振蕩波檢測(cè)技術(shù)在電力電纜絕緣老化與定位中的作用

廣州市一電設(shè)備安裝有限公司 陳錕鵬

1 引言

振蕩波檢測(cè)技術(shù)是依據(jù)阻尼振蕩原理，在電力電纜檢測(cè)階段，通過(guò)阻尼振蕩回路施加正弦電壓波，促使在采集缺陷點(diǎn)反饋的放電信號(hào)時(shí)，高效準(zhǔn)確的確認(rèn)故障點(diǎn)，為電力電纜使用年限的延長(zhǎng)以及有效維護(hù)指明方向。對(duì)此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)圍繞技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用需求，制定對(duì)應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用規(guī)劃，便于優(yōu)化纜線使用效果。

2 振蕩波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

電力電纜一旦出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象或者其他缺陷點(diǎn)，很容易削弱供電穩(wěn)定性，甚至引發(fā)電氣設(shè)備運(yùn)行故障的后果。而振蕩波檢測(cè)技術(shù)作為輔助手段，在聚乙烯、油紙等材質(zhì)纜線質(zhì)量檢測(cè)中具備突出的應(yīng)用價(jià)值，結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果，可歸納出具體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.1 無(wú)損性

在電力電纜質(zhì)量運(yùn)行檢修期間，選用振蕩波檢測(cè)技術(shù)，能夠在不破壞纜線主體結(jié)構(gòu)以及外觀形態(tài)前提下，對(duì)其實(shí)施精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。通常情況下，在耗費(fèi)1min時(shí)間完成檢測(cè)任務(wù)后，觀察電纜鮮少見(jiàn)到損壞現(xiàn)象。

2.2 精確性

在應(yīng)用振蕩波檢測(cè)技術(shù)時(shí)，電力電纜在確定缺陷點(diǎn)時(shí)，其精確度較高，能依靠振蕩波反射原理，通過(guò)采集放電信號(hào)，促使缺陷點(diǎn)位置快速得到確認(rèn)。同傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)中高頻局部放電技術(shù)比較，測(cè)量精確度偏高，更易達(dá)成電力電纜高效檢測(cè)要求。

2.3 真實(shí)性

振蕩波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于電力電纜檢修作業(yè)中，釋放的諧振頻率多在500Hz 以?xún)?nèi)，以一種短時(shí)工頻測(cè)試方式進(jìn)行缺陷定位，并且獲取的測(cè)試效果同50Hz 條件下的正弦波結(jié)果相差無(wú)幾，更能實(shí)現(xiàn)纜線的如實(shí)反饋，保證維修人員能夠依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，有方向性地實(shí)施維護(hù)操作，保障纜線運(yùn)行有效性[1]。

2.4 易于操作

振蕩波檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，可以直接使用振蕩波局部放電儀進(jìn)行操作，故此具備操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，基本上不需要測(cè)試人員具備較高的職業(yè)能力，使用時(shí)可快速獲取測(cè)試結(jié)果，對(duì)纜線絕緣老化程度與缺陷點(diǎn)位置進(jìn)行客觀評(píng)估。

3 振蕩波檢測(cè)技術(shù)在電力電纜絕緣老化與定位中的實(shí)際作用

3.1 激發(fā)電纜絕緣老化信號(hào)

考慮到電纜出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象，不但容易加劇安全隱患，而且也會(huì)縮短電纜使用年限，因此加強(qiáng)檢測(cè)具備一定的必要性。從相關(guān)調(diào)查中可以了解到，絕緣老化多因電纜出現(xiàn)凸起毛刺以及氣隙問(wèn)題，致使在周邊環(huán)境波動(dòng)情況下，導(dǎo)致絕緣老化狀況的發(fā)生，從而引起局部放電情況，從常見(jiàn)的電纜絕緣老化表現(xiàn)上進(jìn)行總結(jié)，多有電樹(shù)枝老化、水樹(shù)枝老化等，最終誘發(fā)絕緣擊穿后果，其不良因素包含機(jī)械力、熱力、電場(chǎng)異常、水環(huán)境刺激等。而此次研究中提出的振蕩波檢測(cè)技術(shù)，可有效應(yīng)對(duì)絕緣老化風(fēng)險(xiǎn)。

