一種電力電纜輕微性絕緣故障診斷和定位新技術(shù)的應(yīng)用

李 滔

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖供電局，云南 曲靖655000）

0 引言

隨著城市電網(wǎng)電壓等級(jí)和纜化率的提高以及部分電力電纜使用年限的增加，如何對(duì)電力電纜輕微性絕緣故障進(jìn)行檢測與評(píng)估以便擬定科學(xué)的檢修策略，成為電力工作者迫切希望解決的技術(shù)難題。

目前，工頻或類工頻交流耐壓試驗(yàn)由于試驗(yàn)狀況接近電纜的運(yùn)行工況而成為國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的試驗(yàn)方法，在現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用方面，調(diào)頻型串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置由于重量輕、體積小、變頻電源輸出功率僅為試驗(yàn)功率的1／Q等優(yōu)點(diǎn)已成為高電壓試驗(yàn)中一種新的方法與潮流，但其只能通過電纜絕緣是否擊穿得出絕緣狀況好與不好的定性結(jié)論，無法對(duì)電纜絕緣的中間狀態(tài)進(jìn)行定量評(píng)估。針對(duì)以上方法的缺點(diǎn)，應(yīng)用將串聯(lián)諧振試驗(yàn)技術(shù)與局部放電測量和定位技術(shù)相結(jié)合的電力電纜安全檢測評(píng)估系統(tǒng)已成為當(dāng)今電纜絕緣測試與安全評(píng)估的重要趨勢。

1 電力電纜安全檢測評(píng)估系統(tǒng)技術(shù)分析

1.1 系統(tǒng)局部放電檢測原理

系統(tǒng)所采用的電力電纜局部放電檢測方法為脈沖電流法，又叫ERA法，這也是IEC60270和GB／T7354—2003《局部放電測量》規(guī)定的測量方法。如圖1所示，其基本原理為：電力電纜在加壓情況下發(fā)生局部放電時(shí)，近端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電壓，此時(shí)經(jīng)過一耦合電容耦合到檢測阻抗上，回路中就會(huì)產(chǎn)生一脈沖電流，脈沖電流流過檢測阻抗將產(chǎn)生脈沖電壓，將脈沖電壓予以采集、放大和顯示處理，就可測定局部放電的基本放電量。

圖" 系統(tǒng)的局部放電試驗(yàn)、測量與定位原理

1.2 系統(tǒng)局部放電定位原理

局部放電定位首先要獲取電纜長度信息，該系統(tǒng)利用脈沖反射法來測量電纜長度：采用任意波形信號(hào)發(fā)生器向被試電纜施加一個(gè)窄脈沖，此脈沖沿電纜正向傳播，經(jīng)一定的延時(shí)T到達(dá)終端，并產(chǎn)生反射現(xiàn)象。如果不考慮信號(hào)的衰減，則反射信號(hào)的幅值與入射信號(hào)相同，而方向相反。反射信號(hào)經(jīng)過與入射信號(hào)相同的延時(shí)T到達(dá)發(fā)射端。在入射端測量信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間2T，并在電磁波的傳播速度v已知的前提下得到被試電纜的長度。由于測試電壓較低，因此不必考慮電纜局部放電信號(hào)的影響。

電纜長度計(jì)算公式為：

系統(tǒng)的局部放電定位同樣利用放電脈沖正反向傳播產(chǎn)生的時(shí)間差來計(jì)算。如圖1所示，假設(shè)放電點(diǎn)靠近近端的距離為l。當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體上產(chǎn)生一個(gè)很窄的放電脈沖，此脈沖產(chǎn)生的正向行波和反向行波分別以同樣的速度向近端和遠(yuǎn)端傳播。以局部放電的發(fā)生時(shí)刻為t0，正向行波到達(dá)近端的時(shí)刻為t1，則有：

反向行波到達(dá)遠(yuǎn)端后會(huì)產(chǎn)生全反射，反射波此后正向向近端傳播，并在t2時(shí)刻到達(dá)近端，則有：

因此，在電纜長度已知的前提下，只要測量出正向行波和反向行波到達(dá)近端的時(shí)間間隔Δt，就可以計(jì)算出局部放電發(fā)生的位置。

1.3 電力電纜安全檢測評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于調(diào)頻型串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置中的變頻電源大多數(shù)為方波型電源，采用的是PWM原理進(jìn)行變頻逆變，所以本身局放量較大，對(duì)局放測量干擾比較嚴(yán)重。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電源干擾信號(hào)的有效降噪，該系統(tǒng)采用了π形結(jié)構(gòu)的高壓濾波器作為局部放電耦合器單元。局部放電耦合器單元是電力電纜安全檢測評(píng)估系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的核心部件，是連接高壓源和局放數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的橋梁，應(yīng)根據(jù)調(diào)頻型串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源設(shè)計(jì)相應(yīng)局部放電耦合器單元。

