35 kV XLPE 電纜局部放電異常分析

衛(wèi)文婷，李 躍，周 瑜，陳云飛，魏占朋

（1.國網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司，天津 300000；2.國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津 300000）

0 引言

隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，高壓 （Cross-Linked Poly-Ethylene，XLPE） 電纜因其美化城市、節(jié)約輸電走廊以及提高供電可靠性的優(yōu)勢，在城市電網(wǎng)中的地位日益凸顯，其安全可靠運(yùn)行也已成為城市電網(wǎng)健康穩(wěn)定的重要保障。

電纜帶電檢測［1］運(yùn)用紅外線、紫外線、高頻［2］、特高頻［3］、超聲波和振蕩波［4］等 傳感探測技術(shù)，通過對電纜設(shè)備溫度、局部放電等信號的檢測與分析，能夠在不影響電纜設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，了解電力設(shè)備的絕緣狀況，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)前期制造與安裝相關(guān)問題，確定絕緣故障的原因及其嚴(yán)重程度［5］。

目前，輸配電電纜制造技術(shù)已達(dá)到了相當(dāng)高的水平，電纜本體產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象［6］的概率很低，然而電纜終端和中間接頭［7-9］由于其絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場制作安裝受工藝水平、環(huán)境條件［10］的影響等，長期運(yùn)行后可能在絕緣薄弱部分產(chǎn)生局部放電現(xiàn) 象［11］。

對天津電網(wǎng)220 kV 某變電站帶電檢測發(fā)現(xiàn)35 kV電纜出線存在高頻局部放電異常信號，首先給出異常設(shè)備基本情況；其次針對高頻檢測結(jié)果進(jìn)行分析，并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，確定此出線A 相存在局部放電；進(jìn)而利用電纜振蕩波測試系統(tǒng)（Oscillating Wave Test System，OWTS） 加壓測試，驗(yàn)證該線路9號接頭A 相存在局部放電；再次給出更換下來的電纜中間接頭的解體分析情況，對于過程中發(fā)現(xiàn)的接地網(wǎng)銹蝕、內(nèi)護(hù)套受潮，銅芯銹蝕等現(xiàn)象以及放電痕跡進(jìn)行了分析和推演，對該中間接頭的局部放電源進(jìn)行查找確認(rèn)，最后對局部放電產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

1 實(shí)例基本情況

1.1 線路情況

某35 kV 電纜出線屬于純電纜線路，從天津220 kV A 變電站317 間隔到B 變電站335 間隔，全長3.315 km，敷設(shè)方式為排管敷設(shè)，接地方式為直接接地，電纜型號為塑力線纜YJY22，起點(diǎn)為35 號塔，終點(diǎn)為A 站2212 間隔，2008 年9 月26 日投運(yùn)，電纜線路共14 組中間接頭。

1.2 缺陷過程描述

2019 年3 月14 日，運(yùn)用高頻局部放電儀對220 kV B 變電站35 kV 電纜出線進(jìn)行站內(nèi)電纜帶電檢測工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)某35 kV 線路高頻局部放電異常，放電圖譜具有典型的局部放電特征。查找歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2018 年1 月5 日曾對該線路開展過高頻局部放電檢測，發(fā)現(xiàn)A 相存在異常局部放電信號，并且放電圖譜與2019 年3 月14 日所得的圖譜十分相似，應(yīng)為同一信號。

2019 年4 月3 日，在A 變電站內(nèi)對該35 kV 線路進(jìn)行停電OWTS 振蕩波局部放電檢測，發(fā)現(xiàn)A 相距A 變電站2 393 m 處中間接頭放電量過大，超出規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)。對定位的9 號接頭進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)接頭受潮并存在放電痕跡。

2 帶電檢測結(jié)果分析

2.1 高頻局部放電分析

2019 年3 月14 日，在220 kV 某B 變電站電纜夾層對35 kV 某線路電纜進(jìn)行高頻局部放電檢測，由于電纜接頭A、B、C 三相的3 條地線都放在高頻電流傳感器里，因而只得到1 組放電圖譜，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 35 kV 某線路電纜高頻局部放電檢測數(shù)據(jù)

由圖1 可知，放電信號在正負(fù)半軸呈現(xiàn)180°的相位相關(guān)性，放電波形具有典型脈沖震蕩衰減特性，放電信號頻率主要分布在1.4～3.6 MHz，放電幅值達(dá)到了120 mV。由此可以判斷該35 kV 線路存在疑似局部放電信號。

2018 年1 月5 日，在A 變電站內(nèi)對該線路開展的高頻局部放電檢測中，亦發(fā)現(xiàn)A 相存在異常局部放電信號，檢測結(jié)果如圖2 所示。

從圖2 可以看出，該線路A 相放電幅值最大超過了140 mV，放電圖譜在正負(fù)半軸呈現(xiàn)180°的相位相關(guān)性，放電波形具有典型脈沖衰減特性，放電信號頻率主要分布在1～3.2 MHz。從而推斷35 kV 該線路A 相存在疑似局部放電信號。

