高頻電流局放和X光檢測在高壓電纜帶電檢測中的應用

段玉兵，胡曉黎，張皓，雍軍，孫曉斌

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；2.國網山東省電力公司，濟南250001）

高頻電流局放和X光檢測在高壓電纜帶電檢測中的應用

段玉兵1，胡曉黎1，張皓1，雍軍2，孫曉斌2

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；2.國網山東省電力公司，濟南250001）

隨著交聯聚乙烯（Cross-linked Polyethylene，XLPE）高壓電纜在城市地下電網中廣泛投運，其安全運行對于電網穩定越來越重要，找到切實可行的方法來監測現場運行電纜的絕緣勢在必行。高頻電流法是一種非侵入式的檢測方法，安全可靠，針對某110 kV高壓電纜接頭絕緣擊穿事故，對同結構電纜頭進行局部放電，發現疑似局放信號并確定了其局放源，驗證了此方法的實用性；X光檢測是一種可實時成像的新型檢測技術，通過一起電纜主絕緣擊穿事故的X光檢測，表明了利用X射線數字成像技術，可實現電纜內部結構的可視化診斷，快速準確的評估電纜缺陷程度。電纜高溫運行實例將兩方法綜合應用，進一步驗證了其有效性，為XLPE高壓電纜局放帶電檢測提供理論支持。

XLPE高壓電纜；局放帶電檢測；高頻電流檢測；X光檢測

0 引言

近年來，由于我國經濟持續高速發展，造成電力供應十分緊張，引發了新一輪電力投資建設高潮。隨著電網規模迅速擴大和電壓等級的不斷提高，電力運營的安全性問題日益突出。特別是交聯聚乙烯（Cross-linked Polyethylene，XLPE）高壓電纜在城市地下電網中廣泛使用，產生了新的安全議題［1-5］。

基于全國主要城市電力電纜搶修記錄、事故現場照片和故障電纜封樣等材料分析，導致電力電纜運行故障的原因可劃分為外力破壞、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4種類型，所占比重分別為58%、27%、12%和3%。其中電纜附件（電纜終端和中間接頭）因均為現場人工制作安裝，結構復雜，電場畸變嚴重，導致絕緣品質往往低于工廠制作的電纜本體，電纜附件的故障往往占到電纜運行故障的一半以上［1-2］。

由此可見，XLPE電力電纜線路的運行，特別是電纜附件運行的安全可靠性應受到足夠的重視。必須采取必要和恰當的手段來預防事故的發生以及監測電力電纜線路的運行狀況。

通過對XLPE高壓電纜T接頭絕緣擊穿、主絕緣擊穿及高溫運行3起缺陷診斷實例展開分析，檢測結果表明了高頻電流局放檢測法與X光檢測法在XLPE電纜局放帶電檢測方面的實際應用價值。

1 電纜高頻電流局放檢測分析

1.1 高頻電流法局放理論分析

局部放電是一種在電場作用下于絕緣內部局部區域發生的部分橋接的電氣放電現象。XLPE電纜內部發生局部放電時會激發出高頻電流脈沖，高頻電流由局放源沿電纜高壓導體和金屬屏蔽層向兩端傳播，將具有Rogowski線圈結構的高頻電流傳感器安裝于電纜本體或電纜附件的接地線上，用以檢測耦合局部放電時產生的高頻電流信號［3］，原理如圖1所示。

可見，高頻電流法是一種非侵入式的檢測方法，安全可靠，其檢測帶寬通常為100 kHz～100 MHz，根據現場情況對檢測頻段進行適當的選取可以有效地避免外部信號干擾，獲得較高的檢測靈敏度。現場應用表明，該方法是XLPE電纜局部放電檢測的有效手段之一。

圖1 高頻電流法檢測原理

1.2110 kV局放檢測案例

某甲乙線110 kV高壓電纜線路于2014年2月投運，兩條電纜線路具有2組T接頭，其中，投運后第二天凌晨甲線A相故障跳閘，故障原因為9號電纜T接頭絕緣擊穿，故障后T接頭如圖2所示。

為防止電纜再次發生故障，利用PDCheck局放儀對相同結構的乙線電纜9號電纜T接頭及相鄰接頭進行帶電局放檢測。圖3為局放情況最嚴重的9號T接頭至前灣的三相測試圖形。

