趙晨昊，陳云飛，胡泉偉，李 躍，李 雯

（國網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司，天津 300171）

0 引言

隨著城市化發(fā)展，電纜的覆蓋率越來越高。電纜和組合電器終端因為占地面積小、土地利用率高，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用［1-2］。由于內(nèi)部存在復(fù)雜的復(fù)合界面和電場應(yīng)力集中現(xiàn)象，GIS終端是電纜線路中較為薄弱的環(huán)節(jié)，因此保證電纜GIS終端的狀態(tài)無異常，對于電纜線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

電纜GIS 終端中常見的缺陷有橡膠和環(huán)氧分界面的缺陷、橡膠和交聯(lián)聚乙烯（Cross Linked Polyethylene，XLPE）分界面缺陷以及存在懸浮電極［3-5］。在長期運(yùn)行電壓下，缺陷可能會引發(fā)局部放電，并導(dǎo)致絕緣逐漸劣化擊穿造成電網(wǎng)故障，因此，有效地檢出局部放電是保證電纜GIS 終端質(zhì)量控制和狀態(tài)檢測的重要手段［6-7］。

目前電纜線路局部放電的檢測技術(shù)包括高頻法、特高頻法、超聲法等，有研究表明，在復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下，單一的檢測手段易受到外部信號干擾，具有一定局限性，可能難以應(yīng)對復(fù)雜的檢測情況［8-12］。多種手段聯(lián)合檢測可以有效提高檢測效果，文獻(xiàn)［13］通過現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，多傳感器聯(lián)合檢測技術(shù)在XLPE 電纜附件的局部放電檢測可以有效地排除現(xiàn)場干擾，提高局部放電檢測與定位結(jié)果的可靠性。

結(jié)合某220 kV 某變電站帶電檢測發(fā)現(xiàn)的電纜GIS 終端側(cè)的異常放電信號，討論針對GIS 終端的局部放電聯(lián)合檢測手段及實際應(yīng)用方法，分析兩種檢測手段的檢測數(shù)據(jù)，并結(jié)合定位情況及解體結(jié)果，分析缺陷成因，為同類設(shè)備缺陷的處理提供參考。

1 電纜GIS終端局部放電檢測方法

高頻法是目前電纜線路局部放電帶電檢測的常用手段，對頻率介于1 MHz～300 MHz 區(qū)間的局部放電信號采集、分析、判斷，傳感器是高頻電流互感器（High Frequency Current Transformers，HFCT）、電容耦合傳感器。電力電纜絕緣內(nèi)部的局部放電源可以看作一個點脈沖信號源，當(dāng)電纜絕緣內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時，缺陷內(nèi)部的電荷發(fā)生移動和積累，在兩端電極體現(xiàn)為脈沖電流，脈沖電流沿著線芯和金屬屏蔽進(jìn)行傳播，通過高頻電流傳感器檢測流過接地引下線或其他地電位連接線上的高頻脈沖電流信號，可實現(xiàn)對電纜局部放電的帶電檢測。由于高頻局部放電檢測與脈沖電流法檢測原理類似，在傳感器及檢測回路相對固定的情況下，可以對被測局部放電信號的強(qiáng)度進(jìn)行量化分析，但抗電磁干擾的能力相對較弱，對缺陷點的定位能力較差［14-15］。

特高頻法的檢測頻帶為100～3 000 MHz，對頻率處于該區(qū)間內(nèi)的局部放電信號進(jìn)行采集、分析、判斷，主要采用天線結(jié)構(gòu)傳感器采集信號。由于檢測頻段高，現(xiàn)場抗低頻電暈干擾能力強(qiáng)，檢測靈敏度高，在變壓器與GIS 帶電檢測中應(yīng)用效果良好［16］。但特高頻法無法實現(xiàn)對金屬封閉的電氣設(shè)備的檢測，交聯(lián)聚乙烯電纜除了絕緣接頭隔斷處及終端，其余部分全線均有鋁護(hù)套覆蓋，因此特高頻局部放電檢測對電纜監(jiān)測的適用面較窄，主要用于GIS 終端的缺陷性質(zhì)的定性診斷或利用時延法進(jìn)行定位分析。若電纜終端內(nèi)含有缺陷產(chǎn)生局部放電脈沖時，會從環(huán)氧套管接縫處泄漏出特高頻電磁波信號，通過特高頻（Ultra High Frequency，UHF）傳感器可以有效地檢測到該電磁波，用來判斷內(nèi)部局部放電的情況［17］。

目前，研究結(jié)果顯示特高頻檢測法和高頻檢測法獲取的局部放電信號在時域上有相關(guān)性，基于此兩種方法聯(lián)合檢測可以剔除高頻信號中的干擾脈沖，提高局部放電帶電檢測技術(shù)的靈敏度，且兩種方法通過相互驗證可以提高缺陷辨識準(zhǔn)確度［18］。

2 案例分析

2.1 局部放電信號發(fā)現(xiàn)

