白 皓，欒 茜，趙祥龍，焦 偉，孫 鵬

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)供電公司，山東 煙臺(tái) 264000；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，山東 臨沂 276000）

0 引言

電纜終端是連接GIS 設(shè)備和電力電纜的電氣設(shè)備，電力電纜絕緣的薄弱位置是中間接頭和終端接頭，大多由于設(shè)計(jì)不良、制作工藝或材料選擇不當(dāng)而帶有缺陷和隱患［1-2］。有的隱患缺陷可在交接驗(yàn)收試驗(yàn)中檢測(cè)出來(lái)，而實(shí)際上多數(shù)隱患缺陷在運(yùn)行中逐漸形成、發(fā)展、劣化直至出現(xiàn)故障［3］。

根據(jù)電力電纜長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，除外力破壞情況外，電纜附件內(nèi)部絕緣缺陷占電力電纜故障比重相對(duì)較高［4-7］。目前，局部放電檢測(cè)技術(shù)被認(rèn)為是對(duì)電力電纜絕緣狀況評(píng)價(jià)的最佳方法［7］。隨著局部放電檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，有效檢測(cè)出局部放電信號(hào)已不是難題，但由于局部放電信號(hào)傳播的復(fù)雜性，確定局部放電源的位置是整個(gè)局部放電檢測(cè)工作的難 點(diǎn)［7-11］。

結(jié)合一起110 kV GIS 電纜終端局部放電缺陷，針對(duì)GIS 電纜終端局部放電異常的分析診斷過(guò)程，對(duì)GIS 應(yīng)用特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)和超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行局部放電檢測(cè)［12］。采用高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)對(duì)電力電纜進(jìn)行檢測(cè)，并采用局部放電源定相和定位技術(shù)確定局部放電源的位置。確定放電源位置后對(duì)設(shè)備進(jìn)行解體檢修，根據(jù)缺陷部件進(jìn)行分析，得出產(chǎn)生缺陷的原因。

1 局部放電檢測(cè)技術(shù)

1.1 特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)

電力設(shè)備內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)的電流脈沖（上升沿為納秒級(jí)） 能在內(nèi)部激發(fā)頻率高達(dá)數(shù)吉赫茲的電磁波，特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)就是通過(guò)檢測(cè)這種電磁波的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)局部放電檢測(cè)的［13-14］。

1.2 超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)

電力設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)及聲波。局部放電導(dǎo)致放電點(diǎn)周?chē)橘|(zhì)的振動(dòng)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生聲波信號(hào)［13］。

1.3 高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)

高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)采用的高頻電流傳感器為羅氏線圈結(jié)構(gòu)，羅氏線圈一般為圓形或矩形，線圈骨架尅選擇空心或者磁性骨架，導(dǎo)線均勻繞制在骨架上［13，15］。

1.4 局部放電定位技術(shù)

目前局部放電定位技術(shù)最常采用的是時(shí)差定位法［16］。時(shí)差法定位法首先判斷放電信號(hào)來(lái)自GIS 內(nèi)部還是外部，檢測(cè)示意如圖1 所示。先將傳感器A放置在盆式絕緣子上，然后將傳感器B 接收信號(hào)面置于空氣中。以傳感器A 為中心，傳感器B 沿盆式絕緣子圓周方向不斷移動(dòng)，若傳感器A 檢測(cè)到的信號(hào)始終領(lǐng)先傳感器B 檢測(cè)到的信號(hào)，則可判斷信號(hào)來(lái)自GIS 設(shè)備內(nèi)部，反之，則信號(hào)是外部干擾信號(hào)［16］。

圖1 時(shí)差定位法檢測(cè)位置

判斷出放電源來(lái)自GIS 內(nèi)部后，采用時(shí)差法定位進(jìn)行放電源位置確認(rèn)。檢測(cè)原理如圖2 所示。在臨近兩側(cè)GIS 盆式絕緣子處分別放置A 和B 傳感器，測(cè)量?jī)蓚鞲衅髦g軸向距離L，并通過(guò)示波器讀取兩傳感器接收信號(hào)時(shí)差Δt，則可計(jì)算出放電源距A傳感器的距離［16］。

GIS 內(nèi)部放電源距A 傳感器距離設(shè)為x，可按下列公式計(jì)算局部放電放電源的具體位置。

式中：c 為電磁波等效傳播速度，3×108m／s；t1為放電信號(hào)到達(dá)傳感器A 所用時(shí)間；t2為放電信號(hào)到達(dá)傳感器B 所用時(shí)間。

