高壓電纜交接試驗中分布式局部放電檢測技術的應用

陳林軍

摘 要：對已有的局部放電檢測技術進行了全面研究，并對其局部放電信號的傳輸特性進行了分析，提出了以無線或光纖為傳輸媒介和以高頻電流法為檢測手段的分布式局部放電檢測技術。經過實際操作可以得出，高壓電纜交接試驗時的微小絕緣缺陷可以由分布式局部放電檢測技術有效檢測出。

關鍵詞：檢測技術 分布式局部放電 交接試驗 高壓電纜

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0064-02

由于附件安裝和運輸及現場敷設的因素，即使已通過相關試驗的高壓電纜的電氣性能也會遭受影響。所以為了保障電網能夠可靠供電，避免因微小絕緣缺陷影響整個電網，在運輸敷設前要對電網進行交接試驗。雖然電纜交接試驗能夠直接檢測電纜質量，但是電纜交接試驗不能完全檢測出電纜的局部放電缺陷，還會使部分局部缺陷惡化，根據以往國內許多新建工程電纜投運后發生的故障就可以看出。所以，為避免以上問題出現，該文將對分布式局部放電檢測技術在高壓電纜交接試驗中的應用進行研究分析。

1 電力電纜中局部放電信號傳輸特性

1.1 電纜局部放電信號傳輸規律

波阻抗是依據電纜分布參數并聯等效電路計算的，計算公式為，其中G、C、L、R分別為單位長度電力電纜分布絕緣等效電導、單位長度電力電纜分布電容、單位長度電力電纜分布電感、單位長度電力電纜分布電阻。為使局部放電信號在電纜中傳輸的變化規律得到進一步的研究，引進以為表達式的電纜傳播系數，觀察上式可以知道傳播系數為復數，可以轉化為，所以，以電纜兩端阻抗匹配為前提，經由長為L的電力電纜傳輸后的局部放電信號的輸出和輸入有下列式子所示關系：，其中Ui、U0及L分別為局部放電信號輸出、輸入和電力電纜長度。根據式子可得，局部放電信號在電力電纜相位上的變化情況及幅值上的衰減由傳播系數決定，但電纜信號頻率和參數決定了傳播系數，所以局部放電信號在電纜內傳輸的特點如下：幅值衰減受局部放電信號在電纜中的傳輸距離影響，距離越長衰減越多；在距離相等情況下，幅值衰減速度受局部放電信號頻率的影響，頻率越高衰減速度越快；信號的色散現象是，包含不一樣頻率成分脈沖型信號，因各頻率分量不同的相移和衰減，在經由線路傳輸過程中，會導致畸變和失真[1]。所以，有必要將分布式局部放電檢測系統應用于電纜交接試驗的電纜局部放電檢測中，否則非常難檢測到經由較長電纜傳輸，基本衰減到零的高頻局部放電信號。

1.2 電力電纜的電路模型

內部有絕緣缺陷的高壓電力電纜在交接試驗的過程中，絕緣電阻會出現下降，但電流的泄漏和絕緣介質的損耗會增加，與此同時，還可能會出現局部放電。用分布參數并聯型等效電路來分析擁有完好電氣性能的電力電纜。診斷電氣性能完好的電力電纜的依據是絕緣電阻的變化，這是由于電力電纜在電氣性能完好的情況下電感值很小，但絕緣電阻值的數量級可以達到1010。如果電力電纜不存在絕緣缺陷，電纜自身、中間接頭和相關附件的波阻抗是匹配的，反射信號也不會產生。相反，有絕緣缺陷的電力電纜，其絕緣電阻減小會非常明顯，還會導致本來參數分布均勻的電纜的波阻抗不再匹配，電磁信號在通過電纜時會發生反射，電纜診斷以及故障點定位就是以這些為理論依據。