2020 年11 月16 日，技術(shù)人員在對某220 kV 變電站站站內(nèi)電纜進(jìn)行帶電檢測工作時，通過特高頻法發(fā)現(xiàn)2217 間隔電纜GIS 終端A 相存在異常放電信號，放電圖譜具有典型的局部放電特征。多次復(fù)測，發(fā)現(xiàn)該局部放電信號仍然存在并存在發(fā)展趨勢，隨后進(jìn)行了放電源的定位，對比分析后發(fā)現(xiàn)放電位置位于2217 間隔A 相電纜終端氣室內(nèi)。為了確定設(shè)備隱患位置并驗證帶電檢測結(jié)果的正確性，對2217 間隔A 相終端進(jìn)行解體，并結(jié)合解體情況對放電原因進(jìn)行分析。

2.2 帶電檢測數(shù)據(jù)分析

2.2.1 特高頻局部放電數(shù)據(jù)

對上述2217 間隔電纜GIS 終端進(jìn)行特高頻局部放電檢測，傳感器安裝在電纜終端環(huán)氧樹脂套處，安裝位置如圖1 所示，檢測所得放電圖譜如圖2 所示。根據(jù)測得的脈沖序列分布（Phase Resolved Pulse Sequence，PRPS）和局部放電相位分布（Phase Resolved Partial Discharge，PRPD）圖譜可以看出，A、B、C 三相及相鄰間隔均存在相同類型的特高頻放電信號，且均具有工頻相關(guān)性，從放電相位上看，B、C相及相鄰間隔處放電的相位分布相同，且與A相相位分布相反，從放電幅值上看，B、C 相及相鄰間隔處放電信號幅值均低于A 相，且信號幅值與相對A 相距離呈負(fù)相關(guān)，據(jù)此初步判斷此放電信號來源于A相。

圖1 特高頻傳感器安裝位置

圖2 特高頻第1次檢測結(jié)果

2020 年11 月19 日、26 日，分別采用特高頻法進(jìn)行第2 次和第3 次復(fù)測，測試結(jié)果如圖3、圖4 所示。由圖2—圖4 可知，第1 次檢測時測得A 相放電幅值為-51.3 dBm［19］，第2 次復(fù)測時測得A 相放電幅值為-34.2 dBm，第3 次復(fù)測時測得A 相測得放電幅值為-37.2 dBm，對比3次檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，從放電幅值來看，A相放電幅值偏大，且相較于第1次檢測放電幅值大幅增大，從放電脈沖特征來看，3次檢測到的放電呈現(xiàn)出相似的特征，均出現(xiàn)在一、三象限，每簇放電脈沖幅值比較穩(wěn)定，相鄰放電時間間隔較為一致，呈現(xiàn)出懸浮放電的特征，第2次檢測到的放電信號正負(fù)半周脈沖幅值不一致，猜測是懸浮電極不穩(wěn)定所致。

圖3 特高頻第2次檢測結(jié)果

圖4 特高頻第3次檢測結(jié)果

2.2.2 高頻局部放電數(shù)據(jù)

2020 年11 月16 日、19 日、26 日，使用TECHIMP設(shè)備在GIS終端地線處安裝高頻CT進(jìn)行高頻局部放電檢測，未發(fā)現(xiàn)疑似局部放電。

11 月26 日，在A 相GIS 架構(gòu)螺栓處安裝CT 進(jìn)行高頻局部放電檢測時發(fā)現(xiàn)疑似放電信號，且信號特征與特高頻信號類似，傳感器安裝位置如圖5 所示，檢測結(jié)果如圖6 所示，從PRPD 圖譜中可以看到4 簇放電信號，這4 簇放電信號的脈沖幅值都比較穩(wěn)定，其中第一象限中幅值為負(fù)的一簇信號與第三象限中幅值為正的一簇信號的脈沖數(shù)較多，且這兩簇放電脈沖的幅值較大，因此認(rèn)為這兩簇放電來自一個放電源，呈現(xiàn)出懸浮放電特征，另外兩簇信號疑似來自地線的干擾，其他兩相相同位置螺栓未發(fā)現(xiàn)類似放電信號，據(jù)此也可初步判斷放電信號來源于A相。

圖5 特高頻傳感器安裝位置

圖6 高頻局部放電檢測結(jié)果

2.3 放電源定位

為了更精確地判斷放電點的位置，采用特高頻定位儀進(jìn)行放電源的定位。

2.3.1 確定放電相位

為避免誤檢情況的發(fā)生，在進(jìn)行準(zhǔn)確定位之前，先排除放電信號不是來自其他位置。采用兩個標(biāo)記顏色的傳感器用來接收不同位置的信號，黃色傳感器放置在A 相電纜終端環(huán)氧樹脂套處，綠色傳感器分別放置在前、后、左、右4 個方位，傳感器放置位置如圖7 所示，檢測結(jié)果如圖8 所示。檢測結(jié)果表明，黃色傳感器測到的放電波形均超前于綠色傳感器測到的放電波形，可以證明信號不是來自空間其他區(qū)域。

