曹俊平， 溫 典， 蔣愉寬， 劉 巖

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司，杭州 310007）

110 kV電纜振蕩波局部放電模擬試驗(yàn)分析

曹俊平1， 溫 典1， 蔣愉寬1， 劉 巖2

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司，杭州 310007）

為驗(yàn)證110 kV高壓電纜振蕩波局部放電試驗(yàn)技術(shù)檢測(cè)電纜絕緣潛在性缺陷的有效性，以及積累該項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在高壓大廳進(jìn)行了110 kV電纜終端及中間接頭放電仿真模型局部放電振蕩波模擬試驗(yàn)，并進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)對(duì)試驗(yàn)電纜破壞性的比對(duì)研究。試驗(yàn)表明高壓電纜振蕩波局部放電試驗(yàn)技術(shù)可檢測(cè)并定位電纜終端較明顯的局部放電缺陷，但對(duì)于半導(dǎo)電尖端較小的模擬缺陷，則無(wú)法檢測(cè)到局部放電。

高壓電纜；缺陷模型；模擬試驗(yàn)；振蕩波；局部放電

0 引言

截至2015年底，浙江電網(wǎng)110 kV高壓電纜達(dá)到944回，共計(jì)1 980.4 km，中間接頭和終端分別為1 961組和2 380組，呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

在電纜長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，本體及附件故障屢見(jiàn)不鮮，如何通過(guò)有效的監(jiān)測(cè)手段準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)掌握電纜本體及附件的運(yùn)行狀態(tài)，避免因電纜本體及附件故障擊穿導(dǎo)致的大面積停電事故，是保障電力安全輸送的重要課題[1]。浙江電網(wǎng)高壓電纜曾多次發(fā)生電纜故障，嚴(yán)重影響了電力負(fù)荷的安全、穩(wěn)定傳輸。

電纜振蕩波局部放電（簡(jiǎn)稱局放）試驗(yàn)技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的離線（停電）電纜局放檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)電纜絕緣潛在性的缺陷，目前已經(jīng)在中低壓電纜中得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]，但該技術(shù)在高壓電纜領(lǐng)域應(yīng)用較少，主要是因?yàn)楦邏弘娎|現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試存在很多難點(diǎn)。

本文介紹了在高壓大廳利用110 kV電纜終端及中間接頭仿真模型進(jìn)行局放振蕩波模擬試驗(yàn)，通過(guò)設(shè)置終端放電模型和中間接頭半導(dǎo)電尖端模型驗(yàn)證該項(xiàng)技術(shù)的有效性，并比對(duì)研究了該項(xiàng)技術(shù)對(duì)試驗(yàn)電纜的破壞性，積累了該項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，為該項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)推廣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 電纜振蕩波局放試驗(yàn)簡(jiǎn)介

電纜振蕩波局放測(cè)試系統(tǒng)利用阻尼振蕩電壓作為試驗(yàn)電壓，對(duì)被測(cè)電纜逐級(jí)加壓測(cè)試并采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析得到電纜的局放特征參數(shù)和局放位置，由此可評(píng)估電纜局放特性并診斷潛在的缺陷，可用于帶絕緣屏蔽結(jié)構(gòu)電纜全線本體和附件缺陷檢測(cè)[4-5]。

電纜振蕩波局放測(cè)試系統(tǒng)的電源與交流電源等效性好，作用時(shí)間短、操作方便，與直流耐壓和交流耐壓相比對(duì)電纜造成的傷害較小，可發(fā)現(xiàn)潛在性的缺陷，在電纜發(fā)生絕緣故障前可對(duì)絕緣狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判[6-7]。

電纜振蕩波局放試驗(yàn)原理如圖1所示，由高壓?jiǎn)卧?、控制單元和測(cè)試軟件構(gòu)成，直流電源先對(duì)電容充電，然后IGBT（高壓光觸開(kāi)關(guān)）閉合，由測(cè)試儀器電感和被試電纜電容產(chǎn)生諧振，在被試電纜端產(chǎn)生振蕩電壓。

