王 琪，劉曉飛，閆 杰

（國網山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

基于OWTS技術的電纜局放檢測應用分析

王 琪，劉曉飛，閆 杰

（國網山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

論述了電力電纜由于其具有供電可靠的特性，并且滿足城市規(guī)劃的要求，正在得到廣泛應用。指出為了保證電纜的安全可靠運行既要重視故障檢測手段，也要從源頭上把關，針對隱藏缺陷進行檢測，OWTS（振蕩波局放測試系統(tǒng)）作為一種方便有效的電纜檢測新技術目前正不斷推廣。對于OW TS檢測技術的原理進行了介紹，并通過兩個現(xiàn)場案例分析驗證了其有效性。闡明了OWTS檢測技術的推廣應用將對電網的安全可靠產生巨大的經濟和社會效益。

振蕩波局放測試系統(tǒng)；電力電纜；局部放電；故障定位

0 引言

隨著城市電網的發(fā)展，尤其是城市規(guī)劃日趨完善，城市配網電纜入地的要求不斷加大，以往的架空電力線路正在逐漸被地埋電力電纜所替代。電力線路電纜化率逐年提高，電纜發(fā)生故障的次數也呈現(xiàn)相應的增長趨勢[1-3]，但是電纜線路具有敷設隱蔽性強、故障點定位及檢修恢復都較架空線路困難的特點，加上電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范的要求，使得電纜交接驗收試驗的必要性及重要性都有明顯的增加。城市配網的管理水平也不斷改善，改變了過去粗放式的巡檢和故障搶修模式，要求從源頭上把關，提前對電纜進行診斷，發(fā)現(xiàn)電力設備的缺陷，對潛在缺陷進行檢修和維護，保證交接試驗的可靠性和有效性，達到未雨綢繆的效果。長期的實踐證明，局部放電是引起電力電纜絕緣破壞的主要原因，因此局部放電檢測，對于保證電纜交接試驗的可靠性起著至關重要的作用。近年來，振蕩波局放測試系統(tǒng)OWTS（OscillatingWaveform TestSystem）由于良好的便攜性、優(yōu)秀的抗干擾能力及無損測試等優(yōu)點得到了廣泛的推廣應用[4]。

1 OWTS測試系統(tǒng)原理

電纜局部放電振蕩波檢測系統(tǒng)首先通過直流高壓源對測試電纜進行充電（電纜芯與屏蔽形成電容特性），然后通過快速關斷高壓開關形成電纜電容與外加電感之間的LC阻尼振蕩（振蕩頻率20～500 Hz），在電纜芯線和接地層之間產生近似工頻的振蕩電壓波，激發(fā)出絕緣薄弱處的局部放電。在不損壞電纜絕緣的前提下通過脈沖電流法檢測電纜局部放電，并對視在放電量進行標定，在此基礎上基于行波定位原理進行電纜故障源的定位（見圖1）[5]。

圖1 振蕩波局放測試原理圖

1.1 振蕩波的產生原理

振蕩波的產生主要依靠諧振，諧振是一種穩(wěn)態(tài)性質的現(xiàn)象，雖然在某些情況下諧振并不能自保持，在發(fā)生后經過一段時間會自動消失，但也可穩(wěn)定存在，直到破壞諧振條件為止。當系統(tǒng)進行操作或發(fā)生故障時，系統(tǒng)中的電感、電容原件參數滿足一定的條件時，就有可能發(fā)生諧振。充電后快速關合高壓開關可以簡化成圖2所示的原理圖。

圖2 諧振產生電路圖

在此電路中，開關關合后3個元件等效成串聯(lián)方式連接。其主要的微分方程可將3個元件的本構方程代入基爾霍夫電壓定律（KVL）獲得。由基爾霍夫電壓定律得

其中VR、VL、VC分別為R、L、C兩端的電壓，V（t）為隨時間變化的電源的電壓。將本構方程代入得到

根據不同的阻尼系數ζ的值，該微分方程的解法有三種不同的情況，分別為：欠阻尼（ζ＜1），過阻尼（ζ＞1），以及臨界阻尼（ζ=1）。該微分方程的特征方程為

1.2 基于行波原理的故障源定位

OWTS裝置一般采用單端行波測距原理，在設備端包含有數據采集單元，通過檢測局放行波的初始到達時刻與經對端反射回來的行波的時間差來進行故障距離的測算。對于行波的捕捉可采用多種計算方法，例如比較常用的小波變換法，小波變換法在檢測行波方面具有良好的應用效果，與其他算法相比具有明顯的優(yōu)勢。見圖3所示。

