劉 維，呂 朝，李書(shū)全

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振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)在鐵路電力電纜測(cè)試中的應(yīng)用

劉 維，呂 朝，李書(shū)全

簡(jiǎn)要介紹了電纜振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)的原理，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)的良好檢測(cè)能力，同時(shí)對(duì)引起電纜局放量異常的原因進(jìn)行分析和總結(jié)，并提出了應(yīng)對(duì)措施。

振蕩波；局部放電；電力電纜

0 引言

交聯(lián)聚乙烯電纜具有良好的電氣性能，并具有易敷設(shè)、耐高溫、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛運(yùn)用于城市配電網(wǎng)，鐵路10 kV電力工程中也大量采用了交聯(lián)聚乙烯中壓電纜。GB 50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)中壓電纜局放試驗(yàn)未進(jìn)行強(qiáng)制性規(guī)定，目前電纜的交接試驗(yàn)多以常規(guī)的絕緣耐壓試驗(yàn)為主，雖然能夠發(fā)現(xiàn)電纜絕緣中存在的明顯缺陷，但電纜投運(yùn)后仍時(shí)有故障發(fā)生。振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)作為一種新型檢測(cè)技術(shù)能有效發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣缺陷，并迅速定位絕緣缺陷部位，加之其具有輕便靈活、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，使其大受歡迎。

1 電纜振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)

電纜具有容性，并隨著電纜截面增大、長(zhǎng)度增加，其等效電容量增大，使得大長(zhǎng)電纜試驗(yàn)所需的工頻檢測(cè)設(shè)備功率高、體積龐大，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)。變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置具有良好的工頻等效性，但所用電抗器體積、重量依然較大，且數(shù)量較多，現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)、組裝困難，效率較低。而且施工檢修現(xiàn)場(chǎng)往往不具備對(duì)電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的條件，而直流耐壓試驗(yàn)因試驗(yàn)電壓較高，危險(xiǎn)性較大，故障檢出率低，還會(huì)對(duì)電纜造成不可逆的損傷從而可能引發(fā)新的故障，已不被推薦采用。

振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)和定位技術(shù)是目前國(guó)際上應(yīng)用較為廣泛的能有效檢測(cè)和定位中高壓電纜局部放電位置且檢測(cè)時(shí)不對(duì)電纜造成傷害的技術(shù)。國(guó)內(nèi)已有多家科研單位對(duì)振蕩波檢測(cè)原理及與工頻檢測(cè)試驗(yàn)的等效性進(jìn)行了相關(guān)研究，許多地區(qū)已經(jīng)嘗試采用并用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)耐壓檢測(cè)試驗(yàn)。傳統(tǒng)檢測(cè)試驗(yàn)方法可發(fā)現(xiàn)一般、明顯的絕緣缺陷，但不能發(fā)現(xiàn)隱藏、潛在的缺陷（運(yùn)行后可能導(dǎo)致故障）。隱藏潛在缺陷表現(xiàn)為短時(shí)存在，短期內(nèi)不影響電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，但隨著時(shí)間增加，絕緣介質(zhì)在運(yùn)行電壓下不斷出現(xiàn)局部放電，產(chǎn)生累積效應(yīng)，使得絕緣性能逐漸劣化，并使局部缺陷逐漸擴(kuò)大，最后導(dǎo)致絕緣缺陷部位徹底被擊穿。

振蕩波局放檢測(cè)能一次性反映整根電纜的絕緣情況，通過(guò)定量的局放技術(shù)指標(biāo)判斷絕緣缺陷，還具有局放點(diǎn)定位功能，可協(xié)助試驗(yàn)人員迅速、準(zhǔn)確查找局放集中位置，迅速處理故障。振蕩波局放測(cè)試設(shè)備具有輕便靈活、便于攜帶及運(yùn)輸、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且可以用于長(zhǎng)大電纜的檢測(cè)。該檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)所消耗的功率非常低，因此對(duì)試驗(yàn)電源功率要求也較低，有利于現(xiàn)場(chǎng)組織開(kāi)展試驗(yàn)。用于電力電纜交接檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)，可以檢測(cè)電纜敷設(shè)、中間頭制作、終端頭制作、安裝工藝中存在的絕緣缺陷；用于電力預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，可以檢測(cè)電纜長(zhǎng)期運(yùn)行后的絕緣狀況以及確認(rèn)電纜終端頭和中間接頭維修后的狀態(tài)。

