劉 巖， 林洲游，胡 偉

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014；2.溫州電力局，浙江 溫州 325000；3.杭州市電力局，杭州 310009）

0 引言

近年來，交聯(lián)聚乙烯（簡(jiǎn)稱XLPE）電力電纜由于絕緣性能好、易于制造、安裝方便、敷設(shè)便捷等優(yōu)點(diǎn)，在城市電網(wǎng)中壓電纜系統(tǒng)中（指35 kV及以下電壓等級(jí)）得到廣泛使用。一直以來，中壓電纜測(cè)試手段比較單一，而電纜往往會(huì)由于生產(chǎn)工藝、原材料、運(yùn)輸、安裝等環(huán)節(jié)存在紕漏，導(dǎo)致在絕緣介質(zhì)與半導(dǎo)電屏蔽層之間存在間隙、半導(dǎo)電體向絕緣層突出等缺陷，進(jìn)而產(chǎn)生局部放電。由于擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長(zhǎng)期作用下，絕緣材料不斷老化最終導(dǎo)致絕緣擊穿，造成重大事故[1]。因此，對(duì)于電纜內(nèi)部局部放電水平進(jìn)行檢測(cè)，可有效掌握電纜內(nèi)部絕緣狀況，已引起電纜檢測(cè)人員的重視。

1 中壓電纜局部放電測(cè)試技術(shù)介紹

以測(cè)試電壓類型分類，中壓電纜局部放電測(cè)試技術(shù)主要包括工頻局放測(cè)試、變頻局放測(cè)試、0.1 Hz超低頻局放測(cè)試、振蕩波測(cè)試等測(cè)試技術(shù)。

在工頻條件下，測(cè)試?yán)щy在于對(duì)長(zhǎng)距離電纜進(jìn)行充電測(cè)試需要較大的電源，測(cè)試系統(tǒng)包含多個(gè)設(shè)備，如發(fā)電機(jī)或工頻電源、高壓變壓器、控制儀器、局部放電探測(cè)裝置和故障定位儀器、耦合電容和高壓連接電纜等。同時(shí)運(yùn)輸這些設(shè)備需要大型運(yùn)輸車輛，大大增加了測(cè)試費(fèi)用和難度[2]。雖然通過改變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)頻率，對(duì)試驗(yàn)電源的要求有所降低，但仍存在設(shè)備數(shù)量多，不同線路所需配置不一致等問題。另外，考慮到測(cè)試頻率與電纜運(yùn)行工況的等效性問題，超低頻局放檢測(cè)適用性存在一定的局限和爭(zhēng)議[3]。

振蕩波檢測(cè)技術(shù)（簡(jiǎn)稱OWTS）是近年來國(guó)內(nèi)外研究較多的一種用于XLPE電力電纜現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，它具有與交流電壓等效性好、作用時(shí)間短、操作方便、輕便靈活等優(yōu)點(diǎn)，在不會(huì)對(duì)被試電纜造成損傷情況下[4]，實(shí)現(xiàn)XLPE電力電纜內(nèi)部各種缺陷的檢測(cè)目的。

2 OWTS測(cè)試原理

2.1 振蕩電壓產(chǎn)生

OWTS系統(tǒng)主要通過檢測(cè)在高壓振蕩波傳輸過程中被試電纜內(nèi)發(fā)生的局放來判斷電纜的絕緣狀態(tài)。首先在被測(cè)電纜端加直流電壓至預(yù)設(shè)值，之后閉合高壓開關(guān)IGBT，通過設(shè)備電感與被測(cè)電纜電容發(fā)生諧振，在被測(cè)電纜端產(chǎn)生阻尼振蕩電壓?？紤]到與電纜運(yùn)行狀態(tài)的等效性，系統(tǒng)采用固定電感和被試電纜構(gòu)成阻尼振蕩回路，通過配置使電壓振蕩頻率處于工頻或接近于工頻。OWTS系統(tǒng)的測(cè)試原理電路和產(chǎn)生的振蕩高壓如圖1、圖2所示。

圖1 OWTS測(cè)試原理圖

2.2 局放位置確定

OWTS系統(tǒng)采用脈沖反射法進(jìn)行局部放電位置定位，其原理如圖3所示。測(cè)試1條長(zhǎng)度為l的電纜，假設(shè)在距測(cè)試端x處局部放電量為Q，脈沖沿電纜向兩個(gè)相反方向傳播，其中1個(gè)脈沖經(jīng)過時(shí)間t1到達(dá)測(cè)試端；另一個(gè)脈沖向測(cè)試端對(duì)端傳播，并在對(duì)端反射后再向測(cè)試端傳播，經(jīng)過時(shí)間t2到達(dá)測(cè)試端。根據(jù)2個(gè)脈沖到達(dá)測(cè)試端的時(shí)間差Δt，可計(jì)算局部放電發(fā)生的位置，即：

