10kV電纜局部放電振蕩波測試系統(tǒng)應(yīng)用探討

林衛(wèi)民

摘要：文章介紹了振蕩波測試系統(tǒng)的測試原理，以某10kV電纜線路作為測試對象，利用振蕩波測試系統(tǒng)對其測試，分析了電纜的絕緣狀況，以期對振蕩波測試系統(tǒng)在電力設(shè)備監(jiān)測方面的應(yīng)用提供一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：供電企業(yè)；局部放電；振蕩波；測試系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）23-0144-02

1 概述

現(xiàn)代城市建設(shè)越發(fā)重視城市空間的利用，這一點(diǎn)在電力線路的布置上顯得尤為突出，與傳統(tǒng)的架空布置方式相比，現(xiàn)代電力線路開始以地下掩埋的方式來構(gòu)建城市電網(wǎng)，埋設(shè)在地下的高壓電力電纜作為城市電網(wǎng)的主要構(gòu)架在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用也越來越大。這種地下掩埋電纜的電網(wǎng)構(gòu)建方式推動(dòng)著配網(wǎng)設(shè)備的檢測方法也不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變，粗放式巡檢或者故障搶修模式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代電力事業(yè)的發(fā)展，轉(zhuǎn)而代之的是電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測模式，這種模式可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的缺陷，提前進(jìn)行檢修和維護(hù)，未雨綢繆將電力行業(yè)的損失降低到最小，振蕩波測試系統(tǒng)是這種監(jiān)測模式中應(yīng)用最好的一種。

2 電纜局部放電現(xiàn)象分析

電纜局部放電是指在非常高的電場強(qiáng)度的作用下，電極之間發(fā)生的一種未貫穿的放電現(xiàn)象。電纜局部放電通常情況下是由電纜內(nèi)部絕緣存在缺陷導(dǎo)致的，這種缺陷大多是在生產(chǎn)過程中引起的，當(dāng)電纜因?yàn)檩旊姰a(chǎn)生很高的電場強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在缺陷處發(fā)生重復(fù)擊穿現(xiàn)象。電纜局部放電是一種廣泛存在的現(xiàn)象，它不會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)形成一種貫穿性通道，通常的表現(xiàn)是：絕緣內(nèi)氣體擊穿、小范圍內(nèi)介質(zhì)的局部擊穿、金屬表面尖角部位出現(xiàn)擊穿放電等。這種放電也不會(huì)產(chǎn)生很大的能量，所以對于電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的影響也是不大的。但是絕緣介質(zhì)如果持續(xù)出現(xiàn)局部放電，這種微弱的能量會(huì)因?yàn)槔鄯e效應(yīng)劣化絕緣的介電性能，并逐步擴(kuò)大局部缺陷，最終致使整個(gè)絕緣擊穿。電纜局部放電現(xiàn)象與電纜絕緣狀況是密不可分的，局部放電的變化情況實(shí)際上反映了電纜絕緣狀況的變化趨勢，因此可以通過對局部放電現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測，然后來實(shí)時(shí)監(jiān)測電纜的運(yùn)行情況，及時(shí)消除各種安全隱患，延長電纜的使用壽命。

通常情況下，導(dǎo)致電纜局部放電的典型缺陷主要有以下四點(diǎn)：

（1）在絕緣體中或者絕緣層和半導(dǎo)電層界面處存在的氣隙，比如說絕緣體中的刀痕、磨損以及裂縫，放電一般不會(huì)大于100pC。

（2）電纜和接頭連接處的空腔，如果該缺陷引起電纜局部放電時(shí)，一般會(huì)分為三個(gè)階段：早期的放電量比較小，而且重復(fù)率也比較低；隨著電痕的增大，開始進(jìn)入第二個(gè)階段，這一時(shí)期放電量逐漸增大，而且重復(fù)率也不斷提高；最后，在放電現(xiàn)象消失之前，放電量會(huì)逐漸變小，但是重復(fù)率卻逐漸達(dá)到最大。

（3）中性線損壞或者絕緣屏蔽，這種缺陷引起的局部放電，其放電量大多在幾百至幾千pC，但也很少會(huì)導(dǎo)致電纜被擊穿。

（4）凸出物或者氣隙引發(fā)的電樹，電樹一旦形成，電纜是很容易被擊穿的，一般在幾分鐘到數(shù)周的時(shí)間內(nèi)。所以說這種情況是必須要避免的，一旦檢測到要及時(shí)進(jìn)行搶修。

3 振動(dòng)波測試系統(tǒng)及應(yīng)用實(shí)例分析

振動(dòng)波測試系統(tǒng)，即OWTS系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠很好地檢測電纜的絕緣狀況，它通常由控制單元和高壓單元組成?？刂茊卧菐в蠾LAN功能的便攜式手提電腦；高壓單元由高壓源、諧振電感以及晶閘管開關(guān)組成，它能夠產(chǎn)生測試用的阻尼振蕩電壓。在高壓單元中還集成了高壓分壓器以及嵌入式控制器，它們可以協(xié)助高壓單元完成數(shù)據(jù)的采集以及局部信號(hào)的簡單處理。局部信號(hào)最終是存儲(chǔ)在便攜式手提電腦上的，而且控制單元還可以對其進(jìn)行分析評估。