圖1 電纜振蕩波局放試驗(yàn)原理電路

局放定位采用脈沖反射原理，若被試電纜某處發(fā)生局放，脈沖沿電纜向測(cè)試端和末端2個(gè)方向傳播，其中一個(gè)脈沖（入射波）到達(dá)測(cè)試端；另一個(gè)脈沖（反射波）向測(cè)試末端傳播，并在末端發(fā)生反射，反射波再傳播到測(cè)試端，根據(jù)2個(gè)脈沖到達(dá)測(cè)試端的時(shí)間差，可計(jì)算局放發(fā)生位置[8]。

2 110 kV高壓電纜試驗(yàn)室運(yùn)行間隔模擬

在高壓試驗(yàn)大廳構(gòu)建110 kV XLPE電纜真型試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如圖 2所示。試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?2盤(pán)YJLW03-64/110-1×630 mm2電纜、1個(gè)中間接頭以及2個(gè)110 kV復(fù)合套管終端構(gòu)成，其中U0（額定工頻電壓有效值）為64 kV，電纜回路總長(zhǎng)度為168 m，接頭數(shù)是1個(gè)，位于距離測(cè)試端83 m處。

圖2 模擬試驗(yàn)電纜布置照片

先設(shè)置中間接頭缺陷模型，在中間接頭安裝時(shí)設(shè)置了1個(gè)0.5 cm長(zhǎng)的半導(dǎo)電尖端放電模型，進(jìn)行中間接頭缺陷模型測(cè)試。之后分別在被試電纜首、末端分別掛一段約30 cm長(zhǎng)的裸銅線，模擬電纜首、末端放電情況。

3 模擬試驗(yàn)分析

在高壓試驗(yàn)大廳對(duì)110 kV電纜仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ凸策M(jìn)行了2項(xiàng)模擬試驗(yàn)分析，一項(xiàng)是振蕩波檢測(cè)技術(shù)對(duì)試驗(yàn)電纜破壞性的比對(duì)研究，主要與工頻交流耐壓試驗(yàn)作比對(duì)；另一項(xiàng)是基于電纜中間接頭和終端放電模型的振蕩波局放試驗(yàn)有效性研究，驗(yàn)證該項(xiàng)測(cè)試技術(shù)對(duì)電纜缺陷的辨別和定位效果。

3.1 振蕩波檢測(cè)技術(shù)對(duì)試驗(yàn)電纜破壞性的比對(duì)研究

為檢驗(yàn)振蕩波檢測(cè)技術(shù)對(duì)電纜的破壞性，進(jìn)行了以下試驗(yàn)：

（1）對(duì)模擬試驗(yàn)電纜回路進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)，對(duì)電纜的主絕緣做絕緣電阻測(cè)試及耐壓試驗(yàn)，絕緣電阻測(cè)試電壓5 000 V，絕緣電阻值為509 MΩ，按照《電力電纜交接和預(yù)防性試驗(yàn)補(bǔ)充規(guī)定》，對(duì)試品電纜進(jìn)行1.7 U0與60 min的工頻交流耐壓試驗(yàn)，試品未擊穿，說(shuō)明試品電纜回路無(wú)異常。

（2）用振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行局放測(cè)試，試驗(yàn)電壓峰值為150 kV（目前設(shè)備輸出的最高峰值電壓數(shù)值），試品電纜試驗(yàn)結(jié)果正常，未發(fā)現(xiàn)試品內(nèi)部存在局放，試品未發(fā)生擊穿或閃絡(luò)。

（3）對(duì)試品電纜進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試和交流耐壓試驗(yàn)，絕緣電阻測(cè)試電壓5 000 V，絕緣電阻值為489 MΩ，耐壓試驗(yàn)參數(shù)為1.7 U0與60 min，試品通過(guò)試驗(yàn)，試品未擊穿。說(shuō)明振蕩波局放檢測(cè)過(guò)程未影響試品電纜回路絕緣特性。具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 振蕩波檢測(cè)技術(shù)對(duì)110 kV試驗(yàn)電纜破壞性的比對(duì)數(shù)據(jù)

3.2 振蕩波局放試驗(yàn)有效性研究

3.2.1 中間接頭缺陷模型下振蕩波局放試驗(yàn)

逐步將振蕩波檢測(cè)電壓升至峰值為150 kV時(shí)，電纜本體及附件未發(fā)現(xiàn)局放情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)電壓峰值為150 kV時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)

