肖勇

摘 要：電網(wǎng)運(yùn)行期間，因各種因素的影響電纜可能出現(xiàn)故障，及時(shí)、準(zhǔn)確的找到故障部位，是檢修工作的前提。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，局部放電測量技術(shù)在電纜故障預(yù)定位中的應(yīng)用普遍。本文首先介紹了電纜故障預(yù)定位的發(fā)展現(xiàn)狀，然后分析了局部放電測量技術(shù)的功能特點(diǎn)和類型，最后探討了該技術(shù)在電纜故障預(yù)定位中的具體應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：電纜故障;預(yù)定位;局部放電;測量技術(shù);優(yōu)點(diǎn);應(yīng)用

中圖分類號：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）06-0176-02

0 引言

隨著我國電網(wǎng)工程建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，電纜故障時(shí)有發(fā)生。局部放電測量技術(shù)，是對電纜試品進(jìn)行一次局部放電，此時(shí)試品兩端會產(chǎn)生瞬時(shí)電壓變化;經(jīng)過耦合電容時(shí)，會耦合到檢測阻抗，回路中產(chǎn)生脈沖電流;再經(jīng)過檢測阻抗時(shí)，會產(chǎn)生脈沖電壓。對該脈沖電壓進(jìn)行采樣、放大、顯示處理，就能得到放電量等參數(shù)，作為電纜故障的定位依據(jù)。以下結(jié)合實(shí)踐，探討了局部放電測量技術(shù)在電纜故障預(yù)定位中的應(yīng)用。

1 局部放電測量技術(shù)的功能特點(diǎn)和類型

1.1 功能特點(diǎn)

基于局部放電測量技術(shù)下研發(fā)的檢測系統(tǒng)，性能符合IEC-270標(biāo)準(zhǔn)、GB7354標(biāo)準(zhǔn)的要求，功能特點(diǎn)如下：（1）測試工作由程序自動控制，不論是測量還是分析更加方便;（2）可對放電圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、打印，并能自動生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告;（3）可選擇不同顯示方式，對局部放電脈沖進(jìn)行測量、觀察、分析;（4）利用二維、三維局部放電圖譜，具有豐富的信息量;（5）采用數(shù)字開窗技術(shù)，能避免外界因素對測量過程的影響;（6）雙通道測量技術(shù)、數(shù)字差分技術(shù)，可抑制干擾脈沖信號，平衡測量回路;（7）有利于構(gòu)建測量數(shù)據(jù)庫、定位數(shù)據(jù)庫。

1.2 類型

第一，標(biāo)準(zhǔn)脈沖電流法。該方法是檢測阻抗、變壓器套管接地線、外殼接地線、鐵心接地線、繞組中的脈沖電流，從而得到放電量，目前應(yīng)用最廣泛。該技術(shù)的應(yīng)用，滿足IEC-270標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中，關(guān)于交流條件下局部放電的測試，也適用于直流條件下的測試。其中，直測法應(yīng)用期間，受到現(xiàn)場環(huán)境的影響，因干擾容易影響測試的靈敏度;平衡法則具有抑制共模干擾的性能，相比于直測法應(yīng)用更有優(yōu)勢。

第二，分布局放檢測法。是利用300-3000MHz的超高頻電信號，對局部絕緣放電進(jìn)行定位和檢測，并且具有抗干擾功能。該檢測方法的優(yōu)點(diǎn)包括：①放電脈沖能量和頻帶寬成正比，只考慮元件熱噪聲對靈敏度的影響時(shí)，利用超頻寬帶進(jìn)行檢測，能提高靈敏度;②利用寬頻，可以抑制電網(wǎng)線路產(chǎn)生的電磁干擾;利用窄頻，可以和局部放電信號相區(qū)分。

2 標(biāo)準(zhǔn)脈沖電流法在電纜故障預(yù)定位中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)原理

