基于綜合帶電檢測的故障診斷技術(shù)

張大寶，蘇峰，李志強，吳治勇，廖淵

（國家電網(wǎng)新疆阿克蘇供電公司檢修公司，新疆 阿克蘇 843000）

隨著我國經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，由于具有供電可靠、受外界因素影響小、占地空間少等優(yōu)點，在電網(wǎng)建設(shè)的過程中，電力電纜的應(yīng)用越來越多,不論是從電壓等級上、電纜容量上還是電纜長度上都上升了一個臺階。然而，隨著投運時間的增長，由于受到熱、電、機械、環(huán)境等應(yīng)力因素的不斷影響，電纜可能會出現(xiàn)絕緣，電氣和機械性能等問題。因此，通過不停電檢測及診斷技術(shù)實時評估電纜的絕緣、老化等健康狀況，進而預(yù)測電纜有可能出現(xiàn)的故障隱患，在隱患發(fā)展成為事故之前提前處理，可以有效避免電纜事故的發(fā)生，避免非計劃性停電事故，提高電纜線路的供電可靠性。局部放電（PD）不僅是電纜絕緣進一步惡化的主要原因，也是表征電纜絕緣的主要特征。因此，基于電纜局部放電的故障診斷研究對于確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外已有大量研究人員針對電纜局放檢測展開了研究，其內(nèi)容涉及局部放電的原理、測量方法、故障檢測、故障定位等。國內(nèi)和國際運營經(jīng)驗和研究結(jié)果表明：局部放電變化可以反映電纜絕緣可能的老化和缺陷，也可以反映電纜附件的缺陷，這是檢測電纜及其附件絕緣狀況的最佳方法。目前，電力電纜局部放電檢測方法包括高頻、超高頻、地波和超聲波局部放電檢測。2019年國網(wǎng)新疆阿克蘇供電公司與天津市津海天源電力技術(shù)有限公司合作對新疆阿克蘇地區(qū)所有110KV變電站內(nèi)開關(guān)柜，電纜進行局放檢測，本文主要介紹國網(wǎng)阿克蘇供電公司110KV胡楊變10KV楊華六線通過局放檢測發(fā)現(xiàn)故障的典型案例。

1 局放檢測

對110kV胡楊變電站10kV開關(guān)柜1042楊華六線電纜終端進行了全面的局部放電試驗。

1.1 高頻局放檢測

在電纜中，電纜線芯和金屬屏蔽層之間由絕緣材料隔開形成分布電容，該電容只有幾百皮法，對高頻信號為良導體。當電纜內(nèi)部發(fā)生放電的瞬間，通常會在其接地引下線或其他地電位連接線上產(chǎn)生脈沖電流，高頻脈沖電流通過線芯與金屬屏蔽層之間的電容，由高電位的線芯流到低電位的屏蔽層上，并通過接地線進入大地。

高頻電流法一般使用Rogowski線圈方式，在環(huán)狀磁芯材料上圍繞多圈的導線線圈，高頻電流穿過高頻傳感器磁芯中心而引起的高頻交變電磁場會在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于高頻電流傳感器的測量回路與被測電纜之間沒有直接的電氣連接，屬于非侵入式的檢測方法，被檢測設(shè)備不需要停運，能夠檢測出電纜在運行狀態(tài)下的真實局部放電情況。通過高頻電流傳感器檢測流過接地引下線或其他地電位連接線上的高頻脈沖電流信號，實現(xiàn)對電力設(shè)備局部放電的檢測。

PDCheck高頻電流傳感器用于收集電纜地線上的高頻電流信號，發(fā)現(xiàn)高頻PD信號異常。檢測圖譜如圖1所示。

圖1 檢測圖譜

圖2 檢測圖譜

根據(jù) PRPD圖可以看出180度相位特征，有典型的脈沖衰減波形，由放電譜圖可以看出頻率主要集中在4.5~5.8 MHz及 7.0~9.0 MHz，最大幅值為 55 mV，放電類型為內(nèi)部放電。

1.2 特高頻局放檢測

通過UHF傳感器在設(shè)備的非金屬結(jié)構(gòu)處對設(shè)備內(nèi)部的局部放電信號進行檢測。通過示波器對原始的UHF放電信號進行捕捉，分析其波形的時－頻特性。還可以對UHF信號采用檢波（峰值保持）進行再次處理，由高頻電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采樣，然后在后臺軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理，根據(jù)放電脈沖的相位相關(guān)性、放電幅值特征、時間間隔特征等特征進行模式識別，從而判斷可能的局部放電故障類型和故障部位，并借助放電發(fā)展的歷史趨勢綜合評估放電的嚴重性，還可以利用兩個傳感器接收到同一放電信號的時間差來進行精確的定位。