圖2 特高頻局部放電時(shí)差法定位原理

2 案例分析

2019 年1 月9 日，在對(duì)220 kV 某變電站110 kV GIS 進(jìn)行特高頻局部放電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)110 kV 某線114 間隔出線電纜氣室有異常放電信號(hào)。該異常信號(hào)放電次數(shù)較少，幅值較大，在工頻的正負(fù)半周均有出現(xiàn)，且具有一定的對(duì)稱(chēng)型，放電重復(fù)率較低，脈沖序列相位分布圖譜具有“外八字”特征，有別于背景信號(hào)。高頻電流測(cè)試時(shí)，有不對(duì)稱(chēng)的兩簇信號(hào)特征。超聲波局部放電檢測(cè)未見(jiàn)明顯放電特征。經(jīng)高頻電流定相和特高頻時(shí)差定位法，定位放電位置在110 kV 某線114 間隔出線電纜終端氣室內(nèi)A 相電纜頭區(qū)域，經(jīng)解體處理發(fā)現(xiàn)在電纜線芯和限位均壓環(huán)之間有明顯的放電痕跡。

2.1 特高頻局部放電檢測(cè)

在110 kV GIS 設(shè)備區(qū)空氣中檢測(cè)，未見(jiàn)異常局部放電信號(hào)，在110 kV 某線114 間隔出線電纜罐氣室處檢測(cè)到異常特高頻局部放電信號(hào)，異常信號(hào)放電次數(shù)較少，一個(gè)工頻周期內(nèi)有兩簇放電信號(hào)，信號(hào)幅值較大，最大值為57 dB，具有典型的懸浮放電特征，檢測(cè)圖譜如圖3 和圖4 所示。

圖3 空氣背景特高頻檢測(cè)圖譜

圖4 電纜氣室特高頻檢測(cè)圖譜

2.2 高頻局部放電檢測(cè)

對(duì)該110 kV 線路114 間隔出線電纜終端ABC三相電纜屏蔽接地線采用高頻電流局部放電檢測(cè)，由高頻電流圖譜可見(jiàn)，檢測(cè)結(jié)果如圖5—圖8 所示，ABC 三相均能檢測(cè)到異常信號(hào)，ABC 三相均有明顯的一大一小兩簇信號(hào)，A 相幅值最大。由于電纜高頻電流檢測(cè)容易外界干擾，現(xiàn)階段該高頻信號(hào)難以有效分析電纜放電情況。

2.3 超聲波局部放電檢測(cè)

對(duì)該110 kV 線路114 間隔出線電纜氣室超聲波局部放電檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)和檢測(cè)圖譜如圖9 所示，超聲波幅值未見(jiàn)異常無(wú)50 Hz、100 Hz 頻率相關(guān)性。

圖5 空氣背景高頻電流檢測(cè)圖譜

圖6 A 相電纜高頻電流檢測(cè)圖譜

圖7 B 相電纜高頻電流檢測(cè)圖譜

圖8 C 相電纜高頻電流檢測(cè)圖譜

2.4 高頻局部放電定相和時(shí)差法定位檢測(cè)

為判斷異常信號(hào)來(lái)自哪一相電纜，將3 個(gè)高頻傳感器分別放在ABC 三相電纜屏蔽接地線上，如圖10 所示。

圖9 110 kV 線114 間隔電纜氣室現(xiàn)場(chǎng)超聲局部放電檢測(cè)和檢測(cè)圖譜

圖10 三相電纜屏蔽線進(jìn)行高頻電流檢測(cè)

A 相電纜屏蔽接地線線上檢測(cè)的信號(hào)的起始沿波形與B、C 兩相上檢測(cè)到的信號(hào)的起始沿波形相位相反，如圖11 所示。由于A 相信號(hào)與B、C 相信號(hào)相反說(shuō)明A 相傳感器檢測(cè)到的局部放電信號(hào)與B、C 相傳感器檢測(cè)到的局部放電信號(hào)方向相反，即局部放電信號(hào)先從A 相電纜終端進(jìn)入接地線，然后再?gòu)耐唤拥胤祷谺、C 相電纜終端。局部放電傳輸如圖12 所示。綜上所述，異常信號(hào)來(lái)自A相電纜。

