林國(guó)洲，王榮亮，魏占朋，殷 震，李魯博

(國(guó)網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津 300250)

基于雙端定位的電纜中間接頭局部放電檢測(cè)與應(yīng)用

林國(guó)洲，王榮亮，魏占朋，殷 震，李魯博

(國(guó)網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津 300250)

高壓電纜線路中間接頭絕緣故障導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)的事故時(shí)有發(fā)生，而故障前接頭內(nèi)部往往會(huì)伴隨出現(xiàn)局部放電信號(hào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理導(dǎo)致局部放電信號(hào)產(chǎn)生的因素是預(yù)防電纜絕緣故障的關(guān)鍵。為此，本文介紹一種基于雙端定位的電纜中間接頭局部放電檢測(cè)方法，能夠解決常用的電纜局部放電檢測(cè)方法在實(shí)際檢測(cè)時(shí)難以定位局放信號(hào)源的問(wèn)題，為高壓電纜狀態(tài)檢測(cè)提供了很好的技術(shù)支撐手段。

電纜，中間接頭，局部放電，雙端定位，檢測(cè)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力電纜得到了廣泛的應(yīng)用，主要是用于傳輸和分配電能，以及連接各種電氣設(shè)備。交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜由于具有良好的電氣性能等一系列優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中廣泛使用，其安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性不斷提高。但隨著電纜線路運(yùn)行年限的不斷增長(zhǎng)，老化和擊穿導(dǎo)致的絕緣故障仍時(shí)有發(fā)生[1]，也是電力運(yùn)行單位亟待解決的難題。

高壓交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣故障絕大部分發(fā)生在中間接頭位置或電纜終端接頭位置。目前高壓XLPE電纜接頭主要是全預(yù)制式硅橡膠絕緣接頭，在接頭制作或施工過(guò)程中會(huì)殘留一些氣泡或摻入其他雜質(zhì)，或者由于施工作業(yè)不規(guī)范導(dǎo)致的缺陷，在這些區(qū)域，其擊穿場(chǎng)強(qiáng)低于平均場(chǎng)強(qiáng)，在這些區(qū)域就會(huì)發(fā)生局部放電，在電場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下發(fā)生絕緣擊穿事故。因此，電纜中間接頭局部放電則是導(dǎo)致高壓交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣故障的主要因素[2]。及時(shí)檢測(cè)并發(fā)現(xiàn)電纜中間接頭局部放電，防止因絕緣故障導(dǎo)致的非計(jì)劃停運(yùn)，對(duì)于保障高壓電纜安全運(yùn)行極其重要。

1 中間接頭局部放電檢測(cè)方法與存在的問(wèn)題

1.1 檢測(cè)方法

局部放電的檢測(cè)都是以局部放電時(shí)所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象和某些物理量的突變?yōu)橐罁?jù)，如電脈沖、電磁波、超聲波、光、熱等，各種局部放電檢測(cè)方法分別測(cè)量不同的單一或多種現(xiàn)象和物理量，主要有以下幾種檢測(cè)方法[3]：

1) 超聲波局部放電檢測(cè)。一般通過(guò)超聲波探頭，在電纜終端套管或GIS外殼等部位進(jìn)行檢測(cè)，也可在具備檢測(cè)條件的地方，如電纜隧道或工井中的電纜中間接頭上進(jìn)行檢測(cè)。

2) 高頻局部放電檢測(cè)。主要在電纜終端、中間接頭的接地線位置，安裝高頻CT或其他類型的傳感器進(jìn)行檢測(cè)，是應(yīng)用最廣泛的一種局部放電檢測(cè)方法。

3)超高頻局部放電檢測(cè)。利用超高頻傳感器從GIS電纜終端環(huán)氧套管法蘭處進(jìn)行信號(hào)耦合和檢測(cè)，但易受環(huán)境噪聲干擾。

4)震蕩波局部放電檢測(cè)。主要適用于35 kV及以下電纜線路的停電檢測(cè)，本文不作討論。

1.2 存在的問(wèn)題

目前，天津電網(wǎng)高壓電纜敷設(shè)方式主要以溝槽或排管、拉管為主，超聲波局放檢測(cè)只適用于站內(nèi)電纜終端或隧道內(nèi)中間接頭，超高頻局部放電檢測(cè)只適用于站內(nèi)電纜終端，因此只有高頻局部放電檢測(cè)方法適用。雖然有一些對(duì)于局部放電定位的研究技術(shù)[4-6]，但高頻局放檢測(cè)存在定位困難的問(wèn)題，特別是含有直通接頭的電纜，在檢測(cè)出局部放電信號(hào)后，往往不能確定信號(hào)源位置，為停電處理、及時(shí)消缺帶來(lái)極大的困擾。