在電力電纜絕緣老化檢測(cè)與定位檢測(cè)過(guò)程中，振蕩波檢測(cè)技術(shù)能夠充分發(fā)揮出信號(hào)激發(fā)作用，且原理圖如圖1所示。通常情況下，在測(cè)試員使用檢測(cè)儀對(duì)準(zhǔn)纜線時(shí)，往往會(huì)在釋放振蕩波期間形成局部測(cè)高壓直流測(cè)試單元，且兩者具備相關(guān)性。在實(shí)操環(huán)節(jié)，后者能促使纜線處于供電狀態(tài)，繼而為其創(chuàng)造有利的放電測(cè)試條件。同時(shí)，于測(cè)試環(huán)節(jié)，還能隨著電能的持久供應(yīng)，致使纜線保持高壓狀態(tài)。此時(shí)若在振蕩回路中去除直流電，轉(zhuǎn)而向阻尼振蕩回路轉(zhuǎn)換，借此在振蕩波電壓測(cè)量中，快速形成局部放電條件。在對(duì)電力電纜實(shí)施有效測(cè)試時(shí)，一旦遇到缺陷點(diǎn)，會(huì)立即在振蕩波電壓刺激下形成局部放電信號(hào)。隨著信號(hào)激發(fā)效用的展現(xiàn)，更易實(shí)現(xiàn)缺陷點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。以10kV 聚乙烯電力電纜為例，在定位時(shí)需要參照下述公式得知局部放電點(diǎn)與測(cè)試點(diǎn)間距（x）。

圖1 振蕩波檢測(cè)技術(shù)原理圖

即：X=L-V △t/2，其中L、△t、V 分別指代的是電力電纜總長(zhǎng)、局部脈沖前后相隔時(shí)間差值、振蕩波傳播速度（多高于160m/μs 且低于172m/μs）。待獲取相隔距離后，能夠指引測(cè)試人員立即獲取定位點(diǎn)。其中，需格外注意的是，在測(cè)試前需對(duì)纜線絕緣電阻值進(jìn)行測(cè)定，若未達(dá)到30MΩ 的標(biāo)準(zhǔn)，則不予以開(kāi)展此次測(cè)試，達(dá)標(biāo)后記錄具體的測(cè)量點(diǎn)位，以便憑借振蕩波波速等相關(guān)參數(shù)確認(rèn)缺陷點(diǎn)位置。為了增加測(cè)試結(jié)果的可靠性，強(qiáng)化測(cè)試效果，還應(yīng)當(dāng)依據(jù)額定電壓，對(duì)其實(shí)施成倍數(shù)電壓值的測(cè)量，便于提高測(cè)定位置的準(zhǔn)確度。

在不同電力電纜絕緣老化場(chǎng)景中的應(yīng)用存在些許差異，此處列舉35kV（含以下）電纜與110kV（含以上）電纜。前者的應(yīng)用步驟如下：第一，確認(rèn)待測(cè)電纜處于停電狀態(tài)，而后對(duì)其實(shí)施充分放電，精準(zhǔn)記錄三相絕緣電阻值（多＞30MΩ），并且需要以時(shí)域脈沖反射儀確定接頭點(diǎn)與長(zhǎng)度參數(shù)，將振蕩波檢測(cè)儀連接到待測(cè)電纜中，開(kāi)啟后納入?yún)?shù)值；第二，對(duì)儀器進(jìn)行校對(duì)，檢測(cè)無(wú)誤后檢查接線可靠性，包括接地線是否與負(fù)極接電纜連接等。于校對(duì)環(huán)節(jié)需要判斷是否存在大偏差問(wèn)題。若待測(cè)纜線屬于油紙電纜，要求波速在160m/μs 左右，若超出標(biāo)準(zhǔn)范圍需要二次檢測(cè)；第三，開(kāi)展加壓測(cè)試，在不同電壓等級(jí)下，為其選擇適合的加壓次數(shù)，記錄三相絕緣電阻檢測(cè)值，做好記錄事項(xiàng)，之后整理出技術(shù)檢測(cè)報(bào)告。通常對(duì)于新投運(yùn)的電纜，隨著0U 增加至1U，需要由1次加壓上升為3次加壓，而后降為1次加壓，直到達(dá)到1.5U 再次進(jìn)行3次加壓，在其達(dá)到2U 加壓標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，理應(yīng)對(duì)熄火電壓予以測(cè)量。