2 檢測(cè)原理

2.1 局放測(cè)試原理

振蕩波局放檢測(cè)采用LC振蕩原理，將被測(cè)電纜與檢測(cè)設(shè)備相連，通過(guò)高壓電源HV對(duì)被測(cè)電纜持續(xù)加壓，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)電壓時(shí)閉合高壓開(kāi)關(guān)Switch，通過(guò)電纜電容Ccable與設(shè)備電感L發(fā)生串聯(lián)諧振，產(chǎn)生低阻尼振蕩電壓，以此激發(fā)電纜及其附件中絕緣薄弱位置的局部放電，并通過(guò)高壓高頻耦合器Cc及高速采樣回路CD采集局放信號(hào)，從而達(dá)到檢測(cè)的目的，原理如圖1所示。

圖1 振蕩波局放檢測(cè)原理

Onsite MV30振蕩波電纜局部放電檢測(cè)裝置主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。其測(cè)試接線如圖2所示。

表1 MV30振蕩波局放檢測(cè)裝置主要參數(shù)

注：局放分析軟件需配合筆記本使用。

圖2 MV30振蕩波局放檢測(cè)接線示意圖

需要注意的是，各部分連接完成后需要利用PD校準(zhǔn)器進(jìn)行PD測(cè)量校準(zhǔn)，待校準(zhǔn)完成后，必須移除PD校準(zhǔn)器方可開(kāi)始測(cè)試。

2.2 局放定位原理

電纜局部放電的定位采用時(shí)域脈沖反射定位法。局放發(fā)生處放電脈沖會(huì)沿兩側(cè)電纜進(jìn)行傳播，其中一個(gè)脈沖直接到達(dá)測(cè)試端，另一個(gè)脈沖經(jīng)電纜末端反射后到達(dá)測(cè)試端，根據(jù)2個(gè)脈沖到達(dá)測(cè)試端的時(shí)差，在已知電纜總長(zhǎng)度及信號(hào)在電纜中傳播速度的情況下，可計(jì)算局部放電發(fā)生的位置=-×/ 2。脈沖反射定位法原理如圖3所示。

圖3 脈沖反射定位法原理示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在某鐵路電力電纜測(cè)試中，對(duì)48根型號(hào)為YJVY62-8.7/15 kV的單芯電纜采用MV30電纜振蕩波（OWTS）系統(tǒng)進(jìn)行了振蕩波局部放電檢測(cè)。

被測(cè)電纜長(zhǎng)度主要在150～3 000 m范圍，實(shí)際測(cè)試中，振蕩頻率集中在200～600 Hz范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)局放檢測(cè)試驗(yàn)，其中8根電纜出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的局部放電現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后對(duì)13個(gè)中間接頭進(jìn)行處理并重新進(jìn)行復(fù)測(cè)；對(duì)復(fù)測(cè)仍存在問(wèn)題的3個(gè)接頭進(jìn)行更換直至檢測(cè)正常。

雖然目前對(duì)電纜本體、中間接頭、終端頭的局放量判定指標(biāo)還沒(méi)有確定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但絕緣缺陷部位的局放量相對(duì)于其他正常部位會(huì)有明顯變化，且局放量會(huì)隨測(cè)試電壓的升高而急劇增大。統(tǒng)計(jì)了該次檢測(cè)的局放量，可能是受電源質(zhì)量等因素影響，在未升壓時(shí)整體環(huán)境噪音均較大，但相對(duì)于環(huán)境噪音，電纜的缺陷部位局放量依然非常明顯，普遍達(dá)數(shù)千pC，個(gè)別點(diǎn)可達(dá)數(shù)萬(wàn)pC。

圖4 某段電纜的局放分布圖

圖4為對(duì)某電纜進(jìn)行振蕩波局放檢測(cè)與定位的結(jié)果，并已判斷集中點(diǎn)位置的放電為電纜內(nèi)部缺陷產(chǎn)生。圖中顯示放電點(diǎn)集中的位置即為缺陷在電纜中的位置（以振蕩波測(cè)試端為起點(diǎn)），通過(guò)電纜的測(cè)距信息或沿分布圖即可判斷放電點(diǎn)所處的位置（電纜本體、中間接頭或終端頭）。從圖中可以看出，電纜在401、1 150、2 306和3 104 m處存在局部放電集中點(diǎn)，其中401 m處的局部放電量接近6 000 pC，1 150 m處高達(dá)12 500 pC，2 306、 3 104 m處的局放量也達(dá)7 000 pC，均需要處理或進(jìn)行更換。經(jīng)過(guò)處理、更換后，缺陷點(diǎn)的局放水平應(yīng)降為環(huán)境噪音水平。

