振蕩波測試技術在電纜局部放電檢測中的應用

路 明，趙 平，呂萬輝 ，祝曉輝

(1.石家莊供電公司，石家莊 050000；2.河北省電力公司職業技術培訓中心，石家莊 050000)

1 概述

近年來，XLPE電纜由于其絕緣性能好、安裝方便、供電安全可靠、美化環境等優點，得到廣泛應用。通常在敷設完電纜或安裝電纜接頭后，采用耐壓試驗檢驗絕緣是否完好，隨著XLPE電纜使用量的增加和運行年限的延長，耐壓試驗的缺陷越來越突出，并且在實踐中發現，耐壓試驗會對電纜絕緣造成不同程度的損害，但不能有效檢測出所有缺陷。例如電纜經過諧振或其它耐壓試驗，尤其是直流耐壓試驗，在短時間內發生了擊穿。大量研究和實踐證明，局部放電是影響電纜絕緣的關鍵因素之一。由于XLPE等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料不斷老化最終導致絕緣擊穿，造成重大事故。所以，對電纜進行局部放電的診斷是非常必要的[1]。

振蕩波測試技術(簡稱“OWTS”)，是目前世界上應用比較廣泛且成熟的電纜局部放電診斷技術，OWTS振蕩波電壓和50 Hz交流電壓下的局部放電定位結果一致，說明了振蕩波電壓和交流電壓的等效性較好。采用振蕩波電壓，即使耐壓試驗時所加電壓超過電纜的額定電壓幅值，也不會在電纜中引發新的缺陷，還可發現XLPE電力電纜中的各種缺陷，且試驗中不會對電纜造成損傷[2]。目前，IEEE及部分國家已制定了應用振蕩波測試系統進行電力電纜耐壓試驗的相關標準，耐壓與局部放電試驗結合判定電纜的絕緣狀況成為熱門課題。國家電網公司最新頒布的Q/GDW 643-2011《配電設備狀態檢修試驗規程》也推薦使用此方法進行電纜局部放電的診斷。

2 振蕩波測試技術

2.1 振蕩波電壓的產生

電纜現場試驗方法中，常規的替代工頻的試驗電源有很多種，如串聯諧振、超低頻0.1 Hz、直流等。由于電力電纜的電容量大，為保證局部放電測試結果與工頻電壓下的局部放電檢測結果一致，從設備的容量、體積大小、等效性和便攜性等方面來看，振蕩波電壓的優點較突出。OWTS局部放電檢測原理如圖1所示。

圖1 OWTS電纜局部放電檢測原理

以石家莊電纜工區現在配置的型號為例，試驗時可以施加0～28 kV(峰值)的直流電壓，達到指定電壓時，瞬間閉合半導體開關，被試電纜電容與系統電感產生低阻尼振蕩電壓，每次加壓及振蕩的時間小于2 s，此方法可以檢測的電力電纜電容范圍為0.05～2 μF。

2.2 局部放電定位

電纜的局部放電試驗，最重要的是要找出局部放電的位置，以便進行針對性的處理和維護。OWTS局部放電定位原理采用脈沖反射法(TDR)，也就是行波理論進行檢測，其定位原理如圖2所示。

圖2 脈沖反射法定位局部放電點原理

局部放電點x的定位公式推導如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：l為電纜長度；x為存在局部放電的位置；v為脈沖波在電纜中的傳播速度；t1是向檢測端直接傳播的局部放電脈沖到達的時間；t2是向遠端傳播并在末端開路處反射達到測試端的時間；Δt為2個脈沖的時間差。

根據上面推導的公式便可計算得出局部放電點的位置x，這個計算過程由系統自動完成。分析過程中操作人員只需確定2個脈沖波形的位置，系統定出時間差Δt，便可輕松得到局部放電點位置[3]。

