電力電纜振蕩波電壓阻尼振蕩頻率仿真分析

李春艷+潘健

摘 要：交聯聚乙烯（XLPE）電力電纜是目前城市敷設最為廣泛的一種橡塑絕緣電力電纜，由于外力破壞和非外力破壞等種種原因，電力電纜會發生故障而跳閘。加強對電力電纜局部放電現象的檢測能夠及時有效地發現電力電纜潛在的故障，避免由于電纜在正常運行時發生停電而造成不必要的經濟和設備損失。

關鍵詞：電力電纜；振蕩波電壓；振蕩頻率

中圖分類號： F301 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）04-172-2

0 引言

配網電纜化能夠更好地適應城市供電系統高可靠性和節約空間的發展方向，而且還有著美化市容市貌等諸多優點，已經成為大城市智能配用電系統的首選供電方式。隨著城網的不斷建設，大量的電纜被鋪設，城市對電量和用電時間的增加，電纜在正常運行過程中發生故障的幾率也越來越高，甚至會造成停電事故的發生。電力電纜中局部放電的放電量與電纜本身的絕緣狀況有著很大的聯系，通過檢測電纜局部放電量的大小，就可以得出電纜的絕緣狀況，鑒定電纜的運行狀態以及是否存在潛在的缺陷。

1 電力電纜振蕩波檢測技術原理

振蕩波電壓試驗接線圖如圖1所示。實驗的第一個步驟是進行充電，直流高壓電源會對電容器進行充電，達到一定幅值后，控制第一高壓電子開關導通，電容器經過很短的時間對電纜充電，電纜上電壓將在幾毫秒內到達峰值，第一高壓電子開關關斷，控制第二高壓電子開關閉合，電抗器、電纜以及線路電阻形成一個弱阻尼振蕩回路，在電纜上形成衰減振蕩波，同時利用局部放電檢測單元實現對電纜的局部放電信號的采集與分析。由于振蕩波試驗每次持續時間短、獲得的數據量小，為了確保最后結論的準確性，需要經過反復多次的試驗，通過多次的判斷和對比，最終獲得實驗電纜的絕緣介質狀況。

2 阻尼振蕩頻率的選擇范圍

當進行實際測試時，實驗電纜的總電容量是變化的，同樣的阻尼振蕩頻率也會跟著總容量的變化發生變化，無法精確的固定50Hz的頻率，所以在實際測試時，振蕩電壓波的頻率需要選擇一個合理的范圍，還需要符合國家的相關標準。在選定的頻率范圍內，施加在電纜上的阻尼振蕩電壓在電纜故障點處產生的局部放電現象最接近工頻電壓時的效果。通過振蕩波法對電纜進行實驗可以看成充電和振蕩的步驟，對實驗電纜加壓的持續時間不會超過10s，其中需要4s左右進行充電，LC振蕩的時間不到1s。根據GB311.1-1997《高壓輸變電設備的絕緣配合》，加在實驗試品上的電壓屬于暫時作用電壓[3]，其頻率在10

3 阻尼振蕩頻率仿真

為了配合電力電纜局部放電的振蕩波檢測，需要選擇合適的阻尼振蕩波頻率，必要時可以通過補償電容器的方式進行頻率調整。阻尼振蕩頻率的仿真模型如圖2所示，元器件的參數詳情如表1。在建好的模型中，實驗試品通過電容和電阻的集中參數模型替代，使用20 kV的DC電壓源替代激勵電壓源。為了過濾掉充電回路中的雜波，在仿真模型的直流電源上并聯一個濾波電容，同時串聯一個阻尼電阻，并在串聯諧振回路當中并聯了一個電阻分壓器以及補償電容（補償電容值根據文獻及阻尼振蕩頻率為500Hz計算），以得到合適的諧振電壓波形。仿真結果如圖3所示，其阻尼振蕩頻率為495Hz，與理論計算值500Hz基本一致，驗證了理論分析的正確性。

4 結語

本文針對振蕩波電壓法在電力電纜耐壓試驗中大規模運用的現狀，對電力電纜振蕩波電壓阻尼振蕩頻率進行了仿真分析。通過對電力電纜振蕩波電壓檢測方法的分析，建立了電力電纜振動波檢測電力電纜的等效電路仿真模型，對阻尼振蕩頻率進行了仿真計算，仿真結果與理論計算一致，通過增加補償電容，振蕩波電壓的頻率在500Hz左右，可以滿足現場的試驗要求，為電力電纜振蕩波檢測裝置的設計奠定了理論基礎。

參 考 文 獻

[1] 卓金玉.電力電纜設計原理[M].北京：機械工業出版社，1999.

[2] 楊連殿，朱俊棟，孫福，等.振蕩波電壓在XLPE電力電纜檢測中的應用[J].高電壓技術，2006，3（3）：27-30.

[3] 中國國家標準化管理委員會.GB311.1-2012高壓輸變電設備絕緣配合[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2012.