劉 維，呂 朝，李書全

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振蕩波局放檢測技術(shù)在鐵路電力電纜測試中的應(yīng)用

劉 維，呂 朝，李書全

簡要介紹了電纜振蕩波局放檢測技術(shù)的原理，通過實際應(yīng)用驗證了振蕩波局放檢測技術(shù)的良好檢測能力，同時對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、運行維護(hù)簡單等優(yōu)點，因此被廣泛運用于城市配電網(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)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》對中壓電纜局放試驗未進(jìn)行強(qiáng)制性規(guī)定，目前電纜的交接試驗多以常規(guī)的絕緣耐壓試驗為主，雖然能夠發(fā)現(xiàn)電纜絕緣中存在的明顯缺陷，但電纜投運后仍時有故障發(fā)生。振蕩波局放檢測技術(shù)作為一種新型檢測技術(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、操作簡單等優(yōu)點，使其大受歡迎。

1 電纜振蕩波局部放電檢測技術(shù)

電纜具有容性，并隨著電纜截面增大、長度增加，其等效電容量增大，使得大長電纜試驗所需的工頻檢測設(shè)備功率高、體積龐大，現(xiàn)場試驗難以實現(xiàn)。變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗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)場搬運、組裝困難，效率較低。而且施工檢修現(xiàn)場往往不具備對電纜進(jìn)行交流耐壓試驗的條件，而直流耐壓試驗因試驗電壓較高，危險性較大，故障檢出率低，還會對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技術(shù)和定位技術(shù)是目前國際上應(yīng)用較為廣泛的能有效檢測和定位中高壓電纜局部放電位置且檢測時不對電纜造成傷害的技術(shù)。國內(nèi)已有多家科研單位對振蕩波檢測原理及與工頻檢測試驗的等效性進(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)耐壓檢測試驗。傳統(tǒng)檢測試驗方法可發(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（運行后可能導(dǎo)致故障）。隱藏潛在缺陷表現(xiàn)為短時存在，短期內(nèi)不影響電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，但隨著時間增加，絕緣介質(zhì)在運行電壓下不斷出現(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。

振蕩波局放檢測能一次性反映整根電纜的絕緣情況，通過定量的局放技術(shù)指標(biāo)判斷絕緣缺陷，還具有局放點定位功能，可協(xié)助試驗人員迅速、準(zhǔn)確查找局放集中位置，迅速處理故障。振蕩波局放測試設(shè)備具有輕便靈活、便于攜帶及運輸、操作簡單等優(yōu)點，而且可以用于長大電纜的檢測。該檢測技術(shù)在現(xiàn)場檢測時所消耗的功率非常低，因此對試驗電源功率要求也較低，有利于現(xiàn)場組織開展試驗。用于電力電纜交接檢測試驗時，可以檢測電纜敷設(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)防性試驗時，可以檢測電纜長期運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 檢測原理

2.1 局放測試原理

振蕩波局放檢測采用LC振蕩原理，將被測電纜與檢測設(shè)備相連，通過高壓電源HV對被測電纜持續(xù)加壓，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)電壓時閉合高壓開關(guān)Switch，通過電纜電容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，并通過高壓高頻耦合器Cc及高速采樣回路CD采集局放信號，從而達(dá)到檢測的目的，原理如圖1所示。

圖1 振蕩波局放檢測原理

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

表1 MV30振蕩波局放檢測裝置主要參數(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測量校準(zhǔn)，待校準(zhǔn)完成后，必須移除PD校準(zhǔn)器方可開始測試。

2.2 局放定位原理

電纜局部放電的定位采用時域脈沖反射定位法。局放發(fā)生處放電脈沖會沿兩側(cè)電纜進(jìn)行傳播，其中一個脈沖直接到達(dá)測試端，另一個脈沖經(jīng)電纜末端反射后到達(dá)測試端，根據(jù)2個脈沖到達(dá)測試端的時差，在已知電纜總長度及信號在電纜中傳播速度的情況下，可計算局部放電發(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)場應(yīng)用

在某鐵路電力電纜測試中，對48根型號為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。

被測電纜長度主要在150～3 000 m范圍，實際測試中，振蕩頻率集中在200～600 Hz范圍內(nèi)。經(jīng)過局放檢測試驗，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)過數(shù)據(jù)分析后對13個中間接頭進(jìn)行處理并重新進(jìn)行復(fù)測；對復(fù)測仍存在問題的3個接頭進(jìn)行更換直至檢測正常。

雖然目前對電纜本體、中間接頭、終端頭的局放量判定指標(biāo)還沒有確定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但絕緣缺陷部位的局放量相對于其他正常部位會有明顯變化，且局放量會隨測試電壓的升高而急劇增大。統(tǒng)計了該次檢測的局放量，可能是受電源質(zhì)量等因素影響，在未升壓時整體環(huán)境噪音均較大，但相對于環(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，個別點可達(dá)數(shù)萬pC。

圖4 某段電纜的局放分布圖

圖4為對某電纜進(jìn)行振蕩波局放檢測與定位的結(jié)果，并已判斷集中點位置的放電為電纜內(nèi)部缺陷產(chǎn)生。圖中顯示放電點集中的位置即為缺陷在電纜中的位置（以振蕩波測試端為起點），通過電纜的測距信息或沿分布圖即可判斷放電點所處的位置（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，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)過處理、更換后，缺陷點的局放水平應(yīng)降為環(huán)境噪音水平。

4 局放異常原因分析

通過對處理、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。主要存在以下問題：

（1）絕緣損傷。主要是因為在去除電纜半導(dǎo)體層時，對主絕緣造成物理損傷，具體表現(xiàn)為用力過猛，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)過程中彎曲半徑過小，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）錯用膠帶。誤將用于相別標(biāo)識的普通膠帶當(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。對引起絕緣缺陷的各種情況進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 絕緣缺陷情況統(tǒng)計

如果上述缺陷未檢出或未做處理將會埋下安全隱患。通過該次實際應(yīng)用，驗證了電纜振蕩波局放檢測技術(shù)的優(yōu)點，同時也發(fā)現(xiàn)了電力電纜安裝、制作過程中的諸多問題。

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)系到電纜長期安全運行的穩(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)過程中對電纜造成傷害，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)行驗收規(guī)范，發(fā)現(xiàn)問題立即督促整改，必要時留影像資料備查。

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

6 結(jié)語

振蕩波電纜局放檢測技術(shù)具有良好的局部放電檢測能力，能有效檢測電纜絕緣缺陷，準(zhǔn)確定位故障點，縮短故障處理時間，且較常規(guī)檢測項目更能及時發(fā)現(xiàn)絕緣問題，且檢測設(shè)備體積小、重量較輕，對電源功率要求低，接線簡單，操作簡便，大大縮短了整體試驗時間，提高了試驗效率，建議將其列入中壓電纜交接試驗及預(yù)防性試驗項目。

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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，李書全.中鐵電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司，高級工程師。