2 分布式局部放電檢測系統

2.1 分布式局放檢測方法

電纜運行中的在線監測以及敷設后的交接驗收試驗適合用高頻TA法，這是因為此方法不用經過耦合電容器在高壓端取得局部放電信號。而高頻TA法對局部放電電流的測量是通過電磁耦合完成的，測量回路和高壓電纜間不存在直接的電氣連接，所以噪聲能夠得到較好的控制。與實驗室測量不同，現場測量電纜線路局部放電時，對于外部干擾不能使用屏蔽室等手段控制，和電纜連接的電力設備發出的干擾信號也都經由電纜傳播，所以無法保證設備自身無局放和無干擾，這就需要使用獨特抗干擾手段的設備應用于現場測量中[2]。為躲避較大干擾信號的頻段，使其具有較高信噪比，在現場局部放電的測量中，選頻技術作為一項重要的抗干擾方法，經過測量頻率的調節來達到以上目的。IEC60270標準規定測量頻率為800 kHz以下，此頻段下，雖然減小了信號傳播衰減，但干擾信號也最為強烈，這是由于電纜外部的干擾信號在此頻段下能很容易地傳入電纜，所以為避免低頻干擾，應在較高頻率下展開現場測量工作，電纜內局部放電信號頻率和保證電纜線路監測點位置之間距離相匹配的檢測頻率是現場測量的合適頻率。

2.2 分布式局放檢測系統

分布式局放檢測系統將感性傳感器放置于交叉互聯線和電纜接地線上，并利用其對局部放電信號進行提取，被測接頭旁分別布置各檢測單元，全部電纜線路的分布式局放檢測是經由手拉手的光纜連接方法或無線組網使其系統整體串聯，整條線路的每個接頭的局部放電情況經由測量軟件實時檢測，測試人員根據3G無線通信或光纜傳回到控制主機的局部放電數據以及現場情況對各接頭的識別干擾能力進行調整，系統經過干擾排除和調整設置后開始自動監測[3]。技術人員在局部放電報警出現時，要立即識別局部放電信息，判斷局部放電信號是否可靠，如果可靠，則對引起局部放電缺陷的類型進行判斷。局部放電缺陷的嚴重性能夠通過放電特性的變化預示，分布式局放檢測系統能夠對各連接傳感器的信號進行連續、獨立的監測，并能檢索、顯示出數據，使局部放電特性變化能更容易被操作員找到，使得缺陷能夠盡早被技術人員解決。

3 分布式局放檢測技術的應用

以某省敷設的電纜為例，長11 km、220 kV的電力電纜，使用光纖及無線混連方法的同步分布式局部放電檢測進行現場交接試驗，該線路使用的無線近端單元、無線遠端單元及局部放電檢測單元分別為1個、7個和13個。此電纜線路ABC三相順利通過了1 h的1.7U0耐壓試驗，沒有出現絕緣擊穿現象，線路A相和C相電纜自身及其相關附件都沒有在局部放電檢測點檢測出局部放電，雖然B相通過了耐壓試驗且在交流耐壓試驗時沒有出現絕緣擊穿現象，但是在B相終端檢測點檢索到了局部放電信號。試驗電壓為215 kV時，B相終端有450pC的放電量，此放電量相較于耐壓1 h結束前的放電量大致相同，信號幅值較高，在電壓高于190 kV時，就發現了局部放電信號。因為B相終端中出現了局部放電信號，所以必須對B相終端進行拆卸檢查，經檢查得，環氧套屏蔽罩上有明顯的劃傷和撞傷痕跡。

4 結語

該文對分布式局部放電檢測技術的提出，可以很大程度地使電纜線路的運行故障減小，這是因為這種技術應用選頻式高頻電流法的檢測手段、使用了特別的光纖網絡技術和無線網絡傳輸功能，使局部放電監測耐壓試驗可以準確進行，并能夠對絕緣電力電纜及其相關附件的局部放電缺陷進行檢測，使得具有微小缺陷的電纜線路能夠被及時發現，避免了此種電纜接入電網造成電網隱患。從實際應用來看，分布式局部放電檢測技術在交流耐壓試驗中，能夠對電纜的絕緣狀態進行全面監測，并能夠對電纜內部的局部放電信號及時發現，在對存在問題電纜的部位進行解體查看過程中，使其檢測結果的準確性得到了驗證，同時也檢驗了分布式局部放電檢測技術。

參考文獻

[1] 周逢權，黃偉.直流配電網系統關鍵技術探討[J].電力系統保護與控制，2014，42（22）：62-67.

[2] 廖華年.提高電力電纜工程質量的措施[J].東北電力技術，2004，25（10）：16-19.

[3] 張一鳴，錢勇，李嫣然，等.分布式XLPE電纜局部放電在線監測系統的研制[J].電氣自動化，2015（6）：78-80.endprint