經(jīng)分析測(cè)試數(shù)據(jù)，中間接頭缺陷模型下未能有效檢出缺陷。

3.2.2 終端缺陷模型下振蕩波局放試驗(yàn)

在被試電纜首端掛一段約30 cm長(zhǎng)的裸銅線，模擬電纜首端放電情況，布置情況見(jiàn)圖3。

振蕩波檢測(cè)電壓峰值升至150 kV，測(cè)試時(shí)可見(jiàn)放電集中現(xiàn)象，見(jiàn)圖4。

分析測(cè)試數(shù)據(jù)，得出放電位置為電纜首端，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，放電位置分布見(jiàn)圖5。

在被試電纜末端掛一段約30 cm長(zhǎng)的裸銅線，模擬電纜末端放電情況，布置情況見(jiàn)圖6。

振蕩波檢測(cè)電壓峰值升至150 kV，測(cè)試時(shí)可見(jiàn)放電集中現(xiàn)象，見(jiàn)圖7。

圖3 被試電纜首端放電模擬

圖4 首端放電模擬125 kV時(shí)局放測(cè)試

表3 電纜首端放電模擬測(cè)試數(shù)據(jù)

圖5 電纜首端放電位置分布情況

分析測(cè)試數(shù)據(jù)，得出放電位置為電纜末端，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，放電位置分布情況見(jiàn)圖8。

4 結(jié)論

通過(guò)110 kV高壓電纜仿真模擬，研究了110kV電纜振蕩波局放試驗(yàn)技術(shù)檢測(cè)電纜絕緣潛在性缺陷的有效性，并進(jìn)行了該項(xiàng)技術(shù)對(duì)試驗(yàn)電纜破壞性的比對(duì)研究。

圖6 被試電纜末端放電模擬

圖7 末端放電模擬125 kV時(shí)局放測(cè)試

圖8 電纜末端放電位置分布情況

（1）110 kV高壓電纜振蕩波局放試驗(yàn)技術(shù)可檢測(cè)并定位電纜終端較明顯的局放缺陷，但對(duì)于半導(dǎo)電尖端較小的模擬缺陷無(wú)法檢測(cè)到局放。

（2）在模擬試驗(yàn)過(guò)程中，110 kV高壓電纜振蕩波局放試驗(yàn)未破壞試品電纜回路的絕緣特性。

（3）110 kV高壓電纜振蕩波局放試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還有待深入研究，110 kV電纜現(xiàn)場(chǎng)有2種接線方式無(wú)法進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)，一類(lèi)是電纜終端安裝在終端塔塔身平臺(tái)上時(shí)，受加壓引線長(zhǎng)度限制及定位影響，該側(cè)無(wú)法測(cè)試；另一類(lèi)是電纜頭連接GIS（氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備）時(shí)，從GIS側(cè)加壓時(shí)無(wú)法進(jìn)行電纜故障定位。

[1]朱啟林.最新電力電纜運(yùn)行、檢修、設(shè)計(jì)、施工與工程圖集[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

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（本文編輯：陸 瑩）

Analysis on Simulation Test of Oscillation Wave Partial Discharge of 110 kV Cable

CAO Junping1，WEN Dian1，JIANG Yukuan1，LIU Yan2
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

To verify the validity of 110 kV high voltage cable oscillation partial discharge test for latent cable insulation defect detection as well as experience accumulation of test technology in field application，partial discharge oscillation wave simulation test on 110 kV high voltage cable terminations and middle joints discharge simulation model is performed in the high voltage test hall,and comparative research on cable damage by use of the technology is conducted.The test shows that partial discharge test technology of high voltage cable oscillation wave can effectively detect and locate clear partial discharge defects of cable terminations and middle joints；however，it can not detect partial discharge from semiconductive terminal with small analog defects.

high-voltage cable；defect model；simulation test；oscillation wave；partial discharge

浙江省電力公司科技項(xiàng)目（5211DS15002B）

TM75

B

1007-1881（2017）02-0001-04

2016-11-01

曹俊平（1986），男，工程師，從事電氣試驗(yàn)及電纜專業(yè)狀態(tài)檢測(cè)工作。