原始局放電壓脈沖（入射波）為

圖3 行波測距原理

2 OWTS技術的現(xiàn)場應用

2.1 校準情況

在使用振蕩波系統(tǒng)加壓前，應使用校準儀對不同大小的局放信號（100 nC～100 pC）輸入電纜進行模擬并通過這種方法檢測高頻信號在被檢測電纜段中的具體傳輸衰減情況，可以通過電纜尾端是否存在發(fā)射波來判斷信號傳輸狀況（表1）。局放的模擬值越小證明該局放信號在被測電纜中的傳輸性越好。

表1 校準值狀況評估表 pC

2.2 背景干擾測試

在進行局放檢測時進場會受到干擾從而導致測試結果失準，在這里通過系統(tǒng)將檢測現(xiàn)場的干擾值換算后以pC值來判別背景干擾值對測試結果的影響。參考檢測儀器廠商所給出的背景干擾值并結合自身檢測數據統(tǒng)計并總結出背景干擾評估表（如表 2）。

表2 校準值狀況評估表 pC

2.3 數據分析

在對測試電纜經過逐級加壓后進行單個脈沖分析和定位，以找出比較相似的兩個脈沖波形，若發(fā)現(xiàn)前面幅值大的脈沖反射，而后面出現(xiàn)幅值小的脈沖波形，這就是典型電纜局放波形。

3 案例分析

OWTS現(xiàn)場檢測要求停電作業(yè)，主要是對設備進行診斷，判斷電纜內部是否存在局部放電缺陷，保證電纜的投運安全。下面針對山西省內某變電站的10 kV電纜進行現(xiàn)場局放檢測，通過故障定位及分析判斷驗證OWTS檢測手段的有效性。

現(xiàn)場使用的設備為青島華電公司生產的檢測設備，設備加壓充電階段采用直流充電，最大輸出電壓（峰值）28 kV，最大輸出電壓（有效值）20 kV。局放測試范圍，5pC~100nC；工作電源，220V，50Hz。

試驗1：測試電纜長度為50m，測試時在電纜頭線芯中插入釘子，將設備接線端連接于釘子頂端進行試驗。

通過捕捉入射波和反射波的波谷的時間，計算時間差帶入公式（19）中求得故障點位于距離測試端1.6m的位置，經過仔細分析得出，電纜線路較短，測試時線路的長度可能不是準確的50m，存在一定誤差，加之測試接線也有一定的長度。又由于接觸采用釘子與線芯連接，接觸并不十分良好，存在間隙，加壓后可能會在接觸點產生放電。分析認為檢測到的放電即為電纜頭接觸不良引起的，電纜本身并無損傷，試驗結束后對電纜本身進行了仔細的檢查及其他相關試驗未發(fā)現(xiàn)異常，改變了接觸方式后重新試驗，放電點消除。

試驗2：測試電纜長度為390m，直埋于地下，測試前已經停運。進行OWTS局放檢測，檢測結果如圖4。

圖4 局放量結果圖

最大局部放電量475 pC。入射波的波谷對應的橫坐標為292.8ms，反射波同樣截取波谷對應的橫坐標為295.9ms，根據入射波和反射波波谷對應的檢測點計算出故障距離為127.3m，沿著電纜路徑對可能故障點直徑2m的范圍進行開挖檢查，發(fā)現(xiàn)127m處存在電纜外半導電層破損，進一步驗證了測試方法的有效性。

