一起220kV電纜終端局放帶電檢測分析實例

魏彬 孫彤

摘要：通過對變壓器、電纜終端等電氣設備進行帶電檢測工作，能夠及時有效地發現設備由于內部缺陷導致的局部放電現象，避免其發展為重大故障。針對天津地區某220kV變電站帶電檢測發現的電纜終端存在局部放電的現象，分析了高頻、超高頻局放檢測和超聲波定位結果，并對可疑部位的SF6氣體分解產物進行氣相色譜分析，推測為斷路器內部缺陷。最終對斷路器解體檢查，發現斷路器內部多處存在放電痕跡，表明利用高頻檢測法檢測電纜局部放電可行、有效。

關鍵詞：局部放電，帶電檢測，高頻檢測

引言

隨著近些年城市電網建設不斷深入，輸配電電纜在城市電網規劃中的地位愈加突出，電力電纜運行是否穩定直接影響城市電網能否安全運行。

帶電檢測技術利用紅外線、紫外線、超聲波、高頻和超高頻等傳感探測技術，對設備的溫度、聲信號、電磁波信號等信息進行檢測，通過分析對比采集數據特征來判斷設備運行狀態，從而在不影響設備正常運行的狀態下診斷設備狀態并對設備缺陷進行定位，實現狀態評價和狀態檢修的目的。

通過對國內主要城市電力電纜搶修記錄的統計分析可以發現，導致電力電纜運行故障的原因可主要有：外力破壞、電纜附件制造質量、電纜敷設安裝質量和電纜本體制造質量四種[ ] 。

隨著電纜制造技術的不斷發展普及，目前國內外電纜生產廠商都能夠很好地控制電纜產品質量，因此，在沒有外力破壞的情況下，電纜本體發生故障的概率很低。相比之下，電纜終端和中間接頭由于其結構復雜且對安裝工藝要求較高，在現場安裝過程中受安裝工人工藝水平和周圍環境條件等因素影響，其絕緣品質往往低于電纜本體，在日后的長期運行中發生的問題遠遠多于電纜本體。

研究發現，電纜的絕緣水平與其局部放電量密切相關，局部放電量的變化可以在一定程度上預示電纜絕緣水平的劣化。因此，準確測量電纜局部放電量是檢測電纜絕緣水平最為直觀有效的方法。IEEE、IEC和CIGRE等國際電力權威機構組織都把局部放電檢測作為交聯聚乙烯電纜絕緣狀況評價的首選方法[ ] 。應用高頻局部放電檢測技術，可以在減少停電次數和停電時間的前提下有效地發現設備缺陷，這對及時消除隱患以保證電力系統穩定運行具有非常重要的意義。

電力電纜局放的常用檢測方法主要有聲發射法和電磁耦合法等[ ] 。當電纜內發生局部放電時會伴有聲波發射，利用超聲波傳感器，可以探測到電纜本體及附件中的局放現象。超聲波檢測法避免了與高壓電纜的直接電氣連接，不受電磁干擾的影響。電磁耦合法即脈沖電流法，通過檢測因局部放電引起的脈沖電流來獲得放電量。由于IEC 60270標準對脈沖電流法有統一的準則和規范，因此電力電纜離線局放檢測廣泛使用該方法。脈沖電流法采用電容型帶狀傳感器、高頻電流傳感器（HFCT）和超高頻（UHF）傳感器等手段收集局放信號。

本文針對天津地區某220kV變電站電纜終端進行高頻局放檢測的過程中發現的疑似放電信號，進行復測并對復測結果分析研究，判斷該電纜終端存在放電；然后利用超高頻法和超聲波法對局放點進行定位，經SF6氣體分解物氣相色譜分析，判定220kV組合電器2220間隔B相斷路器內部放電；最后對其解體開倉檢查，在滅弧室及相關絕緣構件表面發現放電痕跡，最終證實判斷的正確性。

1 發現缺陷

2014年4月14日，對天津地區某220kV變電站組合電器2220間隔電纜終端進行例行局放試驗，測試線路型號為YJLW03-Z-127/220kV-1*2000mm2，出廠日期2011年4月19日，電壓等級220kV，使用檢測儀器為TECHIMP PDcheck，檢測結果圖譜顯示：該電纜終端A、C相相位圖譜分布均勻，無明顯放電特征，B相放電信號特征明顯，放電幅值約為200mV，初步判斷為內部放電。

