劉思議 李鴻南 洪 杰 黃心怡 林穎銳 邱才元 郭麗云 蘇 賢
(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司漳州供電公司,福建 漳州 363000)
隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展,架空線路被更多的電纜所取代,配電網(wǎng)的纜化率越來(lái)越高,電力電纜的穩(wěn)定安全運(yùn)行直接關(guān)系到城市的可靠用電[1-2]。然而在電纜的實(shí)際運(yùn)行中,受到外在環(huán)境及施工工藝等因素影響,現(xiàn)場(chǎng)電纜絕緣老化的情況常有發(fā)生[3-4]。主要原因?yàn)椋孩匐娎|生產(chǎn)制造環(huán)節(jié),由于加工技術(shù)和原料不純,致使電纜絕緣層存在氣泡、間隙、微孔和有害雜質(zhì),在氣隙、雜質(zhì)的尖端處、半導(dǎo)電層突起處易發(fā)生;②電纜施工環(huán)節(jié),電纜敷設(shè)、電纜附件安裝等造成絕緣局部損傷,附件安裝工藝不良產(chǎn)生氣隙、進(jìn)入雜質(zhì)、半導(dǎo)電層尖端放電等;③電纜運(yùn)行環(huán)節(jié),交聯(lián)聚乙烯材料在高壓電場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下,絕緣不斷老化,在不同運(yùn)行環(huán)境下形成水樹,水樹發(fā)展為電樹,最終導(dǎo)致絕緣擊穿,發(fā)生配電線路故障,影響居民正常生活用電。對(duì)電纜開展常規(guī)檢測(cè),及早發(fā)現(xiàn)電纜缺陷,安排計(jì)劃消缺,是減少配網(wǎng)故障,提高供電可靠性的關(guān)鍵[5-7]。
電纜常規(guī)試驗(yàn)方法有三種[8-10]:0.1Hz交流耐壓試驗(yàn)、低頻介損診斷試驗(yàn)、振蕩波局放試驗(yàn)。0.1Hz交流耐壓試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于試驗(yàn)設(shè)備體積小、功耗小,目前很多供電公司10kV電纜耐壓試驗(yàn)基本采用該方法取代直流耐壓試驗(yàn),其缺點(diǎn)是只能檢測(cè)電纜承受電壓的情況,無(wú)法發(fā)現(xiàn)和定位電纜絕緣局部放電隱患;低頻介損診斷試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是可檢測(cè)電纜絕緣介質(zhì)老化情況,從而對(duì)電纜絕緣性能進(jìn)行整體評(píng)估,缺點(diǎn)是僅對(duì)整體情況進(jìn)行評(píng)估,無(wú)法定位介質(zhì)老化嚴(yán)重點(diǎn)的位置;振蕩波局放試驗(yàn)利用阻尼振蕩電壓可激發(fā)電纜內(nèi)部潛在的局部放電,有效發(fā)現(xiàn)電纜接頭等位置的隱患點(diǎn),并對(duì)局放隱患點(diǎn)進(jìn)行定位,同時(shí)該方法為非持續(xù)性加壓,加壓時(shí)間短,因此對(duì)電纜絕緣的破壞性小,是近年來(lái)被廣泛應(yīng)用的一種電纜檢測(cè)方法。
基于此,本文針對(duì)電纜振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)開展研究,從局放檢測(cè)原理、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等展開研究,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)案例采用不同的電力電纜試驗(yàn)方法證明振蕩波局部放電診斷的有效性。
振蕩波產(chǎn)生的原理圖如圖1所示。整個(gè)振蕩波的電路圖分為兩個(gè)單位:一是高壓直流發(fā)生單元,二是局部測(cè)試單元,兩個(gè)單元之間通過(guò)高壓開關(guān)實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換。檢測(cè)時(shí),第一個(gè)單元通過(guò)電感對(duì)被試電纜充電,高壓開關(guān)并聯(lián)在直流電源兩端,當(dāng)所加電壓逐漸升高到設(shè)定值時(shí),高壓開關(guān)閉合,直流電源退出回路,電感和被試電纜此時(shí)變成LC阻尼振蕩回路,產(chǎn)生相應(yīng)的振蕩波電壓,電纜缺陷處會(huì)被激發(fā)出局部放電信號(hào)。
圖1 振蕩波產(chǎn)生原理
(1)
其中,γ為電纜中波傳播常數(shù),z0為電纜特效阻抗,t0為放電脈沖的持續(xù)時(shí)間。
