基于振蕩波檢測系統的電纜局部放電測試在現場檢測中的應用

摘要：文章總結了電力電纜傳統測試方法存在的弊端與危害，將振蕩波測試與傳統試驗方法進行了比較，總結出振蕩波測試系統的突出特性，并給出了電纜振蕩波測試的周期與方法。

關鍵詞：振蕩波；電纜；局部放電；定位；OWTS系統

中圖分類號：TM835 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）25-0034-03

目前，判斷電力電纜絕緣性能好壞的方法是給電力電纜進行直流高壓絕緣試驗，并且在直流高壓試驗的同時還能夠檢測泄漏電流的大小。此種試驗的缺點是只能判斷電纜的整體絕緣性能，而沒有辦法得出電力電纜局部放電量的具體數值，更不能對局部放電點的位置進行有效定位。直流耐壓對于電力電纜最為突出的缺點是具有破壞性，因為直流耐壓試驗本身就屬于破壞性試驗，特別是對交聯聚乙烯（XLPE）電纜，當外加直流高壓降低為零后，在一段時期內電纜的絕緣層中被外加直流高壓所極化的分子排列狀態仍舊維持，此時如果因為類似于老化等原因而使電纜存有缺陷，那么造成被極化的分子排列很難恢復到外施高壓之前的狀態，因此，通過直流耐壓試驗合格的電力電纜，在投入系統運行后不久即可能發生絕緣擊穿事故的案例早已經是屢見不鮮?；谝陨显?，XLPE電力電纜的預防性試驗中相繼出現了0.1Hz超低頻、工頻耐壓試驗以及振蕩波測試。

1 電纜局部放電產生的原因分析

電力電纜絕緣產生破壞的主要原因是局部放電。原因主要有四點：電纜發生局部放電的過程中，電離出來的電子、正負離子在電場力的作用下具有較大的能量，當它們撞到絕緣內空氣隙的絕緣壁時，足以打斷絕緣材料高分子的化學鍵，產生裂解；當發生局部放電，在放電點的位置，介質會產生很大的熱量，此熱量會燒焦甚至融化絕緣材料，由于絕緣材料都有溫升限值，溫度升高會增大絕緣材料的電導和損耗，并使絕緣材料產生裂解，造成惡性循環，最終導致絕緣體擊穿破壞；在局部放電過程中會產生許多活性生成物，這些生成物會腐蝕絕緣體，使得介質性能劣化；連續爆破性的放電以及放電產生的高壓氣體都會使絕緣體產生微裂，從而發展成電樹枝。局部放電起始時雖然只是跨越絕緣體一小部分，但會逐漸地破壞絕緣材料，最終導致整體絕緣擊穿。

2 振蕩波測試方法及傳統檢驗方法的比較

目前，電力電纜在供配電系統中被大量應用，同時，電力電纜突發故障所造成的直接經濟損失已經得到了人們高度的關注。雖然目前供配電系統所使用的設備質量在日益提高，然而如果某個設備發生突發故障，會產生大量的維護費用，并且可能會被電力用戶投訴，甚至要做出經濟賠償等。

事實上，運行中的電氣設備都會產生一定的老化，而且不同的設備具有不同的老化程度，不同生產廠家的制造工藝及質量標準也不盡相同，因此，不同性能的電氣設備在運行中的可靠性將是難以預計，這將無法保證合理正確地編制測試與檢修計劃，對設備進行及時有效的故障預測與預防。狀態檢修方式就是以當前設備的實際工作狀況為主要依據，通過使用先進的狀態監測和診斷手段、設備可靠性評價以及故障（壽命）預測手段，準確掌握設備的運行工況，找出設備故障的早期征兆，總結出設備故障部位、嚴重程度以及故障發展趨勢，并通過綜合性分析診斷，當設備性能下降到警戒值或判斷設備故障即將發生之前即采取有效的維護或維修，保障電氣設備安全、穩定、全性能、優質運行。

高壓電力電纜進行局放測試并定量確定放電量以及對電纜故障點的具體位置進行有效定位已被人們所接受。目前用于替代50Hz交流耐壓的測試方法有超低頻0.1Hz法，理論上0.1Hz測試所需的設備容量是50Hz測試所需容量的1/500，實際容量大約是1/200至1/100，這是0.1Hz測試方法主要的優點之一。然而，如果把非工頻試驗條件下對電介質測試所得結論進行有效考慮，0.1Hz測試條件下得到的局部放電量是不能夠等同50Hz條件下所得結論的。通過實際證明，在超低頻工況下所測的局部放電量水平是遠遠高于工頻附件時的水平。并且0.1Hz與直流局放測試具有很大的相似性，伴隨著測試電壓從AC變成DC，電力電纜中的電場分布也相應從電容性突變成電阻性，致使局放測試所得結果也同時發生了本質變化?；谝陨显颍娎|進行局部放電測試所得到的結論應該盡可能與工頻條件下所得結論相一致，這樣才具有等效性。由于以上諸多原因，在生產實踐中提出了專用于電纜測試的振蕩波測試系統（Oscillating Wave Test System——OWTS）。