在35kv及以下等級的電纜線路中，可以采用標(biāo)準(zhǔn)脈沖電流法查找故障位置，IEC270測量回路見下圖1。其中Ca代表故障電纜，Ck代表耦合電容，CD代表檢測阻抗，MI代表局放檢測儀。

具體操作時(shí)，首先利用外施電源，對故障電纜加壓，電壓緩慢增加時(shí)，會激發(fā)高阻故障位置的局放;然后使用測量回路檢測局放，利用耦合電容、檢測阻抗，獲得放電信號;最后采用行波法，查找局放故障點(diǎn)。高阻故障點(diǎn)產(chǎn)生局放后，信號會向電纜兩端傳輸，根據(jù)反射路徑的不同，檢測設(shè)備會接收到3個(gè)脈沖信號。其中，故障點(diǎn)距離近端為L1，故障點(diǎn)距離遠(yuǎn)端為L2，電纜的總長度為L;脈沖信號傳輸?shù)浇说臅r(shí)間，分別設(shè)置為t1、t2、t3，此時(shí)可以得到：

（式1）

（式2）

其中，V取值在168—172m/μs之間;、經(jīng)測試后計(jì)算可以得到。如此，可知故障點(diǎn)和近端、遠(yuǎn)端之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)故障定位的目標(biāo)。

2.2 工程實(shí)例

以某10kv電力工程為例，電纜在投入運(yùn)行前，檢測發(fā)現(xiàn)V相對地絕緣電阻為28MΩ;投入運(yùn)行后，3分鐘出現(xiàn)跳閘，測試結(jié)果顯示，此時(shí)絕緣電阻為5MΩ，而且泄露電流的數(shù)值較大。對此，采用沖擊電壓定位故障，將電壓強(qiáng)度設(shè)置在16kv，多次嘗試后故障點(diǎn)依然未擊穿。對此，采用標(biāo)準(zhǔn)脈沖回路法，使用外源電壓對故障電纜加壓處理，當(dāng)電壓等級增加至3.5kv時(shí)，能檢測到局放信號;繼續(xù)加壓到3.8kv，局放信號的相位圖特征明顯，放電量為200pC左右。

然后采用行波法，局放儀可以檢測到相鄰3個(gè)局放信號的脈沖圖，其中1、2兩個(gè)信號之間的時(shí)間差為715ns，2、3兩個(gè)信號之間的時(shí)間差為1.12μs，信號傳輸速度為172m/μs。將以上數(shù)據(jù)帶入式1、式2，可以得到故障點(diǎn)和近端、遠(yuǎn)端的距離分別為96.3m、61.5m。結(jié)合實(shí)際情況，最終在距離測量點(diǎn)96m的部位，發(fā)現(xiàn)了故障點(diǎn)。

3 分布局放檢測法在電纜故障預(yù)定位中的應(yīng)用

3.1 技術(shù)原理

在110kv及以上等級的電纜線路中，電纜容量較大，如果使用IEC270測量回路，其測量靈敏度較低，背景噪聲會影響局放信號，不利于測量工作的開展。此外，高等級電纜的線路更長，如果故障點(diǎn)和局放檢測點(diǎn)之間的距離遠(yuǎn)，放電信號在傳輸過程中，信號強(qiáng)度會明顯減弱，到達(dá)檢測點(diǎn)時(shí)，可能無法有效耦合信號，導(dǎo)致故障定位工作中斷。因此，依然采用IEC270測量回路，不滿足實(shí)際工作需求，無法完成故障的定位。

對此，可以嘗試采用分布局放檢測法，首先在電纜接頭的接地線上，安裝高頻傳感器，對局放信號進(jìn)行耦合采集，并且及時(shí)傳輸至主機(jī)上，對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。在電纜中，放電信號明顯衰減，且高頻信號的衰減強(qiáng)度更大，低頻信號的衰減強(qiáng)度較小。比較局放信號的幅值變化，分析最高檢測頻帶，即可對放電點(diǎn)進(jìn)行定位，判斷局放信號的傳播方向。分布局放檢測法的應(yīng)用，采集裝置具有同步性，因此時(shí)間誤差較小，通過分析該時(shí)間差，即可實(shí)現(xiàn)定位目標(biāo)。

