配網(wǎng)電纜振蕩波檢測技術(shù)現(xiàn)場應用特點分析

陳自球 許茂賢

摘 要：隨著城市化建設(shè)和工業(yè)化推進，配網(wǎng)電力電纜的數(shù)量越來越多，于是電力電纜的可靠性越來越受到人們的關(guān)注。振蕩波檢測技術(shù)作為一種有效的電纜絕緣缺陷檢測和定位手段，受到不少電力公司和大型用電企業(yè)的青睞。近年來，隨著振蕩波檢測技術(shù)的現(xiàn)場應用越來越廣泛，對其有效性的研究也越來越受重視?，F(xiàn)通過分析電纜振蕩波檢測技術(shù)原理，研讀振蕩波檢測技術(shù)的相關(guān)標準，統(tǒng)計和調(diào)研振蕩波測試數(shù)據(jù)，并結(jié)合目前振蕩波測試中的熱點，總結(jié)了一些電纜振蕩波現(xiàn)場測試中遇到的問題及問題產(chǎn)生的原因，也給出了解決現(xiàn)場測試問題的建議。

關(guān)鍵詞：電力電纜;振蕩波;局部放電檢測

中圖分類號：TM835? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）08-0080-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.08.023

0? ? 引言

20世紀90年代，荷蘭代爾夫特理工大學的Edward Gulski教授發(fā)明了振蕩波電纜檢測技術(shù)，之后瑞士Seitz公司研發(fā)形成了成熟的產(chǎn)品（Onsite）用于電纜絕緣缺陷現(xiàn)場檢測和定位，電壓等級包含6 kV及以上，目前最高試驗能力為對220 kV電纜進行振蕩波試驗。振蕩波檢測技術(shù)最早稱為OWTS（Oscillating Wave Test System），目前多稱為DAC（Damped Alternating Current Voltage）。2006年，振蕩波檢測技術(shù)首次在北京電力公司應用[1]，此后在中國經(jīng)歷了近15年的發(fā)展[2-15]，從最初的重大保電、試點和電科院測試，到2016年形成電力行業(yè)標準《6 kV～35 kV電纜振蕩波局部放電測試方法》（DL/T 1576—2016）[16]，再到2018年國家電網(wǎng)公司將振蕩波局放檢測技術(shù)作為電纜的絕緣缺陷檢測方法納入《配電電纜線路試驗規(guī)程》（Q/GDW 11838—2018）[17]，振蕩波局放檢測技術(shù)在電力電纜絕緣缺陷檢測和定位中的作用也越來越被認可。

目前振蕩波技術(shù)在國內(nèi)受重視程度不斷提高，尤其是在國家電網(wǎng)公司得到了大力推廣應用，從而積累了大量的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)和案例，形成了較為詳細的現(xiàn)場檢測規(guī)程，培養(yǎng)了大量的振蕩波局放檢測技術(shù)人才。

本文主要基于振蕩波檢測技術(shù)現(xiàn)場試驗情況，對振蕩波局放檢測技術(shù)的現(xiàn)場應用特點進行分析，并結(jié)合現(xiàn)場遇到的問題，探討解決的思路，提出一些現(xiàn)場測試中的建議。

1? ? 振蕩波檢測技術(shù)及其定位原理

電力電纜中的絕緣缺陷會在電場應力的作用下產(chǎn)生局部放電，局部放電激發(fā)的電壓行波沿著電纜向兩端傳播，通過測量這個脈沖，可以測量電纜中的局部放電信號，評估該局部放電信號的強度和統(tǒng)計特征，有助于判斷電力電纜絕緣缺陷的位置和嚴重情況。

電纜振蕩波檢測技術(shù)，即在電纜一端進行直流（或交流）充電，達到試驗電壓后（加壓流程可參考DL/T 1576—2016或Q/GDW 11838—2018），通過快速閉合開關(guān)，實現(xiàn)振蕩波測試系統(tǒng)內(nèi)部電感與電纜電容之間的諧振，在這個諧振過程中，通過高壓測試端的耦合電容，獲取局部放電產(chǎn)生的脈沖電壓信號，根據(jù)電纜中電壓行波的傳播原理，利用電壓行波的入射波和反射波的時間差實現(xiàn)電纜絕緣缺陷的定位，如式（1）所示：

原始脈沖：t1=

反射脈沖：t2=? ? ? ? ? ? ? 時間差Δt=t2-t1=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

