振蕩波測試技術在中壓電力電纜局部放電檢測中的應用

劉 巖， 林洲游，胡 偉

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014；2.溫州電力局，浙江 溫州 325000；3.杭州市電力局，杭州 310009）

0 引言

近年來，交聯聚乙烯（簡稱XLPE）電力電纜由于絕緣性能好、易于制造、安裝方便、敷設便捷等優點，在城市電網中壓電纜系統中（指35 kV及以下電壓等級）得到廣泛使用。一直以來，中壓電纜測試手段比較單一，而電纜往往會由于生產工藝、原材料、運輸、安裝等環節存在紕漏，導致在絕緣介質與半導電屏蔽層之間存在間隙、半導電體向絕緣層突出等缺陷，進而產生局部放電。由于擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料不斷老化最終導致絕緣擊穿，造成重大事故[1]。因此，對于電纜內部局部放電水平進行檢測，可有效掌握電纜內部絕緣狀況，已引起電纜檢測人員的重視。

1 中壓電纜局部放電測試技術介紹

以測試電壓類型分類，中壓電纜局部放電測試技術主要包括工頻局放測試、變頻局放測試、0.1 Hz超低頻局放測試、振蕩波測試等測試技術。

在工頻條件下，測試困難在于對長距離電纜進行充電測試需要較大的電源，測試系統包含多個設備，如發電機或工頻電源、高壓變壓器、控制儀器、局部放電探測裝置和故障定位儀器、耦合電容和高壓連接電纜等。同時運輸這些設備需要大型運輸車輛，大大增加了測試費用和難度[2]。雖然通過改變試驗系統頻率，對試驗電源的要求有所降低，但仍存在設備數量多，不同線路所需配置不一致等問題。另外，考慮到測試頻率與電纜運行工況的等效性問題，超低頻局放檢測適用性存在一定的局限和爭議[3]。

振蕩波檢測技術（簡稱OWTS）是近年來國內外研究較多的一種用于XLPE電力電纜現場檢測，它具有與交流電壓等效性好、作用時間短、操作方便、輕便靈活等優點，在不會對被試電纜造成損傷情況下[4]，實現XLPE電力電纜內部各種缺陷的檢測目的。

2 OWTS測試原理

2.1 振蕩電壓產生

OWTS系統主要通過檢測在高壓振蕩波傳輸過程中被試電纜內發生的局放來判斷電纜的絕緣狀態。首先在被測電纜端加直流電壓至預設值，之后閉合高壓開關IGBT，通過設備電感與被測電纜電容發生諧振，在被測電纜端產生阻尼振蕩電壓。考慮到與電纜運行狀態的等效性，系統采用固定電感和被試電纜構成阻尼振蕩回路，通過配置使電壓振蕩頻率處于工頻或接近于工頻。OWTS系統的測試原理電路和產生的振蕩高壓如圖1、圖2所示。

圖1 OWTS測試原理圖

2.2 局放位置確定

OWTS系統采用脈沖反射法進行局部放電位置定位，其原理如圖3所示。測試1條長度為l的電纜，假設在距測試端x處局部放電量為Q，脈沖沿電纜向兩個相反方向傳播，其中1個脈沖經過時間t1到達測試端；另一個脈沖向測試端對端傳播，并在對端反射后再向測試端傳播，經過時間t2到達測試端。根據2個脈沖到達測試端的時間差Δt，可計算局部放電發生的位置，即：

圖2 OWTS生成振蕩電壓

圖3 脈沖反射法定位電纜放電位置示意圖

式中：v為脈沖在電纜中傳播的波速；t1為電纜放電位置的放電脈沖傳遞到始端（即測試端）的時間；t1為電纜放電位置的放電脈沖經電纜終端反射后傳遞到始端（即測試端）的時間。

3 OWTS系統頻率對電纜內部局部放電測量的影響

Edward Gulski[4]研究了應用振蕩波測試進行電力電纜局部放電檢測的有效性，比較了工頻交流電壓與OWTS電纜內部局部放電的起始電壓與放電量Q的關系，并給出了振蕩波的頻率對電纜局部放電起始電壓和放電量的影響，見圖4。從圖中可見，OWTS的局放起始電壓大于交流下，這是由于OWTS作用時間短，不同頻率OWTS的局部放電量均大于交流；OWTS的頻率并不影響其局放起始電壓。圖中所有的頻率在OWTS下局放起始電壓相同，局放量大體相當。說明OWTS下由于電纜長度的不同導致頻率發生改變對檢測效果影響不大。

圖4 工頻與振蕩波電壓下的局放起始電壓與電纜內部局部放電量的關系曲線

4 現場測試實例

4.1 被測線路

以某10 kV電纜線路現場測試為例。被測電纜長度為764 m；型號為YJV22-3×240 mm2；投運時間是2002年。加壓步驟為：標準脈沖校準，背景噪聲測試，0.5×U0，0.7×U0，0.9×U0，1.0×U0（2 次），1.2×U0，1.3×U0，1.4×U0（2 次），其中 U0為電纜額定相電壓。

4.2 測試情況

經現場測試，在1.0U0電壓下被試電纜A相出現大量高幅值放電信號（如圖5所示），最高幅值超過5 000 pC。在基于脈沖反沖原理定位局放發出位置后發現，測試始端（即電纜終端處）存在大量放電信號（如圖6所示），且位置明顯集中，現場初步判定終端內部存在放電缺陷。經檢修人員解體檢查，發現在被試電纜A相終端（測試位置）高壓端主絕緣表面存在明顯劃痕。經過現場處理，復測后已無明顯局部放電現象（如圖7所示），終端集中性放電現象消失（如圖8所示）。目前，該電纜已順利投入運行。

5 結語

圖5 A相電纜內發現明顯放電跡象

圖6 A相電纜終端出現集中性放電現象

圖7 A相電纜內放電跡象消失

圖8 A相電纜終端集中性放電跡象消失

現場測試表明，中壓電纜振蕩波局部放電檢測技術的定位裝置現場應用比較方便，可以有效檢測出中壓電纜的各種局部缺陷并對其進行準確定位。針對投運前的電纜和運行時間較長的老舊電纜進行檢測，可以促進安裝工藝的提高和避免電纜因長期運行絕緣發生劣化引起突發性事故的發生。

[1]馮義，劉鵬，涂明濤.振蕩波測試系統在電纜局部放電檢測中的應用[J].供用電，2009，26（3）:57-59.

[2]饒強．交聯聚乙烯電纜新的試驗方法[J]．廣西電力，2004（8）:107-109．

[3]BOYEGO K，HYVONEN P，MARTTI A，et al Selectivity of damped sc（DAC） and VLF voltages in after-laying tests of extruded MV cable systems[J]．IEEE Trans on D&EI，2003，5（10）:874-882．

[4]GULSKI E，FRANK J，JOHAN J，et a1．Advanced partial discharge diagnostic of MV power cable system using oscillating wave test system[J]．IEEE Electrical Insulation Magazine，2000，2（16）:17-25．