將調(diào)頻型串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置、高壓π形濾波器和局部放電測量與評(píng)估系統(tǒng)結(jié)合起來，即可組成電力電纜安全檢測評(píng)估系統(tǒng)。

2 電力電纜安全檢測評(píng)估系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場應(yīng)用范圍和限制條件總結(jié)

當(dāng)進(jìn)行新電纜交接和電纜大修時(shí)，由于IES－1000測試系統(tǒng)局部放電測量靈敏度高，測試系統(tǒng)將配合交流耐壓試驗(yàn)進(jìn)行，對(duì)電纜進(jìn)行局部放電測量，如果未發(fā)現(xiàn)局部放電則電纜投入運(yùn)行，如發(fā)現(xiàn)局部放電則進(jìn)行絕緣狀況評(píng)估、局放故障類型分析和局放位置精確定位，并采取措施進(jìn)行檢修或替換。

當(dāng)電纜正常運(yùn)行時(shí)，如通過在線檢測設(shè)備發(fā)現(xiàn)電纜有局部放電現(xiàn)象，則應(yīng)對(duì)該電纜進(jìn)行計(jì)劃停電，切換到備用線路，然后利用IES－1000測試系統(tǒng)局部放電測量靈敏度高和具備定位功能的特點(diǎn)對(duì)電纜進(jìn)行絕緣狀況評(píng)估、局放故障類型分析和局放位置精確定位，并采取措施進(jìn)行檢修或替換。

2.2 應(yīng)用實(shí)例分析

由于目前110kV運(yùn)行電纜不易停電檢測，該應(yīng)用實(shí)例主要是在實(shí)驗(yàn)室對(duì)廢舊電纜進(jìn)行試驗(yàn)，電纜局部放電模型是針刺模型，通過在電纜絕緣層上扎入一根大頭釘來實(shí)現(xiàn)，該釘上部必須與電纜的金屬護(hù)套相接觸，即與地連接，該釘?shù)牡撞考舛松陨栽胫鹘^緣即可在加壓下形成不均勻電場，嚴(yán)禁將釘子貫穿主絕緣而造成短路。

在此次試驗(yàn)中，電纜絕緣狀態(tài)評(píng)估結(jié)果如下：

（1）最大局部放電量為4 640pC，表明該電纜應(yīng)采用定位功能查找缺陷點(diǎn)，進(jìn)行修補(bǔ)或更換。

（2）大于350pC的局部放電數(shù)量為277個(gè)，所占比重為74.06%，表明電纜局部放電量總體較大。

（3）在60周波內(nèi)采集的局部放電總數(shù)為374個(gè)，表明局部放電活躍程度一般。

根據(jù)以上電纜絕緣狀態(tài)評(píng)估結(jié)果，采用了電力電纜安全檢測評(píng)估系統(tǒng)中的局部放電定位技術(shù)查找輕微性絕緣故障點(diǎn)。定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)共采集了20次，兩個(gè)光標(biāo)之間的時(shí)間差即正反向波形的時(shí)間差為2.275μs，已知電纜長度為300m，代入式（4）可得，局部放電點(diǎn)離測量近端距離為106m左右，這與實(shí)際的電纜局部放電模型所在點(diǎn)（離測量近端105m）幾乎一致，因此可證明電力電纜安全檢測評(píng)估系統(tǒng)局部放電定位功能是有效的。

3 結(jié)語

根據(jù)電纜故障的發(fā)展過程可知，一般輕微性絕緣故障經(jīng)過較長時(shí)間才會(huì)形成絕緣擊穿，且伴隨著局部放電由弱到強(qiáng)的過程。因此，如果能在出現(xiàn)輕微性絕緣故障時(shí)采用局部放電測量定位技術(shù)發(fā)現(xiàn)它并采取措施，將可避免更大的損失。

［1］羅俊華，楊黎明，史濟(jì)康.電力電纜及試驗(yàn)技術(shù)回顧［J］.高電壓技術(shù)，2004，30（S1）：81－82.

［2］江毅，鐘建靈.交聯(lián)電纜技術(shù)要求的新趨勢及交流耐壓試驗(yàn)的狀況［J］.廣東電力，2002，15（4）：34－35.