2 帶電檢測結果分析

2014年5月25日對該處電纜終端進行復測，A相幅值約為300mV，B相為570mV，C相為502mV。與4月14日檢測結果相比，放電幅值明顯增大。按照國家電網公司《電力設備帶點檢測技術規范（試行）》中關于高頻局放檢測的要求，放電幅值達到500mV，屬于缺陷范疇。

復測結果中在0°和180°位置放電特征點分布較多，且隨電壓升高沒有明顯增長趨勢，與典型電纜終端放電圖譜不符，經分析懷疑檢測到放電高頻電磁信號與該電纜所連接的組合電器有關，隨即對2220間隔組合電器進行超聲與超高頻帶電檢測。

超高頻局放檢測：該組合電器由于絕緣盆處纏繞有屏蔽鋼帶，故超高頻信號無法從絕緣盆外壁傳出，只能在電纜終端環氧套管根部進行超高頻局部放電檢測。經測試，超高頻檢測結果顯示，未檢測到明顯局部放電信號。

超聲局放檢測：對2220間隔組合電器三相所有氣室進行超聲波局部放電檢測，檢測順序依次為電纜出線氣室、-2刀閘、CT、斷路器氣室。當測量到B相斷路器氣室時，連續測量模式下有效值、峰值明顯高于其他氣室10倍以上，100Hz相關性明顯，相位測量模式下呈現與相位相關放電圖譜。

5月21日下午，對2220間隔三相斷路器進行 SF6氣體分解產物氣相色譜分析，從 SF6氣體分解產物色譜分析結果得出，B相CF4分解產物為786.62μl/L，明顯高于標準要求，且與 A、C相檢測結果相比，B相CF4 含量明顯偏高，根據檢測結果可以確定B相分解產物存在異常。由于測試未檢出 H2S、SO2、HF 等電弧放電的特征組分，由此可以推斷不存在電弧放電現象，或者由于放電量較小致使電弧放電特征組分被氣室內吸附劑吸附或已與氣室內水分、金屬材料反應。而放電伴隨的高溫使氣室內固體絕緣材料與 SF6相作用產生 CF4氣體（固體絕緣材料與 SF6在 500℃高溫條件下產生 CF4氣體），由于吸附劑對非極性分子（CF4）吸附作用不明顯，致使氣室內CF4氣體含量積累以至于呈現出檢測結果中含量明顯高于新氣以及 A、C相氣室CF4含量水平。通過SF6分解產物檢測結果表明：B 相氣室可能存在局部放電故障，同時故障可能涉及固體絕緣材料。從電纜終端處檢測到的高頻信號懷疑為從斷路器氣室局部放電產生高頻電磁信號傳遞結果。結合高頻與超聲波帶電檢測以及SF6 氣體分解產物色譜分析結果，可以初步判定2220間隔B相斷路器內部存在局部放電。

3 解體檢查

5月25日下午13時，對該變電站220kV組合電器2220間隔B相斷路器進行解體開倉檢查。解體檢查發現：

（1） 滅弧室內壁存在白色粉末，殼體內表面靠近動觸頭絕緣支撐件位置有電弧灼燒痕跡。

（2） 動觸頭外罩與殼體之間的絕緣支撐件表面臟污嚴重，存在肉眼可見斑紋，絕緣支撐件靠近地電位側有明顯碳化痕跡。

（3） 絕緣支撐件側法蘭下部，發現黑灰色粉末顆粒，并且在該相斷路器防爆膜處發現同樣黑灰色粉末顆粒。

4 分析原因及結論

該變電站220kV組合電器2220間隔B相斷路器滅弧室清理不到位，致使內部殘留的異物產生懸浮電位放電，分解為黑灰色粉末顆粒，該粉末顆粒在電場力和重力作用下在滅弧室內發自由運動，動觸頭屏蔽罩處的灼燒斑紋與殼體內壁燒傷痕跡即為自由顆粒放電所致。

本次帶電檢測利用高頻、超聲局放檢測將局放點定位在2220間隔B相斷路器，經過解體發現放電痕跡，證實測試結果真實有效。

高頻局放檢測技術彌補了常規檢修模式的不足，可以有效地減少突發性停電事故的發生，減少停電次數和停電時間，降低搶修人力物力費用，對提高電網供電可靠性具有重要意義。