圖11 三相電纜屏蔽線高頻電流檢測(cè)圖譜

圖12 局部放電信號(hào)傳輸

為更進(jìn)一步判斷異常信號(hào)來(lái)自電纜還是上部的電纜罐氣室，對(duì)A 相電纜屏蔽接地線進(jìn)行高頻電流檢測(cè)，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)如圖13 所示，檢測(cè)圖譜如圖14所示。

圖13 A 相電纜屏蔽接地線上下部位進(jìn)行高頻局部放電檢測(cè)

上部傳感器先檢測(cè)到異常信號(hào)，上下部傳感器檢測(cè)的異常信號(hào)時(shí)差為2.55 ns，兩傳感器距離L=Δt×c=76.5 cm。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)蓚鞲衅鞯木嚯x為76 cm，與計(jì)算結(jié)果基本一致，說(shuō)明局部放電信號(hào)來(lái)自上部傳感器以上部位。

2.5 特高頻時(shí)差定位檢測(cè)

對(duì)該110 kV 線路114 間隔出線電纜終端A 相電纜進(jìn)線處，進(jìn)行特高頻局部放電定位檢測(cè)。采用特高頻局部放電定位判斷放電異常信號(hào)來(lái)自哪一區(qū)域，在該110 kV 線路114 間隔出線電纜罐氣室上下部放置兩個(gè)特高頻傳感器，如圖15 所示。時(shí)差圖譜如圖16 所示。

圖14 A 相電纜屏蔽接地線上下高頻局部放電檢測(cè)圖譜

圖15 110 kV 線路114 間隔出線電纜終端A 相特高頻時(shí)差檢測(cè)傳感器位置

下部傳感器先檢測(cè)到信號(hào)，下部傳感器與上部傳感器信號(hào)時(shí)差為3.05 ns。信號(hào)到兩傳感器的距離差為L(zhǎng)′=Δt′×c=91.5 cm。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量上下傳感器距離為L(zhǎng)″=95 cm。上部傳感器到放電信號(hào)的距離為。即放電源的位置大致在下部傳感器以上2 cm 處，如圖17 紅色標(biāo)注框內(nèi)。

圖16 110 kV 線路114 間隔出線電纜終端A 相特高頻時(shí)差圖譜

圖17 110 kV 線路114 間隔出線電纜終端A 相放電源位置

3 解體處理分析

停電解體發(fā)現(xiàn)114 間隔出線電纜終端A 相電纜線芯和限位均壓環(huán)處存在放電痕跡，放電痕跡如圖18 所示。解體后，可明顯發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體觸頭未頂緊限位均壓環(huán)，導(dǎo)致懸浮放電解體，驗(yàn)證了之前時(shí)差定位法準(zhǔn)確判斷放電點(diǎn)位置，特高頻和高頻檢測(cè)判斷為懸浮放電的正確性。通過(guò)此次解體檢修，及時(shí)準(zhǔn)確地消除了設(shè)備存在的局部放電隱患，保障了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免了由于設(shè)備故障引發(fā)的大規(guī)模停電事件。

圖18 電纜線芯和限位均壓環(huán)處放電痕跡

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合一起110 kV GIS 電纜終端的局部異常放電的發(fā)現(xiàn)與消缺，介紹了GIS 電纜終端局部放電診斷與分析過(guò)程。GIS 電纜終端局部放電檢測(cè)時(shí)，應(yīng)運(yùn)用特高頻局部放電法、超聲波局部放電法和高頻局部放電法對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合分析與缺陷定位，重點(diǎn)介紹了高頻局部放電定相和時(shí)差定位法的原理和判斷過(guò)程。

超聲波信號(hào)在SF6氣體中傳播時(shí)的衰減較大，對(duì)于導(dǎo)體上的放電可能不敏感，特高頻局部放電檢測(cè)可能受殼體屏蔽的干擾而無(wú)法測(cè)得放電信號(hào)，因此對(duì)電氣設(shè)備的局部放電檢測(cè)需要運(yùn)用多種手段進(jìn)行綜合分析，綜合定位，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。

本文電纜終端的局部放電是由于電纜線芯觸頭與限位均壓環(huán)未頂緊造成的屬于產(chǎn)品制作工藝或者設(shè)計(jì)的原因。因此，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備初裝時(shí)的監(jiān)管力度，防止設(shè)備“帶病服役”。