2 雙端定位局部放電檢測(cè)方法

局部放電信號(hào)在XLPE電纜中間接頭中傳播具有一定特性[7]，局部放電信號(hào)會(huì)從信號(hào)源沿電纜兩端傳播。檢測(cè)時(shí)在電纜沿線兩端測(cè)試點(diǎn)部署局放檢測(cè)儀，使用GPS授時(shí)，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格時(shí)鐘同步。兩臺(tái)局放檢測(cè)儀同時(shí)檢測(cè)并記錄波形到達(dá)的時(shí)刻，通過(guò)軟件算法，在確定電纜長(zhǎng)度后，根據(jù)時(shí)間差可以精確計(jì)算出局放源的位置，原理圖如圖1所示。

圖1 雙端定位局放檢原理圖Fig.1 Schematic diagram of two-terminal locationpartial discharge detection

電纜雙端局部放電檢測(cè)方法可以實(shí)現(xiàn)軟件自動(dòng)定位，根據(jù)脈沖放電時(shí)間差精確定點(diǎn)，大幅度提高定位成功率。

3 220 kV 電纜中間接頭局放檢測(cè)案例分析

3.1 事故經(jīng)過(guò)

2016年6月，運(yùn)行人員在對(duì)某220 kV電纜線路中間接頭進(jìn)行高頻局部放電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)4號(hào)B相接頭和5號(hào)B相接頭均檢測(cè)到局部放電信號(hào)，兩個(gè)接頭A、C相均未檢測(cè)到放電信號(hào)。因5號(hào)接頭曾發(fā)生過(guò)故障，更換為一個(gè)直通頭和一個(gè)絕緣接頭，檢測(cè)位置系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 檢測(cè)位置系統(tǒng)圖Fig.2 System diagram of detection position

其中4號(hào)中間接頭B相局放圖譜如圖3所示，5號(hào)中間接頭B相局放圖譜如圖4所示。

圖3 4號(hào)接頭B相高頻局放檢測(cè)譜圖Fig.3 Spectrograms of No.4 joint B-phase highfrequency partial discharge detection

從放電譜圖和放電波形中可以看出，4號(hào)接頭和5號(hào)接頭均檢測(cè)到放電信號(hào)，5號(hào)接頭放電信號(hào)幅值大于4號(hào)接頭，但4號(hào)接頭與5號(hào)接頭間存在一個(gè)直通接頭，無(wú)法定位信號(hào)源，給停電消缺工作帶來(lái)了很大困擾。

2016年8月，運(yùn)行人員采用雙端定位局部放電檢測(cè)方法對(duì)該220 kV電纜線路4號(hào)接頭和5號(hào)接頭再次進(jìn)行高頻局放檢測(cè)，檢測(cè)接線原理圖如圖5所示。

圖4 5號(hào)接頭B相高頻局放檢測(cè)譜圖Fig.4 Spectrograms of No.5 joint B-phase highfrequency partial discharge detection

圖5 檢測(cè)接線原理圖Fig.5 Schematic diagram of wiring detection

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)4號(hào)B相接頭和5號(hào)B相接頭均檢測(cè)到局部放電信號(hào)，兩個(gè)接頭A、C相均未檢測(cè)到放電信號(hào)。4號(hào)B相接頭局部放電圖譜如圖6所示，5號(hào)中間接頭B相局放圖譜如圖7所示。

4號(hào)電纜接頭B相處的局部放電幅值約30 mV，5號(hào)電纜接頭B相處的局部放電幅值約110 mV。通過(guò)GPS對(duì)時(shí)，對(duì)4號(hào)和5號(hào)電纜接頭實(shí)施雙端定位，定位顯示放電源靠近5號(hào)接地箱，距離4號(hào)接地箱469 m，距離5號(hào)接地箱5.8 m。軟件定位分析圖如圖8所示。

圖6 4號(hào)接頭B相高頻局放檢測(cè)譜圖Fig.6 Spectrograms of No.4 joint B-phase highfrequency partial discharge detection

圖7 5號(hào)接頭B相高頻局放檢測(cè)譜圖Fig.7 Spectrograms of No.5 joint B-phase highfrequency partial discharge detection

圖8 軟件定位分析圖Fig.8 Software locating analysis diagram partial discharge detection

考慮到電纜行波速度誤差(取170 m/μs)、電纜長(zhǎng)度記錄誤差和電纜接頭接地線長(zhǎng)度，故放電源位置確定為5號(hào)絕緣接頭,因局部放電幅值持續(xù)增加，考慮到電纜線路安全運(yùn)行，決定進(jìn)行停電處理。

3.2 解體檢查

該220kV電纜線路停電后，對(duì)5號(hào)B相絕緣接頭進(jìn)行了解體檢查，檢查發(fā)現(xiàn)電纜接頭外觀正常， 電纜接頭解剖后發(fā)現(xiàn)絕緣體有黑色顆粒物質(zhì)，如圖9所示。