3.1 振蕩電壓的產(chǎn)生

振蕩波測試系統(tǒng)是通過檢測高壓振蕩波傳輸過程中被試電纜發(fā)生的局放來分析電纜的絕緣狀況的。首先將壓力值達(dá)到預(yù)設(shè)值的直流電壓加載在被測電纜端，然后閉合高壓開關(guān)IGBT，利用設(shè)備電感以及被測電纜的電容產(chǎn)生諧振，這樣就會(huì)在被測電纜端產(chǎn)生阻尼振蕩電壓。電纜運(yùn)行時(shí)具有等效性，因此振蕩波測試系統(tǒng)在阻尼振蕩回路中采用固定電感，然后調(diào)節(jié)電壓振蕩頻率，使其等于工頻或者接近于工頻，振動(dòng)波測試系統(tǒng)的測試原理圖如圖1所示。

3.2 局部位置的確定

振蕩波測試系統(tǒng)在確定部位位置時(shí)，采用的是脈沖反射法，其原理如圖2所示。

如圖2所示，測試的電纜的長度為l，加設(shè)電纜的局部放電量的大小為Q，該局部放電點(diǎn)距離測試端的距離為x。脈沖產(chǎn)生后會(huì)向兩個(gè)相反的方向進(jìn)行傳播，假設(shè)脈沖經(jīng)過t1時(shí)間后到達(dá)測試端，相同的脈沖經(jīng)過一定時(shí)間后到達(dá)測試端的對端，然后再反向向測試端傳播，總共耗時(shí)t2。對兩個(gè)時(shí)間進(jìn)行求差Δt，就可以計(jì)算出電纜局部放電發(fā)生的確切位置。

式中，v是脈沖在電纜中傳播的速度；t1是電纜產(chǎn)生局部放電的位置上脈沖直接到達(dá)測試端所用的時(shí)間；t2是電纜產(chǎn)生局部放電的位置上脈沖到達(dá)測試端對端后反向傳播到測試端的時(shí)間。

3.3 測試實(shí)例分析

3.3.1 被測線路。以某10kV電纜線路作為測試對象，利用振蕩波測試系統(tǒng)對其測試，分析電纜的絕緣狀況。該電纜的總長度為764m，電纜的型號(hào)是YJV22-3×240mm2，電纜投入使用的時(shí)間是2002年。加壓的步驟定為：標(biāo)準(zhǔn)脈沖校準(zhǔn)，背景噪聲測試；電纜的額定相電壓為0.5×U0、0.7×U0、0.9×U0、1.0×U0（兩次）、1.2×U0、1.3×U0、1.4×U0（兩次），其中U0是電纜的額定相電壓。

3.3.2 測試情況分析。利用振蕩波測試系統(tǒng)，對電纜進(jìn)行測試，在1.0×U0電壓下，被測電纜A相的放電信號(hào)如圖3所示，可見在信號(hào)圖上其幅值非常大，最高超過了5000pC。利用脈沖反射法確定出局部放電的位置后，發(fā)現(xiàn)測試初始段存在很多的放電信號(hào)，而且位置很集中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以初步判定終端的內(nèi)部存在放電缺陷。根據(jù)檢測結(jié)果，檢修人員進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)在被測試的電纜A相的終端主絕緣的表面確實(shí)存在明顯的劃痕，經(jīng)過現(xiàn)場處理修復(fù)后，再次測試放電現(xiàn)象消失，如圖4所示。

振蕩波測試系統(tǒng)的診斷結(jié)果是以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的，經(jīng)過濾波后單一以及離散的數(shù)據(jù)對局放的結(jié)果影響甚微，因此該測試系統(tǒng)具有很好的抗干擾性，能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)局放。實(shí)踐證明，振蕩波測試系統(tǒng)應(yīng)用到電纜絕緣狀況測試中，能夠準(zhǔn)確定位局部放電位置，對于實(shí)時(shí)監(jiān)測電纜缺陷起到的作用非常大。

4 結(jié)語

粗放式巡檢或者故障搶修模式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代電力事業(yè)的發(fā)展，轉(zhuǎn)而代之的是電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測模式，這種模式可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的缺陷，提前進(jìn)行檢修和維護(hù)，未雨綢繆將電力行業(yè)的損失降低到最小。振蕩波測試系統(tǒng)以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，而且通過濾波技術(shù)增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，不僅測試方便，而且測試結(jié)果準(zhǔn)確度高。振蕩波測試系統(tǒng)作為先進(jìn)的局放監(jiān)測設(shè)備，還具有非常好的工頻等效性，相信隨著科技的進(jìn)步，其在未來電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用會(huì)更加突出。

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