路 明，趙 平，呂萬輝 ，祝曉輝

(1.石家莊供電公司，石家莊 050000；2.河北省電力公司職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)中心，石家莊 050000)

1 概述

近年來，XLPE電纜由于其絕緣性能好、安裝方便、供電安全可靠、美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。通常在敷設(shè)完電纜或安裝電纜接頭后，采用耐壓試驗(yàn)檢驗(yàn)絕緣是否完好，隨著XLPE電纜使用量的增加和運(yùn)行年限的延長，耐壓試驗(yàn)的缺陷越來越突出，并且在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，耐壓試驗(yàn)會(huì)對電纜絕緣造成不同程度的損害，但不能有效檢測出所有缺陷。例如電纜經(jīng)過諧振或其它耐壓試驗(yàn)，尤其是直流耐壓試驗(yàn)，在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了擊穿。大量研究和實(shí)踐證明，局部放電是影響電纜絕緣的關(guān)鍵因素之一。由于XLPE等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料不斷老化最終導(dǎo)致絕緣擊穿，造成重大事故。所以，對電纜進(jìn)行局部放電的診斷是非常必要的[1]。

振蕩波測試技術(shù)(簡稱“OWTS”)，是目前世界上應(yīng)用比較廣泛且成熟的電纜局部放電診斷技術(shù)，OWTS振蕩波電壓和50 Hz交流電壓下的局部放電定位結(jié)果一致，說明了振蕩波電壓和交流電壓的等效性較好。采用振蕩波電壓，即使耐壓試驗(yàn)時(shí)所加電壓超過電纜的額定電壓幅值，也不會(huì)在電纜中引發(fā)新的缺陷，還可發(fā)現(xiàn)XLPE電力電纜中的各種缺陷，且試驗(yàn)中不會(huì)對電纜造成損傷[2]。目前，IEEE及部分國家已制定了應(yīng)用振蕩波測試系統(tǒng)進(jìn)行電力電纜耐壓試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，耐壓與局部放電試驗(yàn)結(jié)合判定電纜的絕緣狀況成為熱門課題。國家電網(wǎng)公司最新頒布的Q/GDW 643-2011《配電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》也推薦使用此方法進(jìn)行電纜局部放電的診斷。

2 振蕩波測試技術(shù)

2.1 振蕩波電壓的產(chǎn)生

電纜現(xiàn)場試驗(yàn)方法中，常規(guī)的替代工頻的試驗(yàn)電源有很多種，如串聯(lián)諧振、超低頻0.1 Hz、直流等。由于電力電纜的電容量大，為保證局部放電測試結(jié)果與工頻電壓下的局部放電檢測結(jié)果一致，從設(shè)備的容量、體積大小、等效性和便攜性等方面來看，振蕩波電壓的優(yōu)點(diǎn)較突出。OWTS局部放電檢測原理如圖1所示。

圖1 OWTS電纜局部放電檢測原理

以石家莊電纜工區(qū)現(xiàn)在配置的型號(hào)為例，試驗(yàn)時(shí)可以施加0～28 kV(峰值)的直流電壓，達(dá)到指定電壓時(shí)，瞬間閉合半導(dǎo)體開關(guān)，被試電纜電容與系統(tǒng)電感產(chǎn)生低阻尼振蕩電壓，每次加壓及振蕩的時(shí)間小于2 s，此方法可以檢測的電力電纜電容范圍為0.05～2 μF。

2.2 局部放電定位

電纜的局部放電試驗(yàn)，最重要的是要找出局部放電的位置，以便進(jìn)行針對性的處理和維護(hù)。OWTS局部放電定位原理采用脈沖反射法(TDR)，也就是行波理論進(jìn)行檢測，其定位原理如圖2所示。

圖2 脈沖反射法定位局部放電點(diǎn)原理

局部放電點(diǎn)x的定位公式推導(dǎo)如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：l為電纜長度；x為存在局部放電的位置；v為脈沖波在電纜中的傳播速度；t1是向檢測端直接傳播的局部放電脈沖到達(dá)的時(shí)間；t2是向遠(yuǎn)端傳播并在末端開路處反射達(dá)到測試端的時(shí)間；Δt為2個(gè)脈沖的時(shí)間差。

根據(jù)上面推導(dǎo)的公式便可計(jì)算得出局部放電點(diǎn)的位置x，這個(gè)計(jì)算過程由系統(tǒng)自動(dòng)完成。分析過程中操作人員只需確定2個(gè)脈沖波形的位置，系統(tǒng)定出時(shí)間差Δt，便可輕松得到局部放電點(diǎn)位置[3]。

3 實(shí)例分析

3.1 模擬缺陷試驗(yàn)

