趙法強

摘要：局部放電是導致電力電纜絕緣擊穿事故發(fā)生的主要原因。文章介紹電力電纜帶電局部放電檢測方法，基于局部放電諧波分析方法對電力電纜潛在的缺陷進行監(jiān)測，確保在未停電情況下發(fā)現(xiàn)電力電纜的缺陷，通過在線局放檢測技術對電纜測試發(fā)現(xiàn)電纜潛在隱患及缺陷，從而有效地解決現(xiàn)場實際問題。

關鍵詞：電力電纜；在線監(jiān)測技術；局部放電；絕緣擊穿事故；電力系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM855 文章編號：1009-2374（2016）35-0070-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.034

電力電纜是配網線路最關鍵的輸送電能設備，而電力電纜因運行環(huán)境及電纜本體老化、中間頭制作工藝等原因而經常發(fā)生故障，影響了供電質量和供電可靠性，這就迫切需要對電力電纜絕緣狀態(tài)檢測方法進行研究。龍崗供電局截止到2015年年底共有電纜線路1137條線路長度4835km，中間頭有16850個，若按照預防性規(guī)程要求，每條電纜線路每三年進行一次停電測試，則每年需要停電312次，供電可靠性將下降0.02%，明顯影響供電可靠率。同時停電預試是破壞性試驗，這就有可能將還可運行的電纜或中間頭附件擊穿，造成新的缺陷，同時很多線路狀況良好，未必就需要進行停電預試，這就造成了“該修的未修，不該修的反而修了”的被動局面。為了避免以上的不利影響，龍崗供電局在與國際先進水平供電企業(yè)可靠性及技術對標及調研基礎上，引進了英國高電壓公司生產的在線局放設備檢測儀（HVPD），同時積極開展了規(guī)模性的測試，基本建立了測試圖形數(shù)據(jù)庫，同時也發(fā)現(xiàn)了電纜線路的部分缺陷。本文將對帶電局部放電檢測方法進行介紹，同時將對針對目前環(huán)網柜內的電力電纜的屏蔽接地線進行相關改進，提高設備利用率，從而發(fā)現(xiàn)電纜線路缺陷。

1 電力電纜局部放電的基本原理

XLPE電纜的絕緣層在制造過程中不可避免滲入很少部分的其他雜質或殘留一些氣泡，而這些存有雜質或氣泡的區(qū)域，在場強作用下絕緣介質的樹枝狀老化，因此在這些區(qū)域就會首先發(fā)生放電現(xiàn)象。樹枝引發(fā)初期，其局部放電量約0.1PC；當樹枝發(fā)展到介質擊穿臨界狀態(tài)時，其局部放電量可達到1000PC。引起局部放電的雜質或氣泡形成實阻抗，其產生的脈沖基本上是單極性脈沖，上升時間很短，并且脈沖寬度也很窄。這是電纜的浪涌阻抗，在開始時是純阻性的。圖1描述了電纜局放的典型的脈沖波形：

2 局部放電信號在電纜中的傳播特性

根據(jù)HVPD提供的相關數(shù)據(jù)表明，電纜局部放電的上升時間非常短只有幾十納秒到微秒級之間，而脈寬一般小于10個微秒。一般脈沖信號都是由多次諧波構成，我們可以將脈沖信號由多個不同頻率的正弦信號疊加組成，因電纜分布參數(shù)不均勻致使中高頻成分的脈沖信號衰減最為嚴重，根據(jù)HVPD給出數(shù)據(jù)及測試，當局放發(fā)生在傳播了2000m或以上時，信號的寬度已經變化了一半以上，使局放的脈沖信號發(fā)生明顯的失真，剩下的較多為低頻的信號，當局放信號離監(jiān)測點較近時（例如500m內），此時電纜的脈沖信號將會在電纜終端頭及相關電纜中間頭之間不斷來回反射，形成脈沖重疊現(xiàn)象。脈沖經過了幾次反射，已經衰減到忽略的程度，因此在局放的測量及定位中，前兩個或三個脈沖捕捉是很相當重要的，下圖為在我局利用HVPD局部放電檢測儀測試過程中捕捉到的110kV清林站F61天健現(xiàn)代城線中間頭局放的波形（圖2）。

3 局部放電在線檢測在電力電纜運行中的應用

通常電纜或電纜附件的局放會有電量和非電量的各種變量參數(shù)的發(fā)生，例如，電量的參數(shù)包括電脈沖、電磁、地電波（TEV）等，非電量參數(shù)包括光、熱、氣體壓力和化學變化現(xiàn)象等。根據(jù)以上的物理參數(shù)，目前我局已經采用了暫態(tài)接地電壓波法（TEV）與超高頻法（UHF）聯(lián)合方法對電纜進行在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)隱患及缺陷再對電纜停電進行用OWTS振蕩波局部放電檢測。

