交聯(lián)聚乙烯電纜局放系統(tǒng)的應(yīng)用研究

劉志煒

(北京市電力公司檢修分公司，北京100027)

0 引言

隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(以下簡(jiǎn)稱(chēng)XLPE電纜)以其優(yōu)越的電氣性能和機(jī)械物理性能得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。為確保輸電網(wǎng)絡(luò)的安全，XLPE電纜的檢測(cè)技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家的重視，XLPE電纜局部放電測(cè)試就是其中的研究熱點(diǎn)之一。

測(cè)量局部放電的方法很多，例如差分法、方向耦合法、電磁耦合法、超高頻電感耦合法等，經(jīng)對(duì)比研究和綜合分析，許多學(xué)者認(rèn)為差分法和電磁耦合法的試驗(yàn)重復(fù)性較好。由于寬頻帶電磁耦合法具有小巧靈活、操作安全、抗干擾能力強(qiáng)、能更加真實(shí)地反映脈沖波形等優(yōu)點(diǎn)，正在被廣泛地研究和應(yīng)用。本文結(jié)合工作實(shí)例，介紹了一種基于電磁耦合法原理進(jìn)行電纜局部放電的測(cè)試技術(shù)。

1 電磁耦合法原理

電磁耦合法是將XLPE電纜接地線中的局部放電電流信號(hào)通過(guò)電磁耦合線圈與測(cè)量回路相連，不需要在高壓端通過(guò)耦合電容器來(lái)取得局部放電信號(hào)，因此適用于電纜敷設(shè)后的交接驗(yàn)收試驗(yàn)和運(yùn)行中的在線監(jiān)測(cè)。此外，電磁耦合法是通過(guò)電磁耦合來(lái)測(cè)量局部放電電流，由于在高壓電纜和測(cè)量回路間沒(méi)有直接的電氣連接，從而能很好地抑制噪聲［1-2］。

基于電磁耦合法原理的XLPE電纜局部放電的檢測(cè)裝置有很多，這些裝置使用的傳感器材料、傳感器結(jié)構(gòu)、檢測(cè)位置、抗干擾措施等各有不同。電磁耦合法通常采用寬頻帶羅戈夫斯基線圈型電流傳感器，而主要測(cè)量位置為電纜終端金屬屏蔽層接地引線處。此外測(cè)量位置還可為中間接頭金屬屏蔽連接線、電纜本體上或三芯電纜的單相電纜上等位置。圖1為幾種可能的測(cè)量位置。

圖1 局放傳感器幾種可能安放的位置

2 局放測(cè)試系統(tǒng)介紹及測(cè)試原理

意大利TechImp公司局放在線檢測(cè)系統(tǒng)(PDCheck系統(tǒng))采用電磁耦合法，從接地線和交叉互聯(lián)線提取信號(hào)，通過(guò)濾波、信號(hào)頻譜－時(shí)長(zhǎng)分域、頻譜分析等手段將放電脈沖信號(hào)從外界噪聲干擾信號(hào)中分離出來(lái)，再對(duì)放電類(lèi)型進(jìn)行識(shí)別，適合現(xiàn)場(chǎng)使用。

系統(tǒng)主要包括信號(hào)采集單元、高頻CT、同步線圈和專(zhuān)家診斷系統(tǒng)(軟件)四個(gè)部分，如圖2～圖4所示。

圖2 信號(hào)采集單元(主機(jī))

圖3 高頻CT

圖4 同步線圈

該系統(tǒng)在進(jìn)行局放檢測(cè)時(shí)，高頻CT對(duì)放電脈沖信號(hào)進(jìn)行高速(100 MS/s)寬帶采樣獲取信號(hào)完整的時(shí)域波形。同步線圈從電纜本體上采集參考相位信號(hào)。放電脈沖信號(hào)與低頻同步信號(hào)都通過(guò)同軸電纜傳入信號(hào)采集單元內(nèi)，該單元主要有高頻檢測(cè)通道、同步輸入以及通訊接口。高頻檢測(cè)通道共有三個(gè)，可同時(shí)接收三相接地線或交叉互聯(lián)線上采集的信號(hào)，采樣頻率為100 MHz，帶寬為16 kHz～30 MHz;同步輸入端口接收同步線圈從電纜本體上采集來(lái)的參考相位信號(hào);通訊接口通過(guò)光纖、光電轉(zhuǎn)換器與電腦的RS232串口通訊，將主機(jī)進(jìn)行過(guò)初步處理的數(shù)據(jù)傳送至電腦中。專(zhuān)家診斷系統(tǒng)建立在一個(gè)龐大的特征數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，可針對(duì)不同放電及噪聲的差異提取多種特征，將不同類(lèi)型的放電分離開(kāi)來(lái)，再將其放電特征與數(shù)據(jù)庫(kù)中的放電“指紋”比較，運(yùn)用模糊邏輯的方法，判斷被測(cè)放電類(lèi)型與已知放電類(lèi)型的相似性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每一類(lèi)放電進(jìn)行甄別，進(jìn)而診斷電纜設(shè)備絕緣狀態(tài)［3-4］。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例及局放分析

2012年1月12 日，變電公司在例行局放檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)王府井變電站內(nèi)110 kV井新一路電纜終端附近有局放異常信號(hào)。次日，生技部組織電科院、電纜公司、變電公司聯(lián)合對(duì)井新一路電纜倉(cāng)及電纜GIS終端進(jìn)行檢測(cè)［5］。