圖9 絕緣體上黑色顆粒物質(zhì)Fig.9 Black particulate matter on insulators

經(jīng)過(guò)分析，黑色顆粒物質(zhì)可能為接頭制作過(guò)程中殘留物質(zhì)附著到絕緣上，導(dǎo)致發(fā)生局部放電。經(jīng)停電處理后，故障排除，送電運(yùn)行后未檢測(cè)到局部放電信號(hào)，成功避免了一起220 kV電纜中間接頭絕緣故障。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了幾種常用的電纜局部放電檢測(cè)方法，分析了幾種方法在實(shí)際檢測(cè)時(shí)共同存在的問(wèn)題，即難以定位局部放電信號(hào)源。通過(guò)采用雙端定位局部放電檢測(cè)方法，很好地解決了上述難題，并且在一起220 kV電纜線路局部放電檢測(cè)中成功定位信號(hào)源位置，避免了一起電纜中間接頭絕緣故障。綜上，主要有以下幾點(diǎn)體會(huì)：

1) 通過(guò)對(duì)電纜線路進(jìn)行局放檢測(cè)，可以有效發(fā)現(xiàn)電纜線路局部放電，避免線路發(fā)生因局部放電導(dǎo)致的絕緣故障。

2) 每種檢測(cè)方法均有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際工作中可以采用多種檢測(cè)方法聯(lián)合診斷，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互相驗(yàn)證，最終確定電纜局部放電位置及類型。

3) 雙端定位局部放電檢測(cè)方法能夠快速進(jìn)行局放信號(hào)源定位，大幅度提高缺陷位置定位成功率，為及時(shí)停電處理，避免發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)提供決策依據(jù)。

[1] 劉剛，劉毅剛．高壓交聯(lián)聚乙烯電纜試驗(yàn)及維護(hù)技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2001：44-49．

LIU Gang, LIU Yigang. Test and maintenance technology of high voltage XLPE cable[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2001: 44-49.

[2] 張義龍，李立學(xué)，鄭益慧，等．1 1 0 kV電纜中間接頭局部放電高頻電磁檢測(cè)與優(yōu)化[J]．電氣自動(dòng)化，2015，37(6)：102—105．

ZHANG Yilong, LI Lixue, ZHENG Yihui, et al. High-frequency electromagnetic detection and optimization of partial discharge of 110 kV cable intermediate heads[J]. Electrical Automation, 2015, 37(6): 102-105.

[3] 趙健康.Q/GDW 11316-2014，電力電纜線路試驗(yàn)規(guī)程[S]．北京：國(guó)家電網(wǎng)公司，2014．

[4] 唐炬，黃亮，曾福平，等．一種多樣本信息的局部放電源逐次逼近定位方法[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31(10)：119-126．

TANG Ju, HUANG Liang, ZENG Fuping, et al. A positioning approach based on successive approximation of multi-samples for partial discharge source[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2016, 31(10): 119-126.

[5] 劉彥軍，楊澤強(qiáng)，郭家?。娎|局部放電的行波定位法[J]．電世界，2015(6)：8-9．

LIU Yanjun, YANG Zeqiang, GUO Jiajian. Traveling wave location method for partial discharge of cables[J]. Electrical World, 2015(6): 8-9.

[6] 趙柏山，俞揚(yáng)．電力電纜局部放電定位方法探析[J]．儀器儀表用戶，2016， 23(3)：33-35．

ZHAO Boshan, YU Yang. The analysis of partial discharge location detection methods in power cable[J]. Electronic Instrumentation Customers, 2016, 23(3): 33-35.

[7] 楊陳波，黃鋒，郭金明，等．局部放電信號(hào)在XLPE電纜中間接頭中傳播特性的研究[J]．電線電纜，2015，6(6)：11-16．

YANG Chenbo, HUANG Feng, GUO Jinming, et al. Simulation analysis on the propagation characteristics of PD in XLPE cable joints[J]. Electric Wire & Cable, 2015, 6(6): 11-16.

Partial discharge detection and application of cable intermediate joint based on two-terminal location

LIN Guozhou, WANG Rongliang, WEI Zhanpeng, YIN Zhen, LI Lubo

(Maitenance Company of State Grid Tianjin Electric Power Co., Ltd., Tianjin 300250, China)

There often appeared unplanned outage event that resulted from the insulation failure of high-voltage cable intermediate joint, while, the internal discharge signal often occurs inside the joint before the fault. Therefore, it is key for cable insulation fault prevention to immediately detect and solve the factors that cause the partial discharge signal. For this reason, a partial discharge detection method of cable intermediate joint based on two-terminal location is introduced in this paper, which is able to solve the problem that the commonly used cable partial discharge detection method can not locate the partial signal source at the time of actual detection. The method provides a good technical support means for high-voltage cable state detection.

cable; intermediate joint; partial discharge; two-terminal location; detection

2017-04-24;

2017-07-12。

林國(guó)洲(1988—),男，碩士研究生，從事電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與技術(shù)研究及電纜運(yùn)行管理工作。

TM247

A

2095-6843(2017)06-0536-04

(編輯陳銀娥)