3.1 利用地電波法（TEV）與超高頻法（UHF）聯(lián)合方法快速監(jiān)測

常規(guī)的預試及OWTS振蕩波局部放電檢測都需要停電，為了防止不必要的停電預試及對電纜進行破壞性試驗，我局首先采用暫態(tài)接地電壓波法（TEV）和高頻脈沖法（HFCT）聯(lián)合測試手段，HVPD提供的產品High Voltage Partial Discharge就包含暫態(tài)接地電壓波法（TEV）和高頻脈沖法（HFCT，通常采用30～900MHz）聯(lián)合測試，可同時測試4單元環(huán)網柜及相關電纜出線的終端頭附件及電纜的局放。HVPD PD Longshot一般可對環(huán)網柜有關設備進行定點檢測，每一檢測點的時間周期一般為3～5分鐘即可，系統(tǒng)將每0.20秒（也可以根據(jù)需要延長數(shù)據(jù)點的間隔時間）進行一次數(shù)據(jù)收集，有經驗的用戶可在一天內進行50～100個點（電纜頭或開關設備）的檢測，但如在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)了異常的局放信號，則需要花費較長的時間去做進一步的定位測試。如使用應答器在一個雙端電纜上找出確切的局放點則需要花費1～2小時的時間。為確定局放源，則必須對后面的環(huán)網柜之間的電纜段分別進行檢測。圖3為我局在現(xiàn)場High Voltage Partial Discharge的接線實圖：

3.2 “指紋”診斷識別系統(tǒng)判別XLPE電纜局放

High Voltage Partial Discharge系統(tǒng)內設了“指紋”診斷識別系統(tǒng)，通過測試收集環(huán)網柜接線柱頭上電纜附件局放或通過CC-SG1 TEV傳感器或在電纜屏蔽線上的HFCT 100/50傳感器收集的局部放電信號或其他環(huán)境噪聲信號通過高通濾波進入系統(tǒng)，形成的測試波形與“指紋”診斷識別系統(tǒng)，再通過算法和噪音識別技術進行快速對比，最后形成一個概率性餅狀圖。通過餅狀圖判據(jù)得出電纜運行狀況，High Voltage Partial Discharge系統(tǒng)設置了自動儲存測試波形的系統(tǒng)，測試過程中儀器自動采集記錄相關數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可輸入相關時間、地點、環(huán)網柜編號等參數(shù)，同時會自動生成測試報告，我們可以利用國外成熟的經驗和相關數(shù)據(jù)庫，再建立自己數(shù)據(jù)圖庫（圖4）。

3.3 利用在線局部放電監(jiān)測儀器發(fā)現(xiàn)電纜缺陷的實例

5月2日，我局利用英國高電壓公司生產的在線局放設備檢測儀（HVPD）對中海怡海山居電纜進行在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)有局部放電現(xiàn)象，當時錄得的局放波形如下（圖5），從圖中可以看出，當時的局部放電現(xiàn)象較為嚴重，已經達到1680PC。

為了驗證該電纜局部放電現(xiàn)象是否存在，我們于當天就進行了震蕩波局部放電的離線檢測，通過檢測到的波形確定確實存在局部放電現(xiàn)象，接收到的反射波形如圖6所示：

根據(jù)提供軟件測算在730m左右的地方存在局部放電，后派出人員利用聲磁判別法發(fā)現(xiàn)電纜頭存在局部放電現(xiàn)象。然后再通過解剖，發(fā)現(xiàn)該電纜頭為熱縮中間頭，因制作工藝不良，在環(huán)切電纜半導體層時用力過度，導致線芯的絕緣層損傷，造成局部放電。根據(jù)以上典型案例，再通過深圳地區(qū)電纜情況，結合英國高電壓公司生產的在線局放設備檢測儀設備廠商提供的判據(jù)標準，我們總結今后在線檢測時的數(shù)據(jù)作為不關注、需要進一步檢測、需要檢修或維護的初步標準。具體數(shù)值如表1所示：

3.4 局部放電在線檢測的局限性

3.4.1 遠距離的局部放電檢測存在困難，High Voltage Partial Discharge測試儀器使用表明，因高頻成分的脈沖信號衰減嚴重，局部放電信號超過2000m后，其幅值已經衰減了1/3，測試波形中局部放電的突起不明顯甚至給環(huán)境噪聲淹沒；傳輸3000m后，其幅值已經衰減得十分微弱，基本檢測不到。