電纜局部放電的定位是利用局部放電脈沖在電纜上的傳播特性,用10MHz以上的高頻掃描示波器進(jìn)行定位測(cè)量的方法[12]。其原理如圖2所示,具體的求解局部放電缺陷位置x如式(2)所示。
(2)
其中,t1表示第一個(gè)放電脈沖傳至檢測(cè)裝置的時(shí)間,t2表示發(fā)電脈沖傳至對(duì)側(cè)再反射傳至檢測(cè)設(shè)備的時(shí)間,脈沖傳播速度為v,電纜長(zhǎng)度為l。
圖2 局部放電定位原理
基于以上分析,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)某配電站結(jié)合停電檢修進(jìn)行振蕩波局部放電檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。以某變電站10kV出線至某配電站進(jìn)線之間的電纜進(jìn)行分析,振蕩波局部檢測(cè)的接線圖如圖3所示。
圖3 振蕩波局部檢測(cè)的接線圖
采用儀器對(duì)電力電纜進(jìn)行檢測(cè),儀器的發(fā)射端位于某配電站內(nèi),振蕩波局部放電檢測(cè)結(jié)果如圖4所示,圖中黃、綠、紅分別代表電力電纜的A、B、C相。檢測(cè)結(jié)論如下:
①電纜A、B、C三相絕緣阻值分別為34.9GΩ、38.9GΩ、40.1GΩ;
②距配電站179m位置L1(A相)出現(xiàn)成簇狀的局部放電信號(hào),L1(A相)最高放電量約為22285pC;
③距配電站330m位置電纜三相均出現(xiàn)成簇狀的局部放電信號(hào)。其中,L1(A相)最高放電量約為5177pC,L2(B相)最高放電量約為6046pC,L3(C相)最高放電量約為5019pC;
④根據(jù)波形定位,判定兩處局放超標(biāo)位置為中間接頭。
圖4 電纜振蕩波局部放電檢測(cè)結(jié)果
對(duì)缺陷電纜中間接頭進(jìn)行解體分析,如圖5所示。發(fā)現(xiàn)兩處問(wèn)題:一是材料使用錯(cuò)誤,導(dǎo)體連接管錯(cuò)誤纏繞了PVC絕緣膠帶,造成懸浮電位引起局部放電;二是施工工藝不良,外半導(dǎo)電層斷口不平整,尖端引起放電。
圖5 電纜中間接頭解體照片
對(duì)電纜中間接頭切除并進(jìn)行重新制作,消缺完成后,再次進(jìn)行電纜振蕩波檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。
圖6 消缺后電纜振蕩波局部放電檢測(cè)結(jié)果
消缺后振蕩波檢測(cè)結(jié)論如下:①電纜接頭更換后,A、B、C三相絕緣阻值分別為1000GΩ、916GΩ、1000GΩ,電纜絕緣水平顯著提高。②距離配電站179m和330m的局放簇均消失,電纜恢復(fù)健康狀態(tài)。
電纜的常見缺陷可以分為兩大類:一類為電纜附件安裝(施工)缺陷,有終端握緊力不足、接頭主絕緣層刀痕、接頭導(dǎo)體壓接繞包絕緣帶、接頭半導(dǎo)電尖端;另一類是典型運(yùn)行缺陷,有終端電暈、終端受潮、污穢接頭進(jìn)水、局部受潮,常見缺陷如圖7所示。
圖7 電纜常見缺陷
采用0.1Hz交流耐壓試驗(yàn)、低頻介損診斷試驗(yàn)、振蕩波局放試驗(yàn)對(duì)這8種缺陷進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表1可見,振蕩波局部檢測(cè)能夠檢出所有的缺陷情況,優(yōu)勢(shì)明顯。
表1 采用三種電纜試驗(yàn)方法的檢測(cè)結(jié)果
電力電纜由于施工條件及外在環(huán)境的干擾,絕緣老化現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,如何檢測(cè)出電纜的絕緣老化并找到局部放電的放電點(diǎn)至關(guān)重要。基于此,本文對(duì)振蕩波檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)原理進(jìn)行介紹,并采用振蕩波檢測(cè)技術(shù)對(duì)電力電纜進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明本文振蕩波檢測(cè)能夠有效檢出并精準(zhǔn)找出電力電纜的局部放電點(diǎn),為消缺奠定了重要的基礎(chǔ);另外采用振蕩波檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的交流耐壓試驗(yàn)、超低頻介損對(duì)8種類型電纜缺陷進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示振蕩波檢測(cè)更具優(yōu)勢(shì)。