圖2 OWTS生成振蕩電壓

圖3 脈沖反射法定位電纜放電位置示意圖

式中：v為脈沖在電纜中傳播的波速；t1為電纜放電位置的放電脈沖傳遞到始端（即測(cè)試端）的時(shí)間；t1為電纜放電位置的放電脈沖經(jīng)電纜終端反射后傳遞到始端（即測(cè)試端）的時(shí)間。

3 OWTS系統(tǒng)頻率對(duì)電纜內(nèi)部局部放電測(cè)量的影響

Edward Gulski[4]研究了應(yīng)用振蕩波測(cè)試進(jìn)行電力電纜局部放電檢測(cè)的有效性，比較了工頻交流電壓與OWTS電纜內(nèi)部局部放電的起始電壓與放電量Q的關(guān)系，并給出了振蕩波的頻率對(duì)電纜局部放電起始電壓和放電量的影響，見圖4。從圖中可見，OWTS的局放起始電壓大于交流下，這是由于OWTS作用時(shí)間短，不同頻率OWTS的局部放電量均大于交流；OWTS的頻率并不影響其局放起始電壓。圖中所有的頻率在OWTS下局放起始電壓相同，局放量大體相當(dāng)。說明OWTS下由于電纜長(zhǎng)度的不同導(dǎo)致頻率發(fā)生改變對(duì)檢測(cè)效果影響不大。

圖4 工頻與振蕩波電壓下的局放起始電壓與電纜內(nèi)部局部放電量的關(guān)系曲線

4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)例

4.1 被測(cè)線路

以某10 kV電纜線路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為例。被測(cè)電纜長(zhǎng)度為764 m；型號(hào)為YJV22-3×240 mm2；投運(yùn)時(shí)間是2002年。加壓步驟為：標(biāo)準(zhǔn)脈沖校準(zhǔn)，背景噪聲測(cè)試，0.5×U0，0.7×U0，0.9×U0，1.0×U0（2 次），1.2×U0，1.3×U0，1.4×U0（2 次），其中 U0為電纜額定相電壓。

4.2 測(cè)試情況

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在1.0U0電壓下被試電纜A相出現(xiàn)大量高幅值放電信號(hào)（如圖5所示），最高幅值超過5 000 pC。在基于脈沖反沖原理定位局放發(fā)出位置后發(fā)現(xiàn)，測(cè)試始端（即電纜終端處）存在大量放電信號(hào)（如圖6所示），且位置明顯集中，現(xiàn)場(chǎng)初步判定終端內(nèi)部存在放電缺陷。經(jīng)檢修人員解體檢查，發(fā)現(xiàn)在被試電纜A相終端（測(cè)試位置）高壓端主絕緣表面存在明顯劃痕。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)處理，復(fù)測(cè)后已無明顯局部放電現(xiàn)象（如圖7所示），終端集中性放電現(xiàn)象消失（如圖8所示）。目前，該電纜已順利投入運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

圖5 A相電纜內(nèi)發(fā)現(xiàn)明顯放電跡象

圖6 A相電纜終端出現(xiàn)集中性放電現(xiàn)象

圖7 A相電纜內(nèi)放電跡象消失

圖8 A相電纜終端集中性放電跡象消失

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，中壓電纜振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)的定位裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用比較方便，可以有效檢測(cè)出中壓電纜的各種局部缺陷并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位。針對(duì)投運(yùn)前的電纜和運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的老舊電纜進(jìn)行檢測(cè)，可以促進(jìn)安裝工藝的提高和避免電纜因長(zhǎng)期運(yùn)行絕緣發(fā)生劣化引起突發(fā)性事故的發(fā)生。

[1]馮義，劉鵬，涂明濤.振蕩波測(cè)試系統(tǒng)在電纜局部放電檢測(cè)中的應(yīng)用[J].供用電，2009，26（3）:57-59.

[2]饒強(qiáng)．交聯(lián)聚乙烯電纜新的試驗(yàn)方法[J]．廣西電力，2004（8）:107-109．

[3]BOYEGO K，HYVONEN P，MARTTI A，et al Selectivity of damped sc（DAC） and VLF voltages in after-laying tests of extruded MV cable systems[J]．IEEE Trans on D&EI，2003，5（10）:874-882．

[4]GULSKI E，F(xiàn)RANK J，JOHAN J，et a1．Advanced partial discharge diagnostic of MV power cable system using oscillating wave test system[J]．IEEE Electrical Insulation Magazine，2000，2（16）:17-25．