中壓電纜局放振蕩波檢測的應用與討論

摘 要：電纜的局部放電與其絕緣狀況密切相關，預示著電纜存在缺陷，危害電纜的安全運行。近年來OWTS振蕩波電纜局放檢測和定位技術在國內外得到比較廣泛的應用，本文簡要闡述電纜局部放電振蕩波檢測和定位的原理，通過一起電纜局放典型案例的檢測和分析過程，探討電纜長度對振蕩波局放檢測靈敏度的影響。

關鍵詞：振蕩波 電纜 局部放電

中圖分類號：TM247 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0103-02

隨著城市化的發展，城市配電網中壓電纜數量越來越多，其運行可靠性直接影響到用戶的供電可靠性。因此及時發現電纜的絕緣缺陷，例如局部放電，對于保障用戶供電可靠性有著重要意義。振蕩波（OWTS）局放檢測對發現中壓電纜局部放電有一定的優勢，能發現電纜中的局部放電的同時，還可以對缺陷位置進行定位，且振蕩波電壓與交流電壓有一定的等效性，在進行振蕩波檢測的同時，也相當于對電纜進行了一次交流耐壓試驗。本文通過一起電纜局放典型案例的檢測和分析過程，探討電纜長度對振蕩波局放檢測靈敏度的影響。

1 檢測診斷原理

1.1 振蕩波電壓的產生

系統振蕩波電壓的產生是通過對試品電纜施加直流電壓，充電至設定電壓后合上切換開關，令被試電纜的對地電容與檢測系統的電感等構成回路，電纜上將產生阻尼衰減的振蕩電壓波，即稱之為振蕩波，電壓的頻率和阻尼系數由回路參數決定。檢測系統產生的振蕩波電壓的頻率接近工頻，等效于工頻電壓施加在試品電纜上，對發現運行狀態下的局放缺陷有很好的等效性，由此產生的局部放電脈沖也符合lEC 60270推薦值。

1.2 局放檢測及定位

因為電纜的對稱結構，每次局放產生兩個相等的電流脈沖，即脈沖電量q/2，從局放源向兩個方向傳播，如圖1所示。在電纜的“遠端”，測量時通常開路，發生全反射。在電纜的“近端”連接局放耦合單元，不僅能檢測到直接傳播的脈沖，也能測到反射的脈沖。

為了定位局放缺陷，通常采用時域反射法（TDR）。如圖2，直接脈沖出現在時間t1，反射脈沖出現在時間t2。于是式（1）給出的特征時間差能用于測量局放源與遠端的距離，由式（2）給出。基于這個關系，局放缺陷與近端的距離，用式（3）來表示。這里l代表整個電纜的長度。顯然，局放源定位中的不確定性不僅由真實特征時間差△t決定，也由傳播速率vp和電纜長度決定。

2 檢測和診斷

2.1 檢測流程

進行振蕩波局放檢測時，首先測量電纜的長度，確定電纜中間頭的數量和分布情況。然后對電纜注入標準脈沖進行標定，校準檢測系統局放量標尺，同時觀察反射脈沖，確定脈沖信號在電纜上傳播的衰減系數。

2.2 診斷

振蕩波局放診斷主要分兩步，首先根據檢測生成的振蕩波形與局放脈沖圖，觀察放電量與放電次數，分析脈沖信號與電壓振蕩波形周期的關系、脈沖幅值與電壓幅值的相關性幾個方面，由此可以初步判斷電纜是否存在局放。然后對采集到的脈沖信號進行鑒別篩選，電纜若存在局放，局放脈沖的直射脈沖和反射脈沖必然成對的出現，因此對采集到的脈沖信號進行分析，比較直射脈沖和反射脈沖的形狀、衰減、時差等，將符合局放特征的疑似信號組進行提取，根據各組信號的時差描繪出電纜的局放定位統計圖。如果疑似信號組在統計圖上出現集中性，則電纜在信號集中的位置極有可能存在局放缺陷。

3 典型案例

10 kV新城甲線電纜全長4625 m，電纜共有7個中間頭。首次檢測，在1.7 U0電壓下A相局放量達到了4500 pC左右，B相879 pC，C相約3000 pC左右，但信號在定位圖上沒有明顯的集中性，如圖2，且在U0下的最大局放量均小于300 pC，初步判斷該電纜在運行電壓下無局放。但該電纜在再次投入運行一段時間后，電纜的中間頭處發生了擊穿，擊穿點位于996 m處。

在該電纜發生擊穿后，從事故點將電纜截成兩段重新進行了多次的局放檢測。第一段電纜（從首次檢測的近端到發生事故的中間頭，共長996 m）在1.7 U0下最大局放量達2100 pC左右，定位圖顯示在離電纜近端485 m處有明顯的信號集中性，如圖3，該處為電纜中間頭。解剖發現，此中間頭的上有明顯的劃傷痕跡，形成了放電通道，如圖4。

4 有效性討論

檢測案例表明電纜存在局放缺陷，但首次檢測未能及時發現局放缺陷，原因值得分析討論。新城甲線事故前后共進行了多次檢測，比較新城甲線完整電纜和截斷后電纜的校準波形圖。圖5為向截斷后的電纜段（長996 m）注入200pC標準脈沖的波形圖，左側脈沖為入射脈沖，右側脈沖為反射脈沖，此時反射脈沖非常明顯。圖6為向完整電纜段（4625 m）注入2000pC標準脈沖時的波形圖，由圖可見，即使注入了信號為2000pC標準脈沖，圖上也觀測不到反射脈沖。由此可見，脈沖信號在電纜上傳播的衰減現象不能忽視，當電纜長度大于一定值時，脈沖信號在長距離傳播后信號衰減非常嚴重，檢測系統有可能無法檢測到反射脈沖。

電纜振蕩波局放定位采用的是時域反射法（TDR），局放定位必須需要得知反射脈沖和直接脈沖的時間差，當檢測系統檢測不到反射脈沖，信號時差無法正確計算，因此得不出正確的局放定位圖，從而無法對局放源進行定位，所以過長的電纜不適合用振蕩波法進行局放檢測。

根據應用經驗，大于1.5 km的電纜建議從電纜兩端分別進行檢測，以保證檢測的靈敏度和有效性。當電纜長度大于3 km時，振蕩波檢測法可能無效。建議在對長電纜進行振蕩波檢測前，向電纜注入標準脈沖，根據反射脈沖的衰減程度對檢測的有效性進行初步評價。若反射脈沖衰減嚴重，則該電纜利用振蕩波法進行局放檢測的靈敏度和有效性不高。

5 結語

上述電纜局放檢測案例說明用振蕩波法檢測電纜局部放電是有效的，但也說明了振蕩波法存在一定的局限性。電纜局部放電振蕩波檢測和定位是基于時域反射法（TDR），局放定位必須需要得知反射脈沖和直接脈沖的時間差，而脈沖信號在電纜上傳播存在衰減現象，衰減程度與電纜長度成正比，所以電纜長度決定了振蕩波檢測的靈敏度和檢測的有效性。為保證檢測的有效性，建議在對電纜進行振蕩波檢測前，向電纜注入標準脈沖，根據反射脈沖的衰減程度對檢測的有效性進行評價。

參考文獻

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