劉志煒

(北京市電力公司檢修分公司，北京100027)

0 引言

隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(以下簡稱XLPE電纜)以其優(yōu)越的電氣性能和機(jī)械物理性能得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。為確保輸電網(wǎng)絡(luò)的安全，XLPE電纜的檢測技術(shù)受到了國內(nèi)外眾多專家的重視，XLPE電纜局部放電測試就是其中的研究熱點(diǎn)之一。

測量局部放電的方法很多，例如差分法、方向耦合法、電磁耦合法、超高頻電感耦合法等，經(jīng)對比研究和綜合分析，許多學(xué)者認(rèn)為差分法和電磁耦合法的試驗(yàn)重復(fù)性較好。由于寬頻帶電磁耦合法具有小巧靈活、操作安全、抗干擾能力強(qiáng)、能更加真實(shí)地反映脈沖波形等優(yōu)點(diǎn)，正在被廣泛地研究和應(yīng)用。本文結(jié)合工作實(shí)例，介紹了一種基于電磁耦合法原理進(jìn)行電纜局部放電的測試技術(shù)。

1 電磁耦合法原理

電磁耦合法是將XLPE電纜接地線中的局部放電電流信號通過電磁耦合線圈與測量回路相連，不需要在高壓端通過耦合電容器來取得局部放電信號，因此適用于電纜敷設(shè)后的交接驗(yàn)收試驗(yàn)和運(yùn)行中的在線監(jiān)測。此外，電磁耦合法是通過電磁耦合來測量局部放電電流，由于在高壓電纜和測量回路間沒有直接的電氣連接，從而能很好地抑制噪聲［1-2］。

基于電磁耦合法原理的XLPE電纜局部放電的檢測裝置有很多，這些裝置使用的傳感器材料、傳感器結(jié)構(gòu)、檢測位置、抗干擾措施等各有不同。電磁耦合法通常采用寬頻帶羅戈夫斯基線圈型電流傳感器，而主要測量位置為電纜終端金屬屏蔽層接地引線處。此外測量位置還可為中間接頭金屬屏蔽連接線、電纜本體上或三芯電纜的單相電纜上等位置。圖1為幾種可能的測量位置。

圖1 局放傳感器幾種可能安放的位置

2 局放測試系統(tǒng)介紹及測試原理

意大利TechImp公司局放在線檢測系統(tǒng)(PDCheck系統(tǒng))采用電磁耦合法，從接地線和交叉互聯(lián)線提取信號，通過濾波、信號頻譜－時(shí)長分域、頻譜分析等手段將放電脈沖信號從外界噪聲干擾信號中分離出來，再對放電類型進(jìn)行識別，適合現(xiàn)場使用。

系統(tǒng)主要包括信號采集單元、高頻CT、同步線圈和專家診斷系統(tǒng)(軟件)四個(gè)部分，如圖2～圖4所示。

圖2 信號采集單元(主機(jī))

圖3 高頻CT

圖4 同步線圈

該系統(tǒng)在進(jìn)行局放檢測時(shí)，高頻CT對放電脈沖信號進(jìn)行高速(100 MS/s)寬帶采樣獲取信號完整的時(shí)域波形。同步線圈從電纜本體上采集參考相位信號。放電脈沖信號與低頻同步信號都通過同軸電纜傳入信號采集單元內(nèi)，該單元主要有高頻檢測通道、同步輸入以及通訊接口。高頻檢測通道共有三個(gè)，可同時(shí)接收三相接地線或交叉互聯(lián)線上采集的信號，采樣頻率為100 MHz，帶寬為16 kHz～30 MHz;同步輸入端口接收同步線圈從電纜本體上采集來的參考相位信號;通訊接口通過光纖、光電轉(zhuǎn)換器與電腦的RS232串口通訊，將主機(jī)進(jìn)行過初步處理的數(shù)據(jù)傳送至電腦中。專家診斷系統(tǒng)建立在一個(gè)龐大的特征數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，可針對不同放電及噪聲的差異提取多種特征，將不同類型的放電分離開來，再將其放電特征與數(shù)據(jù)庫中的放電“指紋”比較，運(yùn)用模糊邏輯的方法，判斷被測放電類型與已知放電類型的相似性，從而實(shí)現(xiàn)對每一類放電進(jìn)行甄別，進(jìn)而診斷電纜設(shè)備絕緣狀態(tài)［3-4］。

3 現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例及局放分析

2012年1月12 日，變電公司在例行局放檢測過程中，發(fā)現(xiàn)王府井變電站內(nèi)110 kV井新一路電纜終端附近有局放異常信號。次日，生技部組織電科院、電纜公司、變電公司聯(lián)合對井新一路電纜倉及電纜GIS終端進(jìn)行檢測［5］。

TechImp局放檢測傳感器與相位線圈分別卡放在A、B、C三相電纜GIS終端的接地線上，在三相的地線處均檢測到局放信號，且A相GIS終端局放信號幅值最大約230 mV，檢測結(jié)果如下:

(1)A相GIS終端

現(xiàn)場測得A相GIS終端局放譜圖如圖5所示，局放信號特征譜圖呈“眼眉”狀，局放信號最高幅值約230 mV，最高幅值對應(yīng)的相位為270°;放電單脈沖核心頻率在7 MHz，如圖6。

圖5 A相脈沖相位分布譜圖

(2)B相GIS終端

現(xiàn)場測得B相GIS終端局放譜圖如圖7所示，局放信號特征譜圖呈“眼眉”狀，局放信號最高幅值約94 mV，最高幅值對應(yīng)的相位為150°;放電單脈沖核心頻率在7 MHz，如圖8。

(3)C相GIS終端

現(xiàn)場測得C相GIS終端局放譜圖如圖9所示，局放信號譜圖特征呈“眼眉”狀，局放信號最高幅值約65 mV，最高幅值對應(yīng)的相位為30°;放電單脈沖核心頻率在7 MHz，如圖10。

通過對TechImp的檢測結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)如下:

(1)TechImp的檢測結(jié)果均表明110 kV井新一路A相GIS終端局放信號最大。TechImp儀器顯示局放最高幅值分別為A相230 mV、B相90 mV、C相65 mV。

圖6 A相局部放電單脈沖信息

圖7 B相脈沖相位分布譜圖

(2)對TechImp的特征譜圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)A、B、C三相電纜GIS終端的放電譜圖特征相似，均出現(xiàn)“眼眉狀”放電譜圖;通過對三相GIS終端的放電譜圖相位進(jìn)行調(diào)整與比較分析，可知三相GIS終端的相差120°，因此判斷TechImp儀器在三相電纜GIS終端處檢測的局放信號為同一個(gè)放電源產(chǎn)生。

通過后續(xù)的局放定位最終確定局放信號產(chǎn)生于A相電纜GIS終端，更換后局放信號消失。隨后將更換下來的井新一路A相電纜GIS終端(帶有7 m長電纜)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室局放試驗(yàn)。當(dāng)電壓升至40 kV時(shí)，發(fā)現(xiàn)同樣出現(xiàn)了“眼眉狀”放電譜圖，檢測結(jié)果與王府井站內(nèi)一致，放電信號最大幅值為4.1 V。將電纜GIS終端的環(huán)氧套管拆除并進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括:放電痕跡、套管內(nèi)表面、應(yīng)力錐外表面、地線連接和焊接情況、接線柱、螺絲螺桿、安裝尺寸等。經(jīng)過檢查未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，地線接觸良好、螺絲緊固、安裝工藝未見明顯異常。更換相同廠家、相同型號的環(huán)氧套管后，放電信號消失。

圖8 B相局部放電單脈沖信息

圖9 C相脈沖相位分布譜圖

圖10 C相局部放電單脈沖信息

將原環(huán)氧套管進(jìn)行X光探傷，經(jīng)掃描發(fā)現(xiàn)環(huán)氧套管的高壓金屬電極與環(huán)氧樹脂之間有明顯氣腔，如圖11和圖12所示。

圖11 環(huán)氧套管整體掃描

圖12 環(huán)氧套管缺陷點(diǎn)斷面掃描

切開環(huán)氧套管查找缺陷點(diǎn)，在環(huán)氧套管高壓電極與環(huán)氧樹脂之間發(fā)現(xiàn)氣腔，氣腔位置與X光掃描結(jié)果一致，如圖13所示。

圖13 環(huán)氧套管氣腔缺陷

4 結(jié)束語

局放測試系統(tǒng)成功發(fā)現(xiàn)了高壓電纜GIS終端的嚴(yán)重缺陷，避免了事故的發(fā)生，保證了供電的可靠性?；陔姶篷詈戏ㄔ淼腜D Check局放檢測系統(tǒng)測試單元與高壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，而測量單元與電腦之間也采用了光纖連接，確保了操作人員的安全;測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，非常適合在現(xiàn)場使用。

［1］羅俊華，邱毓昌，馬翠嬌.基于局部放電頻譜分析的XLPE電力電纜在線監(jiān)測技術(shù)［J］.電工電能新技術(shù)，2002，21(1):38-40.

［2］柴旭崢，關(guān)根志，黃海鯤，等.交聯(lián)聚乙烯電力電纜的絕緣在線監(jiān)測技術(shù).電線電纜，2002(6):30-33.

［3］趙 宇，劉 青，高援利，等.高壓XLPE電纜線路局部放電測試系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］.電力設(shè)備，2008，9(9):45-49.

［4］王風(fēng)雷.電力設(shè)備狀態(tài)檢測新技術(shù)應(yīng)用案例精選［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［5］王府井站110 kV井新一路電纜GIS終端局放異常分析報(bào)告［R］.北京:北京電力科學(xué)研究院，2012.