圖2 電纜中間接頭故障

圖3 9號T接頭至前灣三相測試圖形

通過對圖3分析知：①9號電纜T接頭A相至前灣側采集的信號分布在二、四象限，局放信號的幅值為200 mV左右，頻率為6 MHz左右，具備局放信號的特征圖譜；至其他變電站的A相的幅值在100 mV左右；②9號電纜T接頭其他相的放電相位都與A相相反，且幅值要小得多，判斷為A相耦合的信號；③其他相鄰接頭局放信號的幅值比9號接頭小得多，因此9號電纜T接頭A相至前灣側為放電源，建議盡快對此T接頭進行更換處理。

對乙線9號電纜T接頭停電更換，在被更換的T接頭與應力錐接觸的金屬環和環氧套管之間發現疑似放電痕跡，初步判斷為應力錐前金屬環與環氧

套管未完全貼合，接頭安裝時存在缺陷。此缺陷導致層間存在氣隙，氣隙處發生了層間放電。圖4所示為被更換的T接頭及缺陷。

圖4 解體實拍

對乙線9號電纜T接頭更換完畢并通過耐壓試驗后，利用PDcheck對送電后的9號電纜T接頭進行局放復測，復測波形如圖5所示。通過測試數據可知，測得的信號均勻分布在各個象限，為外界傳來的干擾信號，未檢測到明細局部放電信號，電纜接頭更換后，局部放電信號消失。

圖5 更換T接頭后復測圖譜

因此，針對甲乙線的運行現狀，為提高線路運行可靠性，建議加強對甲乙線的T接頭的局放檢測，每3個月進行1次局放跟蹤復測。

2 電纜X光檢測

2.1 X光檢測法理論分析

X光檢測法基于X射線成像技術，該技術為近年發展起來的一種新型射線無損檢測技術，與傳統的膠片式檢測技術相比具有輻射小、靈敏度高、便攜性好和數據易存儲等優點［4］。

檢測時，X射線透過高壓電纜后經射線探測器將檢測信號轉換為數字信號，數字信號被計算機接收，形成數字圖像，按照一定格式存儲在計算機內。電纜是一種多層的環狀結構，相對較為規則，各層材料不同。理論上看，射線徑向通過電纜時，由于各層對射線的衰減能力以及透照厚度均存在差異，造成其在底片上性能灰度不一的影像。通過觀察檢測圖像，并根據工作經驗和有關標準進行缺陷評定，即可實現高壓電纜絕緣診斷［5］。圖6為110 kV電纜的X射線假想檢測圖。

圖6 110 kV電纜X射線假想檢測

2.2 檢測案例

2013年12月，某用戶220 kV電纜交接試驗耐壓試驗不通過，經過故障排查，為主絕緣擊穿。為進一步分析故障，在220 kV電纜主絕緣擊穿故障點確定后，相關技術人員在電纜隧道中利用帶電檢測儀器GIS可視化系統（GIS-Visualize200）對電纜主絕緣擊穿點附近電纜進行X光拍照，發現220 kV電纜絕緣屏蔽層與主絕緣之間存在縫隙。

圖7所示為正常電纜的X光圖，本次檢測發現的一處電纜缺陷透視影像如圖8所示，電纜絕緣屏蔽層與主絕緣之間存在縫隙。

本次檢測利用X射線成像檢測技術，實現了電纜內部結構的可視化診斷，可帶電對故障進行檢測。

圖7 正常電纜X光透視

圖8 缺陷電纜X光透視

GIS可視化系統一般用于GIS的故障帶電檢測，本次檢測為首次利用本單位的X光設備對220 kV電纜從不同位置、不同方位進行檢測，檢測結果表明，利用X射線數字成像技術能夠檢測電纜的絕緣缺陷。

由于X光檢測經驗較少，還沒有形成X光數字成像技術對電纜檢測的各種故障圖譜，因此還需進一步結合實際生產，利用此設備進行電纜帶電檢測，以積累經驗，提高檢測的準確性及效率。

3 電纜受熱后高頻電流檢測與X光檢測

3.1 電纜基本情況

某220 kV甲乙線靠近熱力管道發生泄漏，運行人員發現地表溫度異常時，電纜已經在高溫的影響下運行了5天，為判斷熱力管道蒸汽泄漏是否對電纜造成影響，利用對電纜進行高頻電流局放和X光檢測。