通過上述過程，在一次加壓過程中可以同時發(fā)現(xiàn)電纜中多個絕緣缺陷，并實現(xiàn)定位（圖1），再根據(jù)相關(guān)標準，如DL/T 1576—2016或Q/GDW 11838—2018中局部放電嚴重程度的判斷依據(jù)，決定針對電纜缺陷是修復更換、再次測試還是繼續(xù)運行。

電纜振蕩波測試系統(tǒng)的典型時域圖和定位原理如圖2和圖3所示。

2? ? 振蕩波檢測技術(shù)在現(xiàn)場應用中遇到的問題

電纜振蕩波局放檢測技術(shù)，可以實現(xiàn)一次測試對電纜多處絕緣缺陷的定位，并根據(jù)得到的局部放電信號特征，結(jié)合標準和個人經(jīng)驗，對電纜缺陷是需要修復、再次測試還是繼續(xù)使用進行判斷。

在實際應用中，電纜振蕩波局放測試技術(shù)的檢測效果和定位精度受到一些因素的影響，本節(jié)對這些因素進行羅列，并大致分析其原因。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，現(xiàn)場測試中遇到的問題大致涉及振蕩波檢測技術(shù)的應用范圍、定位精度和靈敏度、有效測試距離等方面。

2.1? ? 振蕩波檢測技術(shù)的應用范圍

目前國內(nèi)主要將振蕩波檢測技術(shù)用于電纜局放檢測，但實際上根據(jù)IEEE Std 400.4TM—2015[18]的介紹，電纜振蕩波檢測技術(shù)還可以用于電纜耐壓試驗，需要在最高試驗電壓下進行50次激勵。振蕩波耐壓的優(yōu)點在于對電源功率要求不高，因為振蕩波升壓是對電纜進行直流（或交流）充電，即在測試系統(tǒng)最高測試負載下，升壓到指定電壓的時間與電纜長度有關(guān)，而對所需要的電源功率要求不高。由于國內(nèi)沒有對振蕩波耐壓進行相關(guān)測試，缺少相應的數(shù)據(jù)支撐和案例，故基于振蕩波的電纜耐壓試驗并未在國內(nèi)采用。

2.2? ? 定位精度和靈敏度

振蕩波測試系統(tǒng)的定位精度理論上可以達到電纜長度的1%或±1 m，但在實際測試中，受到電纜長度值的精確度、局放脈沖傳播速度、反射波波形畸變等因素影響，定位精度存在一定的偏差，有的可能有10 m以上的偏差。

靈敏度是指最小能夠測量到的局部放電量，現(xiàn)場測試的靈敏度受背景噪聲、校準和電纜本身特征的影響。

2.3? ? 有效測試距離

振蕩波測試系統(tǒng)測試距離，以單端測試為例，大部分標稱在10 km，但實際上往往達不到10 km，有時甚至才2～3 km，這主要與電纜特性對電壓行波的影響、背景噪聲等有關(guān)。

3? ? 解決現(xiàn)場測試問題的建議

本節(jié)結(jié)合上一節(jié)中振蕩波現(xiàn)場測試中遇到的問題，探討解決問題的思路。

3.1? ? 定位精度和靈敏度

定位精度取決于電纜長度和振蕩波傳播速度的精確性，但現(xiàn)場往往無法知曉電纜的確切長度，而且波速往往是經(jīng)驗值（168～172 m/μs），所以當定位到有缺陷時，都是第一時間去尋找該位置附近的中間接頭，因為中間接頭的故障率較高，而且中間接頭的放電量一般較大，這時基本上可以確定是中間接頭的問題。

當沒有中間接頭時，有可能是電纜本體缺陷，而這種局部缺陷往往是施工或后期運行中的外部應力導致的（注意：引起的是缺陷，如果是故障不在本文討論范圍內(nèi)），這種情況需要對電纜外部完好性做仔細檢查，可以結(jié)合該缺陷點距離中間接頭的相對位置進行缺陷查找。

3.2? ? 有效測試距離

有效測試距離，一般理解為能夠定位絕緣缺陷的最大電纜長度。從振蕩波測試系統(tǒng)指標來看，主要有兩個與最大距離有關(guān)的參數(shù)：最大試驗距離（即最大負載，單位為μF）和最大定位距離。

最大試驗距離，是振蕩波系統(tǒng)的加壓能力，能夠?qū)Χ嚅L的電纜施加標準所需要的最高試驗電壓，與振蕩波系統(tǒng)電源能力和電纜的電容有關(guān)，這個參數(shù)在振蕩波測試系統(tǒng)中有明確標出。