3 實例分析

3.1 模擬缺陷試驗

為校對OWTS的靈敏度和定位精度，電纜運檢中心進行了模擬缺陷試驗。利用OWTS對1根10/8.7 kV鋁芯交聯電纜進行局部放電檢測和定位，電纜全長330 m，距離測試端180 m處存在1個中間接頭，在此中間頭位置，對電纜三相中的兩相分別制作了常見的工藝缺陷，U相缺陷為中間頭主絕緣上有多個針孔，W相缺陷為中間頭主絕緣有劃痕，V相未做缺陷，做為校準標準脈沖測量距離的依據。

試驗采用逐級升壓模式進行，升壓過程為：0，0.5U0，0.7U0，0.9U0，1.0U0，1.2U0，1.3U0，1.5U0，1.7U0。模擬缺陷試驗測試數據見圖3。

(a)校準脈沖波形

(b)1U0時振蕩波電壓與局部放電信號波形

(c)單個脈沖分析及定位

(d)三相1.7U0以下放電量及放電位置

模擬試驗環境干擾較小，平均37 pC左右，檢測結果如圖3所示，發現該電纜在1U0時放電量達3 000 pC左右，1.7U0時放電量最高達到5 000 pC。通過對V相測試得到被測電纜全長、中間頭位置的準確距離。對U、W相測試定位發現放電缺陷在距測試端179.8 m處，W相試驗定位發現放電缺陷在距測試端179.9 m處，也就是接頭處。證明OWTS對于這些缺陷的檢測非常靈敏，且定位精度較高。

3.2 現場測試實例

以方北站473裕彤線運行電纜的現場測試為例，被試電纜長941 m，ZR-YJV22-3×240型，2007年投運，有3個中間頭，位置分別在185 m，340 m，460 m，升壓過程為：0，0.5U0，0.7U0，0.9U0，1.0U0，1.2U0，1.3U0，1.5U0，1.7U0，0。

現場檢測時，與模擬試驗環境干擾情況不同，由于實際試驗現場周圍有其他高壓設備，檢測到的背景干擾水平較大，達到400 pC左右。檢測結果如圖4所示，在3個位置發現了較為明顯的局部放電集中現象，電纜始端0 m處，340 m附近和460 m附近，185 m處存在輕微的局部放電。

(a)0 kV下檢測到的背景干擾水平

(b) 1U0下振蕩波電壓與局部放電信號的關系

(c)1.7U0以下局部放電點分布

(d) 局部放電分布柱狀示意

試驗后對局部放電現象比較嚴重的340 m處

的中間頭進行更換，并解剖換下的中間頭，中間頭內部存在明顯的工藝缺陷，如圖5所示。

圖5 工藝缺陷示意

經石家莊供電公司電纜運檢中心分析，該局部放電現象是電纜接頭工藝錯誤引起，金屬接管壓接后未去除突起和尖角部分，形成局部電場集中。電纜接頭經處理后，再次進行局部放電測試，U、V、W三相均未檢測到明顯局部放電。

4 結束語

石家莊供電公司電纜運檢中心吸取新加坡、北京、上海等國家先進省市在狀態檢測方面的成功經驗，嘗試采用振蕩波電纜局部放電定位測試技術對配電網10 kV電纜進行局部放電測試。在測試過程中，檢測發現多條電纜存在嚴重局部放電現象，經過對電纜的解剖分析證實了這些電纜存在不同方面、不同程度的問題，所以采用振蕩波對電纜局部放電進行測試、定位是一個非常有效的方法。該方法可以及時檢查出由于電纜及其附件生產質量或安裝工藝造成的缺陷，避免突發性停電故障的發生，保障了電力電纜線路的安全可靠運行，在今后的狀態檢測工作中具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] 羅俊華，陳守直.35 kV及以下XLPE電力電纜試驗方法的研究[J].電網技術，2000，24(12)：58-61.

[2] 楊連殿，朱俊棟，孫 福，等.振蕩波電壓在XLPE電力電纜檢測中的應用[J].高電壓技術，2006，32(03)：27-30.

[3] 顧媛媛.電力電纜局部放電信號理論及處理研究[D].廣東：廣東工業大學，2007.