4 局放異常原因分析

通過(guò)對(duì)處理、更換的電纜中間接頭進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)，局放量異常主要是由于接頭制作工藝不良導(dǎo)致。主要存在以下問(wèn)題：

（1）絕緣損傷。主要是因?yàn)樵谌コ娎|半導(dǎo)體層時(shí)，對(duì)主絕緣造成物理?yè)p傷，具體表現(xiàn)為用力過(guò)猛，刀體切入主絕緣產(chǎn)生劃痕，使主絕緣表面呈溝狀，或環(huán)切半導(dǎo)體層時(shí)用力不均，使主絕緣表面呈凹凸不平的坑狀；其次是電纜安裝敷設(shè)過(guò)程中彎曲半徑過(guò)小，主絕緣出現(xiàn)裂紋。

（2）尖端放電。中間接頭壓接管表面未進(jìn)行打磨處理，或絕緣斷口斷面未進(jìn)行打磨倒角處理，存在毛刺。

（3）未做好清潔。剝離半導(dǎo)體層后未進(jìn)行徹底打磨清潔處理或打磨不仔細(xì)，半導(dǎo)體層剝離不凈，留有半導(dǎo)體微粒、線絲于主絕緣表面，導(dǎo)致導(dǎo)體高電位沿半導(dǎo)體微粒或線絲向半導(dǎo)電層爬電。

（4）錯(cuò)用膠帶。誤將用于相別標(biāo)識(shí)的普通膠帶當(dāng)作半導(dǎo)電帶用于接頭處，因絕緣介質(zhì)不同引起放電。

（5）空腔氣隙放電。絕緣部位貼合不嚴(yán)或未充分填充留有空氣間隙，因絕緣介質(zhì)不同、電荷分布不均引起放電。

（6）受潮。施工過(guò)程中潮氣侵入或者電纜中間接頭密封不嚴(yán)，埋入地下后水汽進(jìn)入接頭部位引起絕緣降低。

同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，同一接頭處其局放量增加可能由一種絕緣缺陷引起，也可能由數(shù)種絕緣缺陷共同綜合作用引起，可能既存在主絕緣劃傷，又存在尖端放電和空腔氣隙放電的現(xiàn)象。對(duì)引起絕緣缺陷的各種情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 絕緣缺陷情況統(tǒng)計(jì)

如果上述缺陷未檢出或未做處理將會(huì)埋下安全隱患。通過(guò)該次實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了電纜振蕩波局放檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了電力電纜安裝、制作過(guò)程中的諸多問(wèn)題。

5 局放異常預(yù)防控制措施

電纜中間接頭、終端頭的制作質(zhì)量直接關(guān)系到電纜長(zhǎng)期安全運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，因此，有必要規(guī)范施工管理并采用新技術(shù)、新方法來(lái)保證電纜供電的穩(wěn)定可靠：

（1）加強(qiáng)電纜終端頭、中間接頭制作人員的業(yè)務(wù)能力、素質(zhì)考核，嚴(yán)禁無(wú)能力、資質(zhì)的人員參與制作。

（2）加強(qiáng)人員培訓(xùn)，避免敷設(shè)過(guò)程中對(duì)電纜造成傷害，避免電纜頭制作完成后的二次損壞。

（3）加強(qiáng)旁站監(jiān)督機(jī)制，嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)收規(guī)范，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即督促整改，必要時(shí)留影像資料備查。

（4）電纜耐壓試驗(yàn)建議采用振蕩波局放測(cè)試方法，為了保證及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)隱患，在進(jìn)行傳統(tǒng)交流耐壓試驗(yàn)同時(shí)，還需進(jìn)行振蕩波局放試驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

振蕩波電纜局放檢測(cè)技術(shù)具有良好的局部放電檢測(cè)能力，能有效檢測(cè)電纜絕緣缺陷，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，縮短故障處理時(shí)間，且較常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目更能及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣問(wèn)題，且檢測(cè)設(shè)備體積小、重量較輕，對(duì)電源功率要求低，接線簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，大大縮短了整體試驗(yàn)時(shí)間，提高了試驗(yàn)效率，建議將其列入中壓電纜交接試驗(yàn)及預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目。

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The paper introduces briefly the principles of partial discharge inspection technology for testing of cables; verifies the inspection capability of oscillation wave based partial discharge technology through its practical application, analyzes and summarizes the causes to the abnormal partial discharge of cables, and puts forward the corresponding counter-measures accordingly.

Oscillation wave; partial discharge; power cable

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.05.002

U226.5+1

B

1007-936X(2018)05-0005-03

2018-08-22

劉 維，呂 朝，李書(shū)全.中鐵電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司，高級(jí)工程師。