使用EC4000p超高頻傳感器在開關(guān)柜的非金屬觀察窗中收集UHF信號，發(fā)現(xiàn)UHF PD信號正常，檢測光譜如圖2所示。局放信號無極性效應(yīng)，波形平穩(wěn)，幅值正常，特高頻檢測正常。

1.3 暫態(tài)地電壓局放檢測

當電氣設(shè)備發(fā)生局部放電現(xiàn)象時，帶電粒子會快速地由帶電體向接地的非帶電體遷移，如開關(guān)柜的柜體，并在非帶電體上產(chǎn)生高頻電流行波，且以近似光速的速度向各個方向傳播。受集膚效應(yīng)的影響，電流行波往往僅集中在金屬柜體的內(nèi)表面，而不會直接穿透金屬柜體。但是，當遇到不連續(xù)的金屬斷開或絕緣連接處時，電流行波會由金屬柜體的內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到外表面，并以電磁波的形式向自由空間傳播，且在金屬柜體外表面產(chǎn)生暫態(tài)地電壓，而該電壓可用專門設(shè)計的暫態(tài)地電壓傳感器進行檢測。利用Ultra TEV Plus在開關(guān)柜柜體上采集信號，現(xiàn)場檢測照片及檢測數(shù)據(jù)如下：

表1 檢測數(shù)據(jù)

根據(jù)開關(guān)柜暫態(tài)地電壓檢測標準：

（1）正常：相對值≦20dB；（2）異常：相對值≧20dB；得出結(jié)論：開關(guān)柜暫態(tài)地電壓局部放電檢測未發(fā)現(xiàn)異常。

1.4 超聲波局放檢測

高壓開關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生局部放電時的超聲波信號可以利用非接觸式超聲波傳感器在縫隙處進行檢測，也可以利用接觸式超聲波傳感器在殼體上進行檢測。由于開關(guān)柜存在縫隙等超聲波傳播路徑，而且超聲波在空氣中傳播衰減較小，因此開關(guān)柜大部分采用非接觸式超聲波檢測。

利用Ultra TEV Plus在開關(guān)柜柜體上縫隙處采集信號，發(fā)現(xiàn)超聲波數(shù)值正常，現(xiàn)場檢測照片及檢測數(shù)據(jù)如下：

表2 檢測數(shù)據(jù)

根據(jù)開關(guān)柜超聲波檢測標準：

（1）正常：相對值≦8dBuV；（2）異常：相對值≧8dBuV；得出結(jié)論：在開關(guān)設(shè)備的超聲波局部放電測試中未發(fā)現(xiàn)異常。

基于上述檢測圖和數(shù)值分析，110kV胡楊變電站10kV開關(guān)柜1042陽化六線地波，超聲波，超高頻檢測結(jié)果均正常。 高頻信號存在異常，故判斷電纜內(nèi)部存在異常，為內(nèi)部放電。

2 解體分析

110 kV胡楊變電站10 kV開關(guān)柜1042楊華6線停電處理維修人員負責處理楊華六線電纜終端（開關(guān)柜側(cè)）。發(fā)現(xiàn)冷縮終端應(yīng)力錐錯位下移，未搭接在電纜半導電部位，沒有起到疏散電場作用。

圖3 電纜解體圖片

如上圖，在半導電端口存在應(yīng)力集中點，在長期的運行情況下，半導電斷口外側(cè)電場集中處將首先產(chǎn)生局部放電，嚴重的將會導致主絕緣擊穿，驗證了檢測結(jié)果的準確性。

3 結(jié)語

根據(jù)電纜局部放電的現(xiàn)場試驗情況，發(fā)現(xiàn)在電纜電氣化檢測過程中應(yīng)采用集成的PD檢測方法，可以進一步提高測試的準確性和科學性。

通過此次事故隱患發(fā)現(xiàn)及排查，明確了電纜接頭等設(shè)施安裝過程中應(yīng)注意其附件的使用及安裝的正確性，嚴格按照使用說明及要求操作，對施工嚴格把關(guān)。

戶內(nèi)電纜終由于終端主要在開關(guān)柜內(nèi)，日常巡視不易發(fā)現(xiàn)異常，長期存在局部放電，易產(chǎn)生絕緣損壞或擊穿，引起事故，危及人身及設(shè)備安全。

同時也反映出狀態(tài)檢測的重要性，能夠?qū)㈦[患在演變成事故之前及時發(fā)現(xiàn)處理，及時將隱患扼殺在“萌芽”階段，積極的開展狀態(tài)檢測是保證用電的可靠性和電力資產(chǎn)安全的有效手段。