圖7 排除干擾時傳感器放置位置

圖8 A相信號與空間信號時延波形圖譜

采用3 個標(biāo)記不同顏色的特高頻傳感器進(jìn)行放電位置相位的確定，將黃色、綠色、紅色傳感器分別放置在2217 間隔A、B、C 相電纜終端環(huán)氧樹脂套處，傳感器放置位置如圖9所示，檢測結(jié)果如圖10所示。由示波器定位波形圖可見A 相（黃色）信號的波形起始沿超前B 相（綠色）、C 相（紅色）兩相波形起始沿，可以證明放電信號來自A相電纜終端氣室。

圖9 確定局部放電信號相位時傳感器放置位置

圖10 A、B、C三相放電信號時延波形

2.3.2 信號定性分析

由圖11 所示，當(dāng)示波器水平軸上每格的時間寬度為10 ms 或2 ms 時，即每2 格或10 格為一個工頻周期，該局部放電脈沖每周期內(nèi)出現(xiàn)兩簇信號，脈沖信號間距相等，具有明顯工頻相位相關(guān)性，幅值最大為2.6 V，放電信號幅值較大，放電較為嚴(yán)重。圖3—圖11 中綠色曲線為特高頻信號，黃色曲線為高頻信號，兩條曲線中脈沖一一對應(yīng)，表明測得的特高頻信號與高頻信號具有同源性。

圖11 A相放電信號10 ms/2 ms示波器圖

2.3.3 信號精確定位

如圖12 所示，采用黃色、綠色兩個傳感器進(jìn)行放電源的精確定位，將黃色特高頻傳感器放置在A相電纜終端環(huán)氧樹脂套處，綠色特高頻傳感器放置在電纜終端筒倉上部盆子處，兩個傳感器采集到放電信號的時延波形圖如圖13 所示。A 相GIS 氣室的尺寸如圖12 所示，兩傳感器距離1.96 cm，波形圖中黃色波形超前綠色傳感器波形約4.3 ns，根據(jù)特高頻傳播速度，經(jīng)計算，可以排除放電源位于外部或綠色傳感器內(nèi)側(cè)情況，算得放電源距黃色傳感器約33 cm。結(jié)合上述定位過程及距離計算，判斷局部放電源位置在2217 間隔A 相電纜終端氣室如圖14 所示的紅色標(biāo)注區(qū)域內(nèi)。

圖12 精確定位傳感器放置位置

圖13 兩處測到放電信號的時域波形

圖14 局部放電源所在位置

3 解體情況

為確認(rèn)缺陷位置，避免缺陷導(dǎo)致事故發(fā)生，對2217 間隔電纜GIS 終端A 相進(jìn)行停電檢查。解體后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)A 相電纜終端止動套與電纜線芯存在松動現(xiàn)象，電纜線芯和止動套上有黑色放電痕跡，如圖15、圖16所示。

圖15 電纜線芯上的放電痕跡

圖16 止動套放電痕跡

綜合分析，故障原因是GIS 終端安裝時，安裝不到位，未使止動套與電纜線芯接觸緊密。如圖17 所示，止動套位于線芯外側(cè)，用于線芯定位，運(yùn)行工況下，當(dāng)止動套與線芯未緊密貼合時，止動套處形成懸浮電位，發(fā)生懸浮放電，電纜線芯與止動套上的黑色痕跡則為放電燒蝕所致。

圖17 電纜GIS終端結(jié)構(gòu)

隨后檢修人員對該缺陷進(jìn)行處理，重新更換了電纜終端，且在安裝過程中認(rèn)真核對止動套的規(guī)格尺寸，嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行安裝，新的終端安裝完畢并恢復(fù)送電后，再次采用特高頻法對該220 kV 站內(nèi)2217 間隔電纜GIS 終端進(jìn)行復(fù)測，未發(fā)現(xiàn)異常放電信號。

4 結(jié)語

特高頻和高頻檢測將缺陷位置定位在A 相GIS終端，特高頻定位最終將放電源定位在A 相電纜終端氣室內(nèi)，定位結(jié)果與解體發(fā)現(xiàn)的實際放電位置一致，證明GIS 電纜終端的局部放電帶電檢測的有效性，局部放電能夠反映電纜終端氣室的局部放電情況，即缺陷情況。

對于GIS 電纜終端，同時采用特高頻法和高頻法對疑似缺陷進(jìn)行帶電檢測，能夠更加綜合地反映放電情況，且兩種手段聯(lián)合檢測相互驗證，能夠大大降低誤檢、漏檢概率，有效提高缺陷的檢出率。

在電纜終端日常檢測工作中，對于同一設(shè)備，應(yīng)盡可能增加高頻局部放電的檢測點位，避免因檢測點信號不明顯而導(dǎo)致缺陷未及時檢出。

在電纜附件安裝過程中應(yīng)嚴(yán)格驗收，避免因安裝工藝問題導(dǎo)致電纜缺陷。