對電纜路徑上地表溫度最高處進行開挖檢查，未發現電纜外護套有明顯變形及損傷，電纜外觀如圖9所示。

圖9 電纜外觀

3.2 X光檢測結果

使用GIS可視化系統（GIS-Visualize200）對開挖位置的電纜進行X光透視檢測。檢測未發現電纜內部線芯、絕緣、波紋鋁護套等有明顯變形、損傷，如圖10所示。

圖10 電纜X光照片

3.3 局放帶電檢測結果

利用PDCheck局放儀對電纜終端頭進行局放帶電檢測，兩條線路對應的三相檢測圖譜分別如圖11和12所示。

圖11 甲線電纜終端頭檢測圖譜

由圖11知，對甲線電纜終端頭三相采集到的信號都均勻分布在所有象限，為外界傳來的噪聲干擾，

未見明顯局放信號。

由圖12知，對乙線電纜終端頭三相采集到的信號都均勻分布在所有象限，為外界傳來的噪聲干擾，未見明顯局放信號。

圖12 乙線電纜終端頭檢測圖譜

因此，通過對220 kV甲、乙線電纜進行外觀檢查、X光拍照及在終端頭位置進行的電纜局放帶電檢測，未發現處于高溫運行條件下的電纜有明顯異常。

4 結語

利用高頻電流檢測法對110 kV電纜線路T接頭的多次局放進行帶電檢測，確認了乙線9號電纜T接頭存在較大的局放信號，對9號電纜T接頭更換后的解剖結果及送電后的局放復測結果驗證了這一點，由此證明了該方法作為XLPE電纜局部放電檢測手段之一的有效性，具有較大的推廣應用價值。

通過利用X射線數字成像技術對220 kV電纜從不同位置、不同方位進行檢測，診斷出了電纜缺陷類型，實現了電纜內部結構的可視化診斷，快速準確的評估電纜缺陷程度。但由于檢測試驗經驗較少，目前尚未形成X光數字成像技術對電纜檢測的各種故障圖譜，因此還需進一步結合實際生產，利用高頻電流局放和X光進行聯合檢測，積累經驗，提高檢測的準確性及效率。

［1］蘇文群，張麗，錢勇，等.XLPE電纜局放檢測技術及其應用［J］.華東電力，2011，39（4）：654-657.

［2］程序，陶詩洋，王文山.一起110 kV電纜終端局放帶電檢測及解體分析實例［J］.中國電力工程學報，2013，33（S1）：226-230.

［3］郭燦新，張麗，錢勇，等.XLPE電力電纜中局部放電檢測及定位技術的研究現狀［J］.高壓電器，2009，45（3）：56-60.

［4］李成鋼，陳大兵，張建國.X射線數字成像技術在電力電纜現場檢測中的應用［J］.實踐經驗，2015，37（2）：74-77.

［5］文樂斌，李鴻澤，周立.電力電纜X射線無損檢測工藝技術研究［J］.華東電力，2013，41（12）：2 518-2 521.

High-frequency Current Detection on Partial Discharge and X-ray Detection On-line Detection of XLPE High-voltage Cable

DUAN Yubing1，HU Xiaoli1，ZHANG Hao1，YONG Jun2，SUN Xiaobin2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

Applications of cross-linked polyethylene（XLPE）high-voltage cables in urban underground power grid are increasingly widespread.It is imperative to find out practical and feasible ways to monitor the insulation of onsite operation cables.High-frequency（HF）current detection is a non-invasive test method.Aiming to a case of insulation puncture happened in a T junction，cable joints are inspected by using partial discharge（PD）monitoring system and the PD source is determined，through which the practicability of HF current detection is verified.X-ray detection is a new detection technology with real-time imaging，through the analysis of X-ray inspection example，insulation defects can be detected and visually analyzed by using X-ray digital imaging technology，and main insulation damages can be assessed quickly and accurately.HF current detection and X-ray detection are applied synthetically in the example that cables operated under the condition of high temperature，which further proved the effectiveness of these two methods and offered theoretical support for PD online detection of XLPE high-voltage cables.

XLPE high-voltage cables；PD online detection；HF current detection；X-ray detection

TM83

A

1007－9904（2016）09－0010－05

2016-03-30

段玉兵（1980），男，工程師，從事電纜線路運維及技術監督工作。