最大定位距離，這個并未直接在電纜振蕩波參數(shù)中標注，因為這個定位距離與振蕩波局放耦合單元、現(xiàn)場測試環(huán)境（背景噪聲、電纜特征參數(shù)）和算法有關(guān)，尤其是與現(xiàn)場的測試環(huán)境有關(guān)，以下詳細描述：

（1）背景噪聲：振蕩波定位需要尋找一組入射波和反射波來定位，而反射波傳播到電纜尾端，經(jīng)過了較長距離，幅值衰減較大，當背景噪聲比較大時就會淹沒反射波，此時則無法定位，或者反射波與背景噪聲值近似時也無法實現(xiàn)定位。

（2）電纜本身結(jié)構(gòu)：如果電纜的中間接頭多，那么對電壓行波的干擾增多，也會導致反射波衰減較大。

如圖4所示，雖然電纜長度近似，但由于現(xiàn)場背景噪聲和電纜特征的影響，反射波的情況截然不同。從校準結(jié)果至少可以得出：圖4（a）有助于發(fā)現(xiàn)更小的放電信號，能夠進行更精準的判斷，對電纜缺陷檢測的現(xiàn)場靈敏度更高。

故現(xiàn)場測試中，振蕩波局放測試的定位能力與現(xiàn)場情況緊密相關(guān)，可以振蕩波校準過程中能夠識別的反射波的最小放電量為參考，判斷該段電纜能否進行有效的振蕩波局放定位。

4? ? 振蕩波技術(shù)應用特點

4.1? ? 關(guān)于振蕩波標準的一些認識

目前對振蕩波做了詳細規(guī)定的標準主要有兩個：國際標準IEEE Std 400.4TM—2015和國內(nèi)電力行業(yè)標準DL/T 1576—2016，標準中詳細規(guī)定了測試系統(tǒng)各個組成部分及系統(tǒng)參數(shù)和指標，以及試驗的加壓流程、判斷依據(jù)等。其中IEEE Std 400.4TM—2015給出了振蕩波可以實現(xiàn)電纜耐壓和電纜振蕩波局放測試兩種應用，DL/T 1576—2016增加了對電纜絕緣缺陷嚴重程度的判據(jù)。此外，國家電網(wǎng)標準Q/GDW 11838—2018也引入了電纜振蕩波檢測技術(shù)。以上3個標準均可借鑒。

電力行業(yè)標準中對XLPE電纜局放嚴重程度判斷如表1所示，根據(jù)不同位置的放電量大小決定電纜是否需要更換。國家電網(wǎng)標準除了對放電量要求更加嚴格以外，還增加了對起始放電電壓的要求，對新電纜而言，當起始放電電壓低于1.2倍U0時，則需要更換。

4.2? ? 試驗流程中需要注意的問題

電纜振蕩波施加的電壓高于運行電壓，嚴格意義上也存在電纜擊穿風險，實際測試過程中也發(fā)生過類似事件，即測試過程中未發(fā)現(xiàn)局部放電集中點，但送電以后發(fā)生了擊穿。這種情況可以通過測試前后絕緣電阻來輔助判斷，當測試后絕緣電阻下降較多時，需要引起注意，該電纜絕緣可能存在風險，建議再進行耐壓測試或繼續(xù)進行振蕩波測試，查找缺陷點。

同時也需要明確，電纜振蕩波檢測技術(shù)并非能發(fā)現(xiàn)所有電纜缺陷問題，當未發(fā)生局放時，振蕩波測試是無法定位缺陷的，此時絕緣電阻低大部分情況下是受潮引起的。

4.3? ? 在高阻故障定位中的應用

振蕩波還可以作為電纜故障定位手段，當電纜出現(xiàn)類似閃絡(luò)這種高阻故障時，可以嘗試借用電纜振蕩波技術(shù)對故障電纜進行故障點定位，但其施加電壓的流程與常規(guī)規(guī)定的加壓流程不同，需要從最小電壓，如0.1U0開始逐步階梯升壓（比如Δ0.1U0），嘗試定位閃絡(luò)故障點。如瑞士Onsite公眾號分享的一起高阻故障定位案例，即根據(jù)振蕩波定位譜圖，在距離測試端480 m和750 m處查找到兩組放電現(xiàn)象。