假設(shè)電纜故障點(diǎn)為O，相鄰兩個(gè)接頭分別為A、B，將OA之間的距離記為x1，將OB之間的距離記為x2，局放信號的傳輸速度為v，電纜總長度為L，可得到：

（式3）

（式4）

式中L、v均是已知量，經(jīng)測量可以得到，從而計(jì)算出x1、x2的值。如此，可知故障點(diǎn)和近端、遠(yuǎn)端之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)故障定位的目標(biāo)。

此外還有一種特殊情況，如果故障點(diǎn)在相鄰2個(gè)局放檢測點(diǎn)的同一側(cè)，那么信號到達(dá)2個(gè)裝置的時(shí)間差t，計(jì)算方式如下：

（式5）

檢測到故障放電信號的接頭，對比采集裝置接收到信號的時(shí)間差，如果時(shí)間差相同，則說故障點(diǎn)在放電幅值最大的接頭上;如果時(shí)間差不同，說明故障點(diǎn)在時(shí)間差最小的相鄰兩組接頭之間，具體位置通過式4、式5計(jì)算后可得到。

3.2 工程實(shí)例

以某110kv電力工程為例，U相耐壓試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)閃絡(luò)性故障。采用分布局放檢測法，對故障進(jìn)行定位，其中電纜長度為5km，有中間接頭9組，終端接頭2組。故障定位期間，在3#、4#、5#、6#、7#5個(gè)接頭上，均檢測到局放信號。其中，5個(gè)接頭的最高檢測頻帶、局放信號幅值分別是：3#接頭為3MHz、4.6pC;4#接頭為6MHz、187.8pC;5#接頭為10MHz、650.1pC;6#接頭為4MHz、73.7pC;7#接頭為2MHz、2.2pC。分析可知，5#接頭的檢測頻帶最高，局放信號幅值最大，因此初步判斷故障點(diǎn)和5#接頭的距離最近。

然后利用傳感器，獲得相鄰電纜接頭的放線信號，并計(jì)算時(shí)間差，結(jié)果顯示：3#與4#接頭的時(shí)間差為2.91μs;4#與5#接頭的時(shí)間差為2.56μs;5#與6#接頭的時(shí)間差為2.91μs;6#與7#接頭的時(shí)間差為2.90μs。分析可知，4#與5#接頭的時(shí)間差最小，可判斷故障點(diǎn)是在4#接頭與5#接頭之間。選取該區(qū)段的電纜，對放電脈沖進(jìn)行研究，可得脈沖信號時(shí)間差為2.56μs，放電信號的傳輸速度為172m/μs，該段電纜長度為500m。將以上數(shù)據(jù)帶入式3、式4，可得故障點(diǎn)距離4#接頭、5#接頭分別為470.1m、 29.8m。結(jié)合實(shí)際情況，最終在距離4#接頭470m的部位，發(fā)現(xiàn)了故障點(diǎn)。

4 結(jié)語

隨著我國電網(wǎng)工程規(guī)模擴(kuò)大，電纜線路在長時(shí)間運(yùn)行后，發(fā)生故障的概率明顯提高。文中首先總結(jié)了傳統(tǒng)故障定位法的缺點(diǎn)，指出局部放電測量技術(shù)的功能特點(diǎn)，從標(biāo)準(zhǔn)脈沖電流法、分布局放檢測法兩個(gè)方面，介紹了在電纜故障預(yù)定位中的應(yīng)用，并結(jié)合工程案例進(jìn)行分析。希望為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，提高故障檢修效率，保證電力供應(yīng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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