淺談動車組高壓電纜局部放電試驗

王佩瞼

青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司 山東青島 2 6 6 0 0 0

1 局部放電的原因分析

動車組高壓電纜產生局部放電的原因大體上可以歸納為以下幾種情況：

（1）電纜線芯帶有毛刺動車組高壓電纜線芯在生產加工或者電纜總成的過程中，由于受到生產條件的一些限制，可能導致在電纜線芯表面形成毛刺。若出廠前未被檢測出來，裝車運行一段時間后，電纜就可能產生局部放電。

（2）絕緣受潮動車組高壓電纜外部有ERP化合物制成的絕緣層和紅色無鹵交聯EVA材料制成的護套所保護，但在高壓電纜與電纜終端的接口處，由于列車在運行中，經常受到雨、雪、風、砂、陽光的侵蝕，容易導致絕緣受潮。

（3）絕緣局部受損傷動車組高壓電纜在運輸、安裝以及運用過程中都有可能會導致電纜絕緣外層的損傷，當日常檢修不及時或不徹底時，導致電纜可能長期帶“病”工作。而且動車組高壓電纜在動車運用過程中，部分高壓電纜暴露在外，動車組高速運行時，容易受到鋒銳雜物的碰撞，造成電纜絕緣層受損，以上因素都可能導致電纜的局部放電[1]。

2 局部放電機理分析

2.1 局部放電表征參數

動車組高壓電纜發生局部放電的過程比較復雜，它的物理狀態通常需要采用多種相關表征參數進行描繪，同時局部放電對高壓電纜的絕緣層破壞機理也是比較復雜的，也得通過多種參數來評定它對電纜絕緣的危害程度。被廣泛用來表征局部放電的參數主要有視在放電電荷qa，放電重復率N，放電能量W，放電平均電流I和放電功率P。本文所采用的表征參數為視在放電電荷qa，具體分析如下。在高壓電纜試樣的兩端注入一定的電荷量，如果此電荷量引起的端電壓變化量與局部放電引起的變化量一致，那么此電荷量就是視在放電電荷，視在放電量單位為pC。當局部放電試驗中參數設置的不同，外界因素影響和誤差干擾時，測得的視在放電電荷可能有所差異。一般在控制各種影響因素不發生變化的情況下，所測得的最大穩定視在放電電荷可以作為電纜的局部放電量。當電纜絕緣內部氣隙發生局部放電時，它的電荷交換和累積過程實際測量起來比較困難，但可以通過局部放電引起電纜絕緣體兩端的電荷變化來等效，等效過程通過等效電路來進行驗證。假設電纜絕緣體內部有一氣泡缺陷，如圖1所示。氣泡的等效電阻Rc和電容Cc，氣泡與絕緣體串聯部分介質的等效電阻Rb和電容Cb，以及其他部分的等效電阻Ra和電容Ca組成的等效回路如圖2所示。

2.2 干擾信號圖譜分析

影響局部放電檢測結果的外界因素有很多，根據其特征可大體歸納為2類：第一類是持續的連續型干擾信號，例如不同頻段的空間無線電、測試電源中的高次諧波以及外界的電磁輻射等；第二類是脈沖型干擾信號，例如可控硅觸發脈沖、大型設備的啟停、繼電器動作、高壓開關通斷等。對于連續波形干擾，基于其連續性波形特征，可從局部放電脈沖信號中分離出或者采取對應的濾波手段予以消除。脈沖型干擾信號的高頻特性與局部放電脈沖特征重合度很高，因此除專業技術人員外，普通操作人員很難辨別出二者之間的差別，極其不利于發現高壓電纜中存在的絕緣隱患。而局部放電圖譜分析可以將各種脈沖信號的幅值，相位，時間等特征展現在圖形上，操作人員可根據這些特征從摻雜著各種形式的干擾信號的脈沖中分辨出高壓電纜實際的局部放電脈沖信號，從而了解電纜真實的絕緣狀況。

圖1 電纜絕緣內部氣隙

圖2 電纜絕緣內部氣隙等效電路圖

3 測試中的外界干擾

這種類型的干擾與加至被試電纜上的電壓無關，它不隨施加電壓的變化而變化。電磁干擾和靜電干擾是測試環境中常見的兩大干擾源，這2種干擾源廣泛的存在各個空間。在工廠測試環境中，可能會存在變壓器，無線發射器，高壓輸送線路等，這些都會產生電磁信號。這些高頻信號會通過電磁耦合等方式進入測試電路，這些干擾信號還不易與電纜的放電信號區分，測試誤差大大增大。測試的高壓電纜也會收集周圍的電磁干擾，對試驗結果造成影響。測試環境周圍電氣設備的放電也會導致電場和磁場，由于分布阻抗耦合到金屬外表里的模擬線、信號線和地線等內部走線，引起測試設備控制系統的錯誤反應，從而導致測試誤差[2]。

4 結語

通過對局部放電機理的分析，得出局部放電試驗可以更容易的發現高壓電纜組裝后的絕緣缺陷。對于即將上線運行或已投入運行的動車組而言，進行高壓電纜局部放電檢測，通過對測試數據進行采集和分析，能夠及時了解高壓電纜的薄弱環節，掌握其局部放電量的情況以及絕緣老化程度，及時采取相應處理措施，以實現動車組高壓供電的安全、可靠[3]。