為校對OWTS的靈敏度和定位精度，電纜運(yùn)檢中心進(jìn)行了模擬缺陷試驗(yàn)。利用OWTS對1根10/8.7 kV鋁芯交聯(lián)電纜進(jìn)行局部放電檢測和定位，電纜全長330 m，距離測試端180 m處存在1個(gè)中間接頭，在此中間頭位置，對電纜三相中的兩相分別制作了常見的工藝缺陷，U相缺陷為中間頭主絕緣上有多個(gè)針孔，W相缺陷為中間頭主絕緣有劃痕，V相未做缺陷，做為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量距離的依據(jù)。

試驗(yàn)采用逐級升壓模式進(jìn)行，升壓過程為：0，0.5U0，0.7U0，0.9U0，1.0U0，1.2U0，1.3U0，1.5U0，1.7U0。模擬缺陷試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)見圖3。

(a)校準(zhǔn)脈沖波形

(b)1U0時(shí)振蕩波電壓與局部放電信號(hào)波形

(c)單個(gè)脈沖分析及定位

(d)三相1.7U0以下放電量及放電位置

模擬試驗(yàn)環(huán)境干擾較小，平均37 pC左右，檢測結(jié)果如圖3所示，發(fā)現(xiàn)該電纜在1U0時(shí)放電量達(dá)3 000 pC左右，1.7U0時(shí)放電量最高達(dá)到5 000 pC。通過對V相測試得到被測電纜全長、中間頭位置的準(zhǔn)確距離。對U、W相測試定位發(fā)現(xiàn)放電缺陷在距測試端179.8 m處，W相試驗(yàn)定位發(fā)現(xiàn)放電缺陷在距測試端179.9 m處，也就是接頭處。證明OWTS對于這些缺陷的檢測非常靈敏，且定位精度較高。

3.2 現(xiàn)場測試實(shí)例

以方北站473裕彤線運(yùn)行電纜的現(xiàn)場測試為例，被試電纜長941 m，ZR-YJV22-3×240型，2007年投運(yùn)，有3個(gè)中間頭，位置分別在185 m，340 m，460 m，升壓過程為：0，0.5U0，0.7U0，0.9U0，1.0U0，1.2U0，1.3U0，1.5U0，1.7U0，0。

現(xiàn)場檢測時(shí)，與模擬試驗(yàn)環(huán)境干擾情況不同，由于實(shí)際試驗(yàn)現(xiàn)場周圍有其他高壓設(shè)備，檢測到的背景干擾水平較大，達(dá)到400 pC左右。檢測結(jié)果如圖4所示，在3個(gè)位置發(fā)現(xiàn)了較為明顯的局部放電集中現(xiàn)象，電纜始端0 m處，340 m附近和460 m附近，185 m處存在輕微的局部放電。

(a)0 kV下檢測到的背景干擾水平

(b) 1U0下振蕩波電壓與局部放電信號(hào)的關(guān)系

(c)1.7U0以下局部放電點(diǎn)分布

(d) 局部放電分布柱狀示意

試驗(yàn)后對局部放電現(xiàn)象比較嚴(yán)重的340 m處

的中間頭進(jìn)行更換，并解剖換下的中間頭，中間頭內(nèi)部存在明顯的工藝缺陷，如圖5所示。

圖5 工藝缺陷示意

經(jīng)石家莊供電公司電纜運(yùn)檢中心分析，該局部放電現(xiàn)象是電纜接頭工藝錯(cuò)誤引起，金屬接管壓接后未去除突起和尖角部分，形成局部電場集中。電纜接頭經(jīng)處理后，再次進(jìn)行局部放電測試，U、V、W三相均未檢測到明顯局部放電。

4 結(jié)束語

石家莊供電公司電纜運(yùn)檢中心吸取新加坡、北京、上海等國家先進(jìn)省市在狀態(tài)檢測方面的成功經(jīng)驗(yàn)，嘗試采用振蕩波電纜局部放電定位測試技術(shù)對配電網(wǎng)10 kV電纜進(jìn)行局部放電測試。在測試過程中，檢測發(fā)現(xiàn)多條電纜存在嚴(yán)重局部放電現(xiàn)象，經(jīng)過對電纜的解剖分析證實(shí)了這些電纜存在不同方面、不同程度的問題，所以采用振蕩波對電纜局部放電進(jìn)行測試、定位是一個(gè)非常有效的方法。該方法可以及時(shí)檢查出由于電纜及其附件生產(chǎn)質(zhì)量或安裝工藝造成的缺陷，避免突發(fā)性停電故障的發(fā)生，保障了電力電纜線路的安全可靠運(yùn)行，在今后的狀態(tài)檢測工作中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅俊華，陳守直.35 kV及以下XLPE電力電纜試驗(yàn)方法的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(12)：58-61.

[2] 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(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2006，32(03)：27-30.

[3] 顧媛媛.電力電纜局部放電信號(hào)理論及處理研究[D].廣東：廣東工業(yè)大學(xué)，2007.