3.4.2 測試電纜局放的傳感器接線不方便，根據(jù)原理利用高頻脈沖法時，傳感器（HFCT）必需按照方向套上電纜的三相分別的相線上，或者套在電纜的屏蔽線的接地線上，因環(huán)網柜的五防要求，在環(huán)網柜的開關未斷，地刀未合上情況下柜門是不能開啟的，因此每次對電纜局部放電檢測尚需停電，未真正實現(xiàn)“帶電”監(jiān)測。

3.4.3 High Voltage Partial Discharge測試儀器只能監(jiān)測出電纜線路是否存在局部放電，尚未能對電纜局部放電的地點進行定位，在發(fā)現(xiàn)局部放電后，還需用OWTS振蕩波局部放電檢測系統(tǒng)進行故障定位。

3.4.4 XLPE電纜局部放電在線監(jiān)測尚需解決的問題，局部放電檢測技術研究雖然遍地開花，很多技術手段還在理論推斷的基礎上，就國內研究表明，XLPE電力電纜局部放電檢測試驗還很多停留在實驗室階段，主要存在以下幾點需解決問題，“指紋”診斷識別系統(tǒng)可以解決諧波分法的難題，但畢竟國內應用也是剛剛開始，監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)局部放電的“指紋”圖庫較少，分析軟件還需進一步提高；因采集的信號微弱，脈沖幅度小，在電纜中來回反射及散射后被背景噪聲淹沒，能被傳感器接受的諧波分量相當少，單純用硬件不斷放大諧波信號，將會引起信號失真嚴重，最后要的信號會誤斷。

3.5 局部放電在線檢測的改進技術措施

3.5.1 改進屏蔽線的接地方式。為了配合在線監(jiān)測儀器的傳感器的使用對環(huán)網柜內電纜附件屏蔽線的接地端進行改接，改接屏蔽線，只要把屏蔽線改接至環(huán)網柜外，在遵守原有技術規(guī)范的前提下對新增配網工程及業(yè)擴工程的電纜屏蔽線進行改接，對存量環(huán)網柜的屏蔽線進行改接，這就克服了“五防”要求，在環(huán)網柜門未開啟情況下不能將傳感器互感器套上屏蔽線的弊端。

3.5.2 對電纜中間頭直接在線監(jiān)測。采用暫態(tài)接地電壓波法（TEV）直接對電纜中間頭進行測試，該法是基于目前深圳供電局的電纜故障有37%左右是中間頭故障引起的，中間頭的局部放電監(jiān)測是解決電纜線路運行正常與否的關鍵，深圳地區(qū)的電纜基本實現(xiàn)了電纜溝道的敷設方式，就連直埋中間頭都有設置工井，因此我們可以利用在線監(jiān)測儀器的TEV傳感器直接吸附在電纜中間頭保護盒上，收集相關信號進行監(jiān)測，我局利用該法已經對電纜中間頭進行了測試，發(fā)現(xiàn)局部放電的中間頭有3個。目前，我局正與相關廠家合作，研究將局部放電傳感器收集的信號利用藍牙設備或無線GPRS設備進行遠距離傳輸，利用接收設備進行解碼及相關濾波，再將相關局部放電信號進入“指紋”診斷識別系統(tǒng)，這樣可以實現(xiàn)“云”監(jiān)控，大大提高設備的利用率和在線監(jiān)測的實效性。

3.5.3 環(huán)網柜之間的電纜分段測試。因高頻成分的脈沖信號衰減嚴重，局部放電信號超過一定距離后，在線監(jiān)測的效果不夠理想，這就要求我們將一條線路進行分段在線監(jiān)測，對線路進行分段測試。目前，我局的做法是在測試電纜線路時將另一端的屏蔽線先解開，測試一段后，如此類推。

4 結語

帶電測試技術已經漸漸成熟，在狀態(tài)檢修中發(fā)揮了“為設備聽診”的作用，也為電力電纜線路提供了最為有效的檢測方法，同時新設備的應用為龍崗供電局提供了在線監(jiān)測試驗與應用的平臺，為制訂停電檢修計劃提供了技術基礎。龍崗供電局將不斷累積現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)，充實新的“指紋”識別系統(tǒng)，不斷完善檢測手段及相關測試技術，建立相關的測試規(guī)程及導則，使在線監(jiān)測技術發(fā)揮新貢獻。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）