統(tǒng)對(duì)高壓電纜在基建和生產(chǎn)運(yùn)行中的故障類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類(lèi)和梳理，對(duì)故障機(jī)理及成因進(jìn)行理論分析和仿真計(jì)算，將帶電檢測(cè)技術(shù)與局部放電試驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，提升檢測(cè)準(zhǔn)確性和效率，跟蹤掌握高壓電纜的健康狀況，開(kāi)展全壽命周期管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的早期絕緣缺陷，為發(fā)電企業(yè)檢修、技術(shù)改造等工作提出相應(yīng)意見(jiàn)和支持，提升設(shè)備可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1]楊凱，錢(qián)勇，段玉兵等.便攜式電纜局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的研制[J].電氣自動(dòng)化，2017（5）：78-80，108.

[2]蒙紹新，王昱力，夏榮等.電容耦合法電纜局部放電帶電檢測(cè)的在線(xiàn)校正[J].高電壓技術(shù)，2015（11）：3766-3774.

[3]振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)在鐵路電力電纜測(cè)試中的應(yīng)用[J].劉維，呂朝，李書(shū)全.電氣化鐵道. 2018（05）

[4]新型的電纜局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].戚星宇，劉林旭，呂志鵬，黃昕，王文龍，余尚國(guó).供用電. 2020（01）