內置局放傳感器在110 kV電纜接頭上的應用

羅繼輝 王錦明 高 飛 方 菊

（長園電力技術有限公司，廣東珠海519000）

0 引言

局部放電是絕緣介質外加電場強度達到一定值時產生的電氣放電，其是由絕緣介質內部、絕緣介質之間的雜質、間隙、氣泡等缺陷導致的[1]。電纜及附件具備完整的結構設計，選用良好的絕緣材料，在干燥、無塵環境下經過嚴格的工藝控制進行生產制造，產品出廠均經過完整和靈敏的出廠試驗，本身不會產生局部放電，安裝完成的系統中產生局放的最大可能是由于現場安裝質量不良造成的。

為驗證安裝工作的質量，并確保整個電纜系統的可靠性，敷設后試驗甚至是監測的靈敏性對XLPE絕緣超高壓電纜系統穩定運行意義重大。

實際運行的電纜系統局放監測不同于產品試驗局放測試，工廠產品局放測試有良好的屏蔽措施，而現場環境復雜，干擾因素很多，所以對現場測試傳感器的要求有：（1）為避免高電壓和大電流（例如短路電流）的干擾，探測器必須安置在有效絕緣的外側（外半導電層上面）。（2）探測器相應的測量系統必須能可靠地鑒別來自電纜附件外部的干擾和附件內的局部放電。誤測可能造成嚴重后果，務必要確切地排除那些可能會被看作是內部局部放電的干擾[2]。

1 電纜及附件局放測試技術簡介

目前絕緣介質常用的局放測試方法有：（1）單一容性脈沖探測器；（2）差分容性脈沖探測器和容性注入校準脈沖；（3）感性脈沖探測器和感性注入校準脈沖；（4）電脈沖檢測，該種方法主要是剝開金屬護套并測量跨接在間隙兩端電阻的電流；（5）交叉連接接地電纜內的電流檢測。以上所有方法，其核心要求為可靠區分與PD相似的現場噪音和絕緣內部PD的能力[3]。

目前已有幾種方法來區分來自接頭的PD和噪音：如接頭兩邊傳輸時間、信號極性、接頭兩邊設置容性電極等。

本文采用一種新型貼片式傳感器，在接頭左右兩邊設置探測器，如圖1所示，該探測器放置在外半導電層與護套之間屏蔽層的人為間隙中。在電纜護套內氣隙兩端的電壓降會提供有關按脈沖極性而傳輸的方向信息：來自電纜經由接頭傳輸的脈沖將會在輸出端E1和E2上給出極性相反的輸出信號，而來自接頭的PD則可在輸出端E1和E2檢測到相同符號的電壓。

為了鑒別噪音與來自接頭的PD脈沖，探測器必須安裝在靠近接頭的每一側。對于單極性脈沖，傳輸方向可用極性相比較的方法而得知。由兩個探測器的試驗裝置和極性鑒別器所獲得的結果是有所區別的，該系統對來自接頭內的PD是靈敏的，而對沿著電纜傳輸的噪音并不靈敏。

圖1 110 kV電纜接頭局放

2 抗干擾試驗

2.1 搭建試驗回路

搭建試驗回路如圖2所示，首先測試空載下背景干擾，在高壓屏蔽試驗大廳，背景干擾可以控制在2.5 pC下。其次施加1.5U0電壓，測量回路總的局放值，正常情況下也是在2.5 pC下。此時對比哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值，均無明顯放電。

圖2 110 kV帶傳感器接頭試驗回路

2.2 在高壓電源側施加干擾

即在終端的高壓導體端子上接一段約500 mm長的細銅絲，長度大于終端均壓罩的半徑值，目的是產生電暈放電。經測量大約在0.8U0，哈弗萊局放儀開始出現局放信號，隨著電壓逐漸升高，放電量明顯提升，而觀察貼片傳感器的局放值，均無明顯放電。

2.3 空間的放電信號

靠近接頭處，接通手機，啟動手機脈沖信號，哈弗萊局放儀開始出現局放信號，隨著距離縮短，放電量明顯提升，而觀察貼片傳感器的局放值，均無明顯放電。

2.4 來自地網的高頻信號

接通高頻打磨機，連接到接頭接地線上，哈弗雷萊局放儀馬上顯示局放信號，而觀察貼片傳感器的局放值，均無明顯放電。

該試驗證明，采用貼片式傳感器，可有效屏蔽非局部放電信號。

3 模擬現場缺陷局放試驗

為了降低回路施加電壓值，縮短出現局放的時間，在電纜和附件上人為制造了幾個有可能出現局放的缺陷，這些缺陷也是在電纜附件現場組裝時可能出現的，如接頭應力錐錯位、電纜外屏蔽損傷、電纜半導電斷口臺階、電纜圓周劃痕、電纜縱向劃痕等。

（1）在電纜處理尺寸已確定的情況下，應力錐錯位會造成接頭一側應力錐不能與電纜外半導電層有效接觸，絕緣屏蔽不能有效均勻電場，造成放電；而另外一側應力錐搭接過頭，會造成尖端放電，所以應力錐錯位會產生局部放電。經測量，哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時同時出現局部放電信號。

（2）電纜外屏蔽損傷是施工刀具剝切電纜金屬屏蔽層造成的，它直接損傷了電纜外屏蔽，造成放電，是一種常見的施工缺陷。切入深度達到1 mm時，哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時同時出現局部放電信號。

（3）電纜半導電斷口臺階是由于剝切、打磨電纜外屏蔽方法不當，未能使電纜絕緣屏蔽與電纜絕緣平滑過渡，現場光線不足，很容易在電纜接頭的下部造成此類缺陷。這種臺階會造成較為嚴重的氣隙放電或尖端放電。斷口臺階高度大于0.5 mm時，哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時同時出現局部放電信號。

（4）電纜圓周劃痕、電纜縱向劃痕均是在電纜和附件的界面上造成氣隙放電，且隨著深度、寬度增加，放電量增加。而電纜表面顆粒、表面水分等會導致界面懸浮電荷放電，此種放電哈弗萊局放儀和貼片傳感器也均可同時測到。

4 接頭防水試驗

高壓電纜接頭除了絕緣主體外，還必須有良好的密封和接地措施，才能保證長期穩定地運行。高壓電纜接頭按接地方式分有絕緣接頭和直通接頭兩種，是通過地線與接頭銅套的連接實現的。內置式貼片傳感器，增加幾根信號傳輸線，加大了絕緣難度。信號傳輸線可以在銅套上設置專用通信接口實現通信。信號傳輸通信接口用熱縮管和彈性密封膠密封，保證密封和護套絕緣。

相關的驗證試驗如下：

裝有內置式貼片局放傳感器接頭在深度1 m的水箱中經受20個循環的冷、熱水密封試驗，循環完成后，對接頭兩端地線進行直流耐壓和沖擊電壓試驗，均順利達到相關的技術要求。

內置式傳感器，經對接頭銅套的設置，可以滿足接地和密封要求。

5 結論

本文通過將新型貼片式傳感器局放測試方法應用于110 kV電纜接頭，并進行抗干擾試驗、模擬現場缺陷局放試驗、接頭防水試驗等試驗研究，得出結論如下：（1）經與試驗室局放儀對比，該種方法具有明顯的同步性；（2）該種方法可以更好地屏蔽外部干擾信號；（3）該種方法靈敏度高于試驗室局放儀；（4）此種方法不影響高壓接頭的電場；（5）通過合理的處理，采用此種方法亦可滿足接頭的接地和防水要求。