電力電纜振蕩波局部放電檢測(cè)應(yīng)用

中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心青島分中心 山東青島 266002

1 電纜局部放電原因及危害

電力電纜發(fā)生局部放電的微觀表現(xiàn)是內(nèi)部區(qū)域有“非貫穿性”放電。電纜絕緣會(huì)隨局部放電的發(fā)展逐漸降低，并在“非貫穿性”放電發(fā)展為“貫穿性”后發(fā)生擊穿，其破壞機(jī)理表現(xiàn)為:局部放電電離產(chǎn)生的電子、離子可沖擊電纜的絕緣高分子材料（一般為交聯(lián)聚乙烯）化學(xué)鍵，發(fā)生裂化；當(dāng)局部放電嚴(yán)重時(shí)伴隨溫升效應(yīng)，如達(dá)到絕緣材料熱裂臨界點(diǎn)將導(dǎo)致絕緣性能降低；電纜受潮時(shí)，局部放電與水分共同作用下將加速電纜的老化，進(jìn)而產(chǎn)生水樹，逐漸積累將發(fā)展成電樹枝。為掌握電纜局部放電情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和抑制局部放電發(fā)展程度，引入OWTS 局部放電測(cè)試系統(tǒng)[1]。

2 OWTS 基本原理

振蕩波局部放電測(cè)試系統(tǒng)的工作原理是系統(tǒng)內(nèi)置電感與被測(cè)試電纜等效電容發(fā)生串聯(lián)諧振產(chǎn)生振蕩波，在振蕩電壓下被測(cè)試電纜有絕緣缺陷的位置會(huì)發(fā)生局部放電，通過對(duì)局部放電量檢測(cè)即實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣缺陷的檢測(cè)。其具體的工作過程為：首先，在加壓信號(hào)發(fā)出后，高壓直流電源對(duì)被測(cè)試電纜充電，直至電纜兩端電壓逐步達(dá)到預(yù)設(shè)值。開關(guān)管在控制信號(hào)作用下關(guān)閉，停止對(duì)電纜充電。此時(shí)因?yàn)楸粶y(cè)試電纜可等效為電容，系統(tǒng)內(nèi)置電感與被測(cè)試電纜串聯(lián)諧振，電纜兩端產(chǎn)生振蕩電壓，有絕緣缺陷的位置在此電壓下局部放電。局放耦合單元可檢測(cè)出局部放電信號(hào)，然后將此信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)分析處理，幫助試驗(yàn)人員判斷被測(cè)試電纜是否存在電纜缺陷。

3 振蕩波局部放電檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

在進(jìn)行振蕩波局部放電試驗(yàn)之前，首先需確定電纜及附件參數(shù)和進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查。確定電纜長(zhǎng)度、接頭數(shù)量和位置、每公里電容量、終端類型等參數(shù)。試驗(yàn)前若已知準(zhǔn)確的電纜長(zhǎng)度，則可計(jì)算精確的電纜波速，否則只能通過經(jīng)驗(yàn)波速求取電纜全長(zhǎng)。波速度只與電纜的絕緣介質(zhì)有關(guān)，而與電纜芯線的線徑、芯線的材料以及絕緣厚度等都沒有關(guān)系，對(duì)于交聯(lián)聚乙烯電纜，其經(jīng)驗(yàn)波速為172m/μs。電纜局部放電缺陷基本集中在接頭上，因此了解接頭數(shù)量和位置，可以輔助局部放電信號(hào)定位。利用每公里電容量計(jì)算電纜電容量，從而確定所需電抗個(gè)數(shù)以及振蕩頻率，試驗(yàn)要求振蕩頻率在20-500Hz 之間。另外，若終端為GIS 且作為測(cè)試端時(shí)，試驗(yàn)前要拆除電壓互感器、避雷器并安裝試驗(yàn)套管，若為非測(cè)試端，則需拆除GIS 電纜筒內(nèi)導(dǎo)體?，F(xiàn)場(chǎng)勘查內(nèi)容包括電纜敷設(shè)方式（隧道、直埋、管道等）、是否Y 接、測(cè)試位置情況（空間大小、高度等）、加壓地點(diǎn)等。試驗(yàn)前確定電纜敷設(shè)方式，特別是對(duì)于長(zhǎng)電纜來(lái)說(shuō)，局部放電信號(hào)經(jīng)過長(zhǎng)電纜衰減較大，需要輔助分布式局部放電測(cè)試方法，不同敷設(shè)方法對(duì)應(yīng)的輔助局部放電測(cè)量方法有差異，Y 接則給局部放電定位帶來(lái)麻煩。測(cè)試端場(chǎng)地大小和高度試驗(yàn)前同樣需要確認(rèn)，以便確定現(xiàn)場(chǎng)儀器擺放方法和高壓導(dǎo)線飛線長(zhǎng)度，飛線太長(zhǎng)會(huì)影響局部放電測(cè)量靈敏度[2]。