TechImp局放檢測(cè)傳感器與相位線圈分別卡放在A、B、C三相電纜GIS終端的接地線上，在三相的地線處均檢測(cè)到局放信號(hào)，且A相GIS終端局放信號(hào)幅值最大約230 mV，檢測(cè)結(jié)果如下:

(1)A相GIS終端

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得A相GIS終端局放譜圖如圖5所示，局放信號(hào)特征譜圖呈“眼眉”狀，局放信號(hào)最高幅值約230 mV，最高幅值對(duì)應(yīng)的相位為270°;放電單脈沖核心頻率在7 MHz，如圖6。

圖5 A相脈沖相位分布譜圖

(2)B相GIS終端

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得B相GIS終端局放譜圖如圖7所示，局放信號(hào)特征譜圖呈“眼眉”狀，局放信號(hào)最高幅值約94 mV，最高幅值對(duì)應(yīng)的相位為150°;放電單脈沖核心頻率在7 MHz，如圖8。

(3)C相GIS終端

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得C相GIS終端局放譜圖如圖9所示，局放信號(hào)譜圖特征呈“眼眉”狀，局放信號(hào)最高幅值約65 mV，最高幅值對(duì)應(yīng)的相位為30°;放電單脈沖核心頻率在7 MHz，如圖10。

通過(guò)對(duì)TechImp的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)如下:

(1)TechImp的檢測(cè)結(jié)果均表明110 kV井新一路A相GIS終端局放信號(hào)最大。TechImp儀器顯示局放最高幅值分別為A相230 mV、B相90 mV、C相65 mV。

圖6 A相局部放電單脈沖信息

圖7 B相脈沖相位分布譜圖

(2)對(duì)TechImp的特征譜圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)A、B、C三相電纜GIS終端的放電譜圖特征相似，均出現(xiàn)“眼眉狀”放電譜圖;通過(guò)對(duì)三相GIS終端的放電譜圖相位進(jìn)行調(diào)整與比較分析，可知三相GIS終端的相差120°，因此判斷TechImp儀器在三相電纜GIS終端處檢測(cè)的局放信號(hào)為同一個(gè)放電源產(chǎn)生。

通過(guò)后續(xù)的局放定位最終確定局放信號(hào)產(chǎn)生于A相電纜GIS終端，更換后局放信號(hào)消失。隨后將更換下來(lái)的井新一路A相電纜GIS終端(帶有7 m長(zhǎng)電纜)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室局放試驗(yàn)。當(dāng)電壓升至40 kV時(shí)，發(fā)現(xiàn)同樣出現(xiàn)了“眼眉狀”放電譜圖，檢測(cè)結(jié)果與王府井站內(nèi)一致，放電信號(hào)最大幅值為4.1 V。將電纜GIS終端的環(huán)氧套管拆除并進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括:放電痕跡、套管內(nèi)表面、應(yīng)力錐外表面、地線連接和焊接情況、接線柱、螺絲螺桿、安裝尺寸等。經(jīng)過(guò)檢查未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，地線接觸良好、螺絲緊固、安裝工藝未見(jiàn)明顯異常。更換相同廠家、相同型號(hào)的環(huán)氧套管后，放電信號(hào)消失。

圖8 B相局部放電單脈沖信息

圖9 C相脈沖相位分布譜圖

圖10 C相局部放電單脈沖信息

將原環(huán)氧套管進(jìn)行X光探傷，經(jīng)掃描發(fā)現(xiàn)環(huán)氧套管的高壓金屬電極與環(huán)氧樹(shù)脂之間有明顯氣腔，如圖11和圖12所示。

圖11 環(huán)氧套管整體掃描

圖12 環(huán)氧套管缺陷點(diǎn)斷面掃描

切開(kāi)環(huán)氧套管查找缺陷點(diǎn)，在環(huán)氧套管高壓電極與環(huán)氧樹(shù)脂之間發(fā)現(xiàn)氣腔，氣腔位置與X光掃描結(jié)果一致，如圖13所示。

圖13 環(huán)氧套管氣腔缺陷

4 結(jié)束語(yǔ)

局放測(cè)試系統(tǒng)成功發(fā)現(xiàn)了高壓電纜GIS終端的嚴(yán)重缺陷，避免了事故的發(fā)生，保證了供電的可靠性。基于電磁耦合法原理的PD Check局放檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試單元與高壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，而測(cè)量單元與電腦之間也采用了光纖連接，確保了操作人員的安全;測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，非常適合在現(xiàn)場(chǎng)使用。

［1］羅俊華，邱毓昌，馬翠嬌.基于局部放電頻譜分析的XLPE電力電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)［J］.電工電能新技術(shù)，2002，21(1):38-40.

［2］柴旭崢，關(guān)根志，黃海鯤，等.交聯(lián)聚乙烯電力電纜的絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù).電線電纜，2002(6):30-33.

［3］趙 宇，劉 青，高援利，等.高壓XLPE電纜線路局部放電測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］.電力設(shè)備，2008，9(9):45-49.

［4］王風(fēng)雷.電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)新技術(shù)應(yīng)用案例精選［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2009.

［5］王府井站110 kV井新一路電纜GIS終端局放異常分析報(bào)告［R］.北京:北京電力科學(xué)研究院，2012.