后者在以此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，前幾項(xiàng)步驟均存在相似性，但在后幾項(xiàng)步驟上有明顯差異。在屏蔽接地上需要對(duì)電纜兩端進(jìn)行連接，按照電纜屏蔽同相原則予以操作。應(yīng)用振蕩波檢測(cè)技術(shù)時(shí)，其波速要求也不一致，若屬于油紙電纜，要求最高波速控制在166m/μs 以?xún)?nèi)。至于加壓測(cè)試環(huán)節(jié)，隨著從0U 逐漸增加到2U，多設(shè)有明確的檢測(cè)目標(biāo)。如0U對(duì)應(yīng)1次加壓，主要是辨明待測(cè)電纜周邊是否存在噪音污染。而在0.5～0.9U，各自加壓3次，判斷加壓過(guò)程是否出現(xiàn)局部放電，保持1U 電壓狀態(tài)時(shí)分析局部放電發(fā)生狀況，此時(shí)也要保持3次加壓，而后升為1.1U，觀察在1.5U 加壓流程中是否產(chǎn)生局部放電。直到加壓1.6U，依據(jù)耐壓狀態(tài)檢修依據(jù)確定是否符合安全運(yùn)行規(guī)定，始終保持3次持續(xù)加壓，在達(dá)到2U 最高電壓時(shí)，主要是觀察耐壓交接情況。在參照上列檢測(cè)步驟落實(shí)技術(shù)內(nèi)容時(shí)，即可獲取可信度較高的檢測(cè)數(shù)據(jù)，用于輔助檢測(cè)員找準(zhǔn)電纜維修方向。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電纜局部放電

電力電纜測(cè)試階段，需要為其提供局部放電環(huán)境。而振蕩波的釋放，能在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中通過(guò)局部放電信號(hào)的有效激發(fā)，促使測(cè)試人員憑借電纜相關(guān)參數(shù)求取放電量q（局部）。具體可根據(jù)下述公式予以計(jì)算：

q ≈Ca△Ua，其中Ca、△Ua分別指代的是電容與氣隙放電時(shí)，檢測(cè)區(qū)域內(nèi)兩端壓降。而后能夠從中掌握局部放電量，并根據(jù)局部放電量確定與檢測(cè)端相隔的局部放電位置。若能及早采用此項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)局部放電測(cè)試工作，即可提高測(cè)試效率[2]。

以某10kV 變電所測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)為例，以此展現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際作用。測(cè)試人員在對(duì)電纜不同位置進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量時(shí)，其中A 相為34.9GΩ，對(duì)應(yīng)的B 相為38.9GΩ，而C 相則為40GΩ。經(jīng)過(guò)此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)A 相偏高，甚至在繪制放電量分布圖時(shí)發(fā)現(xiàn)與測(cè)試端相距330m處出現(xiàn)了局部放電情況，且B 相偏高，得知出現(xiàn)局部放電位置存在缺陷，在實(shí)施絕緣改進(jìn)措施后，繼續(xù)觀察局部放電量，表明原有的缺陷點(diǎn)位置已經(jīng)重新獲取了絕緣性能。究其根本，之所以在該變電所存在電纜缺陷問(wèn)題，源于建設(shè)期間纜線遭遇碰撞損傷，周邊環(huán)境不夠干燥。

按照上述局部放電檢測(cè)，還要聯(lián)合分析軟件對(duì)產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)予以整理，其中可以根據(jù)放電量、波形特征對(duì)電纜是否出現(xiàn)絕緣老化情況予以判定。一般包括三種不同情形，即局部放電源為同一個(gè)，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生相似波形、局部放電源為多個(gè)，波形幅值隨著衰減度增加而變小，波形位置臨近，則很難從中判別波形特征，應(yīng)當(dāng)以標(biāo)定波形為參照物予以觀察。在使用軟件分析波形時(shí)，若集中性明顯，且分布著密集點(diǎn)，則屬于此處對(duì)應(yīng)的局部放電位置為缺陷點(diǎn)，需要維修員及時(shí)加以修復(fù)。只有針對(duì)局部放電情況做好精準(zhǔn)分析與科學(xué)測(cè)試工作，才能順利實(shí)現(xiàn)故障定位，為電纜性能的提升提供依據(jù)，滿足絕緣電纜安全使用需求。

3.3 檢測(cè)電纜缺陷解體現(xiàn)象

振蕩波檢測(cè)技術(shù)在測(cè)試電力電纜性能時(shí)，在絕緣老化上的有效測(cè)試，還可表現(xiàn)在對(duì)電纜缺陷解體現(xiàn)象的合理分析，以此指引測(cè)試人員根據(jù)測(cè)試結(jié)果，提出對(duì)應(yīng)的電纜修復(fù)措施。以10kV 變電所測(cè)試項(xiàng)目為例，以400m 長(zhǎng)度為纜線全長(zhǎng)，在連接期間未見(jiàn)接頭，其中對(duì)應(yīng)的三項(xiàng)放電量分別為1600Pc、1100Pc、5700Pc。而后參照8.5kV 額定電壓對(duì)三相缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)，其中明顯C 相產(chǎn)生的局部放電量偏高，此時(shí)可以根據(jù)測(cè)試結(jié)果繪圖。經(jīng)過(guò)測(cè)試后對(duì)缺陷點(diǎn)位置進(jìn)行解體操作，便于查明缺陷原因。從相關(guān)研究資料分析得知：解體后絕緣層存在打磨不到位情況，致使半導(dǎo)體層呈現(xiàn)不均勻分布狀態(tài)。正因?yàn)榇隧?xiàng)原因，才導(dǎo)致該纜線出現(xiàn)局部異常放電現(xiàn)象。為了妥善解決此項(xiàng)問(wèn)題，需要對(duì)其進(jìn)行更換，并在后續(xù)制作電纜時(shí)，完善制作流程，保證電纜絕緣性能得以提升?？紤]到電纜出現(xiàn)缺陷的可能性較多，故而在結(jié)合測(cè)試結(jié)果，對(duì)電纜實(shí)施解體分析，更能獲取可靠的缺陷點(diǎn)成因分析結(jié)果，需要引起測(cè)試人員對(duì)電纜絕緣老化傾向的高度重視，并保證此項(xiàng)技術(shù)在測(cè)試過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)良效能。