試驗3：測試電纜長度為3 285m，為新投運電纜，電纜終端、接頭及本體為塑料絕緣，分別在780m、1 455m、2 101m及2 671m處存在中間接頭。OWTS局放檢測結果見圖5，最大局部放電量950 pC。

圖5 局放量結果圖

從圖5局部放電量結果圖可以明顯看出在距測試端1400m處存在三相放電，其中A相放電量最大為950 pC，2 350m處B相放電量也達到了900 pC，本段新投運電纜存在問題，不能直接投運。

由于放電位置與接頭位置不重合，判斷接頭制作良好，兩處放電均為電纜本體放電?，F(xiàn)場沿電纜敷設路徑測距，對放電點位置進行了確認并開挖，發(fā)現(xiàn)電纜受到了一定程度的外力破壞，解剖后發(fā)現(xiàn)1 400 m處三相絕緣受到了不同程度的損傷，而2 350m處B相絕緣損傷較為明顯，其余兩相完好。重新制作電纜中間接頭后，再次進行檢測，未檢測到明顯局部放電。該次電纜損傷主要是由于電纜敷設施工過程中的不規(guī)范施工所致，應在以后的電纜敷設過程中加強規(guī)范作業(yè)及施工監(jiān)理，保證敷設質量[6]。

4 結語

OWTS檢測方法對于電力電纜缺陷的檢測具有很好的效果，可以用來檢測內部隱藏缺陷引起的局部放電。電纜敷設完畢投運前進行OWTS檢測可以保證電纜投運的可靠性。在測試過程中應該考慮現(xiàn)場實際情況，保證接線良好，雙端的屏蔽層均需接地，盡量保證測試安全及準確性。隨著電力電纜的普及和振蕩波測試技術的不斷發(fā)展，應用振蕩波局部放電檢測電纜必將成為未來的發(fā)展趨勢。

［1］ 劉剛，阮班義.基于OWTS 10 kV XLPE電纜終端半導電層制作缺陷的實驗研究［J］.高壓電器，2012（9）：31-36.

［2］ 劉炳亮.10 kV配電網電力電纜局部放電監(jiān)測研究及應用［J］.電氣開關，2011（5）：63-65.

［3］ 魏金蓉，周亞玲.電力電纜故障測試技術及應用的概述［J］.動力與電氣工程，2013（18）：117.

［4］ 張耀文.10 kV電纜局部放電振蕩波測試系統(tǒng)應用探討［J］.中國電力教育，2011（33）：138-139.

［5］ 馮建強.淺析電纜振蕩局部放電試驗的原理和方法［J］.應用科技，2012（7）：71-72.

［6］ 葛耀中.新型繼電保護和故障測距的原理與技術（第二版）［M］.西安：西安交通大學出版社，2007.

App lication Analysis of Cable Partial Discharge Detection Technology Based on OWTS

WANG Qi，LIU Xiao-fei，YAN Jie
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

With the characteristics such as reliable power supply，and great significance for the city’s beauty，power cable is widely applied.In order to guarantee the safe and reliable operation of the cable，we should notonly attach great importance to the fault detection method，but also not ignore hidden defects.OWTS as a convenient and effective technology for cable testing is continuously popularized.This article introduces the principle ofOWTSdetection technology，the effectiveness ofwhich is verified through the analysis of two cases.It is illustrated thatOWTS detection technology will produce great economic and social benefits for power grid’s safe and reliable operation.

OWTS；electricity cables；partialdischarge；fault location

TM206

A

1671-0320（2014）05-0014-04

2014-06-10，

2014-08-30

王 琪（1976-），男，山西太原人，1998年畢業(yè)于華北電力大學電氣技術專業(yè)，碩士，高級工程師，從事電力設備試驗、輸變電設備狀態(tài)檢修工作；

劉曉飛（1988-），男，山西懷仁人，2012年畢業(yè)于武漢大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，助理工程師，從事電力系統(tǒng)運行與控制研究工作；

閆 杰（1983-），男，山西運城人，2009年畢業(yè)于華北電力大學高電壓與絕緣技術專業(yè)，碩士，工程師，從事高電壓技術及高壓試驗工作。