經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)2018 年1 月5 日檢測的該線路異常信號與2019 年3 月14 日放電類似，應(yīng)為同一信號。該35 kV 線路A 相存在疑似局部放電信號，由于放電信號頻率較低且檢測地點(diǎn)為變電站內(nèi)電纜終端附近，因而推測局部放電信號來自線路側(cè)。

2.2 OWTS 振蕩波局部放電分析

2019 年4 月3 日，在A 變電站對35 kV 該線路進(jìn)行停電OWTS 振蕩波局部放電檢測，依據(jù)DL／T 1576—2016 《6～35 kV 電纜振蕩波局部放電測試方法》，根據(jù)振蕩波加壓測試整根電纜的情況，得到的局部放電分布如圖3 所示。

圖3 局部放電分布

該35 kV 線路共有14 組接頭，起點(diǎn)位置為A 變電站317 間隔，終點(diǎn)位置為B 變電站335 間隔，在起點(diǎn)位置進(jìn)行測試，其接頭對應(yīng)位置如表1 所示。

表1 該35 kV 線路接頭位置

根據(jù)振蕩波局部放電測試結(jié)果和該線路接頭位置可知，B、C 相電纜不存在局部放電異常現(xiàn)象，而A相距A 變電站2 393 m 處的9 號接頭存在局部放電，放電量達(dá)到了10 000 pC。表2 為10～35 kV XLPE 電纜配電電纜判斷標(biāo)準(zhǔn)［12］，對于投運(yùn)超過1 年的接頭放電量超過500 pC 就應(yīng)及時(shí)更換接頭，而A相電纜9 號接頭的放電量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過參考臨界值。

表2 典型XLPE 電纜參考臨界局部放電量

綜上，該35 kV 線路A 相9 號接頭存在局部放電，應(yīng)及時(shí)更換接頭。

3 缺陷解體分析

3.1 接頭解體情況

2019 年4 月10 日，對9 號接頭進(jìn)行解剖，如圖4 所示，發(fā)現(xiàn)接頭的應(yīng)控管存在放電痕跡，黑紅管和紅管內(nèi)部存在黃色不明物。經(jīng)過解剖分析，最終確認(rèn)該終端存在缺陷。9 號接頭接地網(wǎng)嚴(yán)重銹蝕、內(nèi)護(hù)套存在明顯水漬，且A 相銅芯出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，如圖5 所示。

3.2 解體結(jié)果分析

根據(jù)解剖結(jié)果分析，由于施工等原因，在內(nèi)護(hù)套管進(jìn)行熱縮時(shí)，可能出現(xiàn)熱縮溫度過高或烘烤時(shí)間過長等現(xiàn)象，導(dǎo)致內(nèi)護(hù)套管出現(xiàn)裂痕，防水不良，接地網(wǎng)銹蝕嚴(yán)重。

圖4 35 kV 線路A 相9 號接頭解剖

圖5 9 號接頭存在銹蝕

9 號接頭發(fā)生放電可能有兩方面原因：一是接頭制作過程中在剝離半導(dǎo)電層時(shí)，在端口處出現(xiàn)下刀過深產(chǎn)生刀口，導(dǎo)致主絕緣劃傷，刀口處場強(qiáng)集中，引發(fā)放電；二是線芯處應(yīng)力疏散膠密封不良，導(dǎo)致線芯內(nèi)水分滲出，進(jìn)入應(yīng)力控制管內(nèi)，從而導(dǎo)致局部放電的發(fā)生。

放電過程中伴隨化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致應(yīng)力控制管、紅管及黑紅管上某些反應(yīng)過程生成物析出，導(dǎo)致紅管及黑紅管內(nèi)部出現(xiàn)黃色物質(zhì)。

4 結(jié)語

針對天津電網(wǎng)35 kV 某線路帶電檢測發(fā)現(xiàn)的異常信號，進(jìn)行了檢測分析，最終確定是線路9 號中間接頭存在局部放電。造成本次局部放電缺陷的原因是接頭制作過程中在剝離半導(dǎo)電層時(shí)，主絕緣劃傷或線芯處應(yīng)力疏散膠密封不良，導(dǎo)致線芯內(nèi)水分滲出，進(jìn)入應(yīng)力控制管內(nèi)。建議在中間接頭制作過程中，保證半導(dǎo)電層斷口平直、光滑、均勻過渡，不要傷及主絕緣，線芯壓接后應(yīng)除去表面毛刺，以達(dá)到均勻電場分布、減少局部放電現(xiàn)象發(fā)生的目的。

改進(jìn)建議：高頻局部放電檢測設(shè)備輕便、操作簡單、檢出率高，且可在電纜帶電運(yùn)行情況下進(jìn)行，可以作為電纜線路局部放電檢測的常用普測手段；通過高頻局部放電檢測發(fā)現(xiàn)的疑似信號，可針對性地開展振蕩波檢測，進(jìn)一步證實(shí)局部放電信號并確定局部放電位置；運(yùn)用帶電檢測手段指導(dǎo)停電計(jì)劃，可大大減少停電次數(shù)，保障安全可靠供電；在電纜帶電檢測工作中還可嘗試渦流探傷、成像探測與智能感知等新技術(shù)，完善多手段在線監(jiān)測。