此外，在電纜缺陷解體測(cè)試中，最常見(jiàn)的原因包含工藝因素、運(yùn)行因素，在確定缺陷成因后，需要圍繞相關(guān)測(cè)試結(jié)果，編制電纜優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃，用于指導(dǎo)測(cè)試人員找準(zhǔn)改進(jìn)方向，促進(jìn)電力電纜在變電站供配電服務(wù)中具備實(shí)踐價(jià)值，也能為電氣設(shè)備的安全運(yùn)行給予必要支撐。鑒于此，在以振蕩波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)電力電纜絕緣老化及其缺陷點(diǎn)位置時(shí)，務(wù)必梳理好測(cè)試思路，查明電纜缺陷原因后，改善技術(shù)應(yīng)用效果。

3.4 快速確定放電缺陷位置

振蕩波測(cè)試技術(shù)在電力電纜定位中具有顯著作用。實(shí)際上，該技術(shù)是通過(guò)振蕩波的有效傳播，對(duì)缺陷點(diǎn)進(jìn)行定位。只有掌握缺陷點(diǎn)位置，才能明晰電力電纜改進(jìn)方向，增強(qiáng)電纜維護(hù)措施的可行性。將缺陷點(diǎn)局部放電位置設(shè)為x，則對(duì)應(yīng)的振蕩波在傳播期間首個(gè)放電脈沖到位時(shí)間為t1，經(jīng)反射后形成的脈沖波傳播時(shí)間設(shè)為t2，則對(duì)應(yīng)的t2數(shù)值在確定中，可以利用t2=2L-x/V 進(jìn)行計(jì)算。于展現(xiàn)技術(shù)作用時(shí)，也要充分進(jìn)行振蕩波抗干擾設(shè)計(jì)。在此項(xiàng)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中會(huì)形成阻尼振蕩波，此時(shí)電壓波會(huì)對(duì)磁場(chǎng)耦合作用造成負(fù)面影響，且電纜中會(huì)以基波頻率呈現(xiàn)瞬時(shí)狀態(tài)。對(duì)于長(zhǎng)度越長(zhǎng)的電纜，本身產(chǎn)生的干擾度會(huì)較高，此時(shí)應(yīng)當(dāng)確定好適合的振蕩頻率。

根據(jù)相關(guān)研究可知，在大型變電站中，可以將振蕩頻率控制在100kHz。雖然這一點(diǎn)同常規(guī)認(rèn)知存在出處，但就實(shí)際應(yīng)用成果分析，此項(xiàng)振蕩頻率的可操作性更強(qiáng)。于抗干擾設(shè)計(jì)中，對(duì)于振蕩波測(cè)試技術(shù)中影響實(shí)際應(yīng)用作用的關(guān)鍵參數(shù)還包括重復(fù)率。在對(duì)應(yīng)的頻率指引下，要想展現(xiàn)出技術(shù)特性，應(yīng)當(dāng)充分考慮阻尼振蕩波的影響因素，即頻率、能量值等，促使在測(cè)試中，該技術(shù)可以為缺陷點(diǎn)位置的確定提供可靠依據(jù)。待獲取缺陷點(diǎn)距離測(cè)試點(diǎn)間隔距離后，可用作參考依據(jù)，對(duì)電纜完好程度予以測(cè)定。

綜上所述，以振蕩波檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展電力電纜絕緣老化與缺陷點(diǎn)定位工作，是目前提高絕緣測(cè)試與定位時(shí)效性的重要途徑。據(jù)此，應(yīng)當(dāng)憑借此項(xiàng)技術(shù)的信號(hào)激發(fā)、局部放電測(cè)試、缺陷解體檢測(cè)、放電缺陷位置確定等作用，擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用范圍，便于在技術(shù)手段干預(yù)下，維護(hù)電力電纜運(yùn)行質(zhì)量，抑制纜線老化現(xiàn)象。