3.2 試驗(yàn)方法及要點(diǎn)

（1）進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)，判斷電纜線路是否具備試驗(yàn)條件。

（2）測(cè)量電纜三相絕緣電阻，使用絕緣電阻表5000V 檔搖絕緣，阻值低于30MΩ 時(shí)不宜開展振蕩波局部放電檢測(cè)。待三相試驗(yàn)結(jié)束后需再次測(cè)量絕緣電阻，并與試驗(yàn)前數(shù)值比較，確認(rèn)阻值有無(wú)明顯變化。

（3）對(duì)照事先了解的電纜參數(shù)信息，使用低壓時(shí)域反射儀（TD R）確認(rèn)電纜的長(zhǎng)度和接頭位置。

（4）進(jìn)行振蕩波局部放電試驗(yàn)接線入射波和反射波；二是通過標(biāo)準(zhǔn)電荷量注入獲取放電點(diǎn)實(shí)際放電量。局部放電校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性直接影響測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，加壓試驗(yàn)前必須使用標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器在20pC-20nC 范圍內(nèi)逐檔校準(zhǔn)。

（5）進(jìn)行局部放電校準(zhǔn)。局部放電校準(zhǔn)在本次試驗(yàn)中至關(guān)重要，其主要有兩個(gè)作用:一是通過實(shí)際放電脈沖波形與校準(zhǔn)波形對(duì)比，便于準(zhǔn)確抓取入射波和反射波；二是通過標(biāo)準(zhǔn)電荷量注入獲取放電點(diǎn)實(shí)際放電量。局部放電校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性直接影響測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，加壓試驗(yàn)前必須使用標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器在20pC-20nC 范圍內(nèi)逐檔校準(zhǔn)。

（6）進(jìn)行加壓測(cè)試，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)或廠家規(guī)定選取不同的測(cè)試電壓及其加壓次數(shù)。一相試驗(yàn)完成后，先關(guān)閉高壓?jiǎn)卧碗娫撮_關(guān)，放電并確認(rèn)無(wú)電后，掛接地線，再更換接線，重復(fù)試驗(yàn)，分別對(duì)另外兩相電纜進(jìn)行加壓測(cè)試。

（7）分析局部放電脈沖波形。

3.3 局部放電脈沖分析原則

局部放電與干擾的判別原則有兩個(gè)要點(diǎn):一是局部放電的放電量與放電頻次隨著測(cè)試電壓的升高而升高；二是局部放電有典型的相位分布特效，定位圖譜上有較為明顯的集中性。通過與校準(zhǔn)波形進(jìn)行分析對(duì)比，準(zhǔn)確抓取到入射波和反射波后，分析軟件自動(dòng)在放電源定位圖譜中生成相應(yīng)的點(diǎn)，橫坐標(biāo)為到測(cè)試端的距離，縱坐標(biāo)為放電幅值，當(dāng)同一橫坐標(biāo)標(biāo)記的放電點(diǎn)較為密集時(shí)，一般可認(rèn)為此位置存在局部放電缺陷。

4 振蕩波局部放電測(cè)試系統(tǒng)的防暈處理

根據(jù)電暈放電原理，改進(jìn)電極形狀可有效改善電暈。防暈試驗(yàn)夾的實(shí)際運(yùn)用，能夠通過增大電極的曲率半徑抑制試驗(yàn)夾引起的電暈放電。本文對(duì)防暈試驗(yàn)夾本體設(shè)計(jì)，為增大曲率半徑，試驗(yàn)夾形狀采用圓狀。試驗(yàn)夾與被測(cè)電纜終端頭采用螺栓聯(lián)結(jié)的方式，試驗(yàn)夾本體左半部帶有螺孔，試驗(yàn)夾本體右半部帶有螺柱。試驗(yàn)夾與系統(tǒng)高壓輸出線采用可拆卸的插拔式連接方式。使用防暈試驗(yàn)夾后，測(cè)試端電纜終端接頭不再出現(xiàn)集中性局放現(xiàn)象，局部放電量低于規(guī)程規(guī)定的危險(xiǎn)局放臨界值，這也就表明，防暈試驗(yàn)夾在高壓下不會(huì)引起電暈放電，能夠有效避免原有試驗(yàn)夾在測(cè)試時(shí)帶來(lái)的干擾，使試驗(yàn)人員可以獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，提高了振蕩波局部放電測(cè)試的準(zhǔn)確率[3-4]。

5 結(jié)語(yǔ)

OWTS 檢測(cè)可對(duì)電纜局部放電進(jìn)行科學(xué)測(cè)量、定位，是檢測(cè)電力電纜各種缺陷比較理想的方法，既能有效掌握電纜設(shè)備的健康狀況，又能為故障查找提供必要手段。