5? ? 結(jié)論

本文根據(jù)目前振蕩波測試中的熱點，總結(jié)了一些電纜振蕩波現(xiàn)場測試中遇到的問題，分析了原因，并對本文提出的問題進行了討論，得出如下結(jié)論：

（1）采用電纜振蕩波技術(shù)需要停電進行測試，對于需要保障供電可靠性的行業(yè)（如電力系統(tǒng)），停電壓力大，較難實現(xiàn)，目前普遍采用的是交接試驗的測試項目;而對于可以自由安排停電的客戶，則不受該條件約束。

（2）雖然電纜振蕩波檢測技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)電纜中潛在的多處缺陷，但仍有一些制約因素，如電纜長度影響、電纜中間接頭影響、現(xiàn)場背景干擾（目前的提取技術(shù)主要還是在大于背景信號的脈沖中尋找反射波）等。上述情況需要綜合分析，不能盲目認為振蕩波測試后未發(fā)現(xiàn)局放，就一定沒有絕緣缺陷，其只能在一定范圍內(nèi)確認，還需要結(jié)合電纜絕緣電阻進行綜合判斷。

雖然電纜振蕩波檢測技術(shù)有其局限性，但筆者仍舊認為其是目前檢測電纜缺陷的最有效手段之一。

[參考文獻]

[1] 楊連殿，朱俊棟，孫福，等.振蕩波電壓在XLPE電力電纜檢測中的應用[J].高電壓技術(shù)，2006（3）：27-30.

[2] 張皓，唐嘉婷，張立志，等.振蕩波測試系統(tǒng)在電纜局放測試定位中的典型案例分析[J].電力設(shè)備，2008（12）：31-34.

[3] 陶詩洋.基于振蕩波測試系統(tǒng)的XLPE電纜局部放電檢測技術(shù)[J].中國電力，2009，42（1）：98-101.

[4] 馮義，劉鵬，涂明濤.OWTS振蕩波電纜局部放電檢測和定位技術(shù)基本原理研究[C]//2009年全國輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會論文集，2009：942-947.

[5] 夏榮，趙健康，歐陽本紅，等.阻尼振蕩波電壓下110 kV交聯(lián)電纜絕緣性能檢測[J].高電壓技術(shù)，2010，36（7）：1753-1760.

[6] 陸國俊，熊俊，王勇，等.振蕩波電壓法檢測10 kV電纜局部放電試驗[J].電力自動化設(shè)備，2010，30（11）：137-140.

[7] 劉巖，林洲游，胡偉.振蕩波測試技術(shù)在中壓電力電纜局部放電檢測中的應用[J].浙江電力，2011，30（11）：6-8.

[8] 陳志娟.基于振蕩波電壓法的10 kV XLPE電纜局部缺陷檢測研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[9] 孫志明.10 kV電纜振蕩波局部放電檢測技術(shù)研究及應用[D].北京：華北電力大學，2012.

[10] 董雪松，胡偉，曹俊平.中低壓電纜振蕩波局部放電的現(xiàn)場測試[J].浙江電力，2012，31（12）：15-17.

[11] 孫占功.振蕩波測試在10 kV電力電纜局部放電測試與定位中的應用研究[D].北京：華北電力大學，2013.

[12] 劉蒙，呂峻，趙明，等.高壓電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在杭州地區(qū)的應用[J].浙江電力，2013，32（11）：6-9.

[13] 齊飛，周恒逸，趙邈，等.OWTS振蕩波局放測試系統(tǒng)在10 kV電纜檢測的應用[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2015（2）：20-22.

[14] 王有元，王亞軍，熊俊，等.振蕩波電壓下10 kV交聯(lián)聚乙烯電纜中間接頭的局部放電特性[J].高電壓技術(shù)，2015，41（4）：1068-1074.

[15] 周凱，趙世林，何珉，等.考慮短距離電纜中行波特性的振蕩波局部放電定位方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，41（6）：2047-2054.

[16] 6 kV～35 kV電纜振蕩波局部放電測試方法：DL/T 1576—2016[S].

[17] 配電電纜線路試驗規(guī)程：Q/GDW 11838—2018[S].

[18] IEEE Guide for Field Testing of Shielded Power

Cable Systems Rated 5 kV and Above with Damped Alternating Current （DAC） Voltage：IEEE Std 400. 4TM—2015[S].

收稿日期：2022-01-12

作者簡介：陳自球（1982—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：電氣工程。