3 振蕩波檢測系統原理

XLPE電力電纜由于具有較高的絕緣電阻，而且在交流電壓與直流電壓作用下的電壓分布具有較大的差別，直流耐壓實驗后，在XLPE電纜中，特別是電纜缺陷處會殘留大量空間電荷，電纜投運后，這些空間電荷常造成電纜的絕緣擊穿事故。

近年來國內外研究較多并針對XLPE電力電纜局放進行檢測并有效定位的一種方法就是振蕩波檢測。振蕩波電源如果與交流電源進行比較，主要有以下優點：具有較高的等效性，作用時間比較短，并且現場易于攜帶而且操作方便，XLPE電力電纜中的各種缺陷可有效地被檢測出來，最重要的是試驗對電纜不會造成傷害。

4 振蕩波試驗系統的突出特性

目前，振蕩波試驗系統在國內外的供用電企業中被大量使用，主要原因是振蕩波測試系統具有6點突出的特性：局放測試在振蕩波所加的測試電壓下進行，電纜中的電場強度分布與電纜正常工作時的狀態是一樣的；局放結果的評價與估計以及放電形式的識別與辨別都是在正常電壓下完成；裝置整體重量比較輕，電氣元件整體設計緊湊；現場測試時間比較短，最重要的是電纜在測試過程中不會損壞；通過試驗電壓的波形特征進行相應計算可以得出電纜的電容量和被測對象的介損因數值；根據IEC270（國際電工委員會）中的要求，電力電纜的局放等級測量可以在50～1kHz的帶寬下完成。

5 振蕩波測試方法與傳統檢驗方法試驗周期與標準的比較

1.正常情況：新裝并運行電纜，中端頭位置局放量不高于100pC；已經運行3年及以上的電纜，中端頭局部放電量不高于300pC。

2.異常情況：已經運行3年及以上的電纜，中端頭的位置局部放電量介于300～500pC之間；運行時間不大于6年的電纜，中端頭的位置局部放電量介于100～300pC之間。

3.缺陷：新裝并運行的電纜，中端頭局部放電量超過100pC。1.電纜運行5年。

2.新電纜投運前。

3.電纜更換接頭并在送電前。

4.耐壓試驗進行后測試。

5.使用者認為有必要的時候。1.測量電壓，投運前的新電纜為2倍額定電壓，運行后電纜為1.7倍額定電壓。

2.重點用戶試驗周期可以縮短為3年。

3.發現異常時應縮短監測周期。

高壓交流耐壓法1.在規程規定的電壓下未出現擊穿。

2.耐壓試驗后，電纜的吸收比與極化指數測試不應有比較明顯的變化。1.電纜運行5年。

2.新裝電纜在投運前。

3.電纜更換接頭并在送電前。

4.使用者認為有必要的時候。預防性試驗電壓為1.6倍額定電壓，交接試驗為2.5倍額定電壓。

高壓直流耐壓法1.在測試時發現泄漏電流很不穩定。

2.泄漏電流大小隨加壓數值增大而急劇上升。

3.泄漏電流大小伴隨試驗時間有明顯的上升現象。同上試驗電壓為4倍額定電壓。

6 OWTS系統的定位技術

OWTS系統也是采用了脈沖反射法對電纜中的局部放電點進行定位。假設電纜具有一定局部放電量產生，放電脈沖將沿電纜向電纜兩端方向傳播，其中一個脈沖（入射波）經過一定時間后將會到達測試端；另一個脈沖（反射波）向測試另一端傳播，并在另一端發生全反射之后再向測試端傳播，反射波在經過一定時間后也將會到達測試端。根據入射波與反射波到達測試端之間的時間差值來計算局部放電所發生的具體位置，并對電力電纜局部放電進行定位。

7 結語

現場應用的電力電纜的局部放電形成原因還是較為復雜的，電纜試驗中應用振蕩波測試技術是一種非常好的測試方法，電纜檢查能力得到了有效增加，而且比較適合現場使用，局放能夠被比較準確地測試出來。現場使用中的電力電纜產生一些突發故障的原因是比較復雜的，對于電纜故障進行排查是一項難度大、技術高的工作，振蕩波測試便于現場使用，快捷方便，同時也是電力工程技術人員開展技術創新研究與應用的主要方向。

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作者簡介：劉建軍（1965-），男，內蒙古赤峰人，內蒙古東部電力有限公司赤峰市農電局生產處生產技術專責，工程師，研究方向：電力系統生產技術。

（責任編輯：周加轉）