10 kV電力電纜OWTS局部放電試驗適用范圍

王冠宇，李　博，李彥澄，王靖晶，鐘慶超

（國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司，山東　煙臺　264001）

10 kV電力電纜OWTS局部放電試驗適用范圍

王冠宇，李博，李彥澄，王靖晶，鐘慶超

（國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司，山東煙臺264001）

介紹電力電纜局部放電和OWTS振蕩波局放試驗的基本原理，根據(jù)煙臺10kV電纜近年來的試驗數(shù)據(jù)，對OWTS局放試驗現(xiàn)階段的使用場合、情況依次進行分析，肯定該試驗在電纜交接環(huán)節(jié)的重要性，并建議將局部放電試驗納入電纜交接試驗的必備項目。最后討論了將OWTS試驗列為10kV電力電纜運行后的預(yù)防性試驗的可行性。

電力電纜；局部放電；OWTS；電纜交接試驗；電纜故障

0　引言

近些年，10 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣（縮寫為XLPE）電力電纜以其絕緣性能好、易于制造、安裝方便等優(yōu)點在城市的配電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，越來越多的架空線路更換為XLPE電纜入地，因此，對XLPE電力電纜的供電可靠性提出越來越高的要求。隨著城市配網(wǎng)管理理念的改變，過去的巡檢配搶修模式逐漸改為狀態(tài)檢修，要求從源頭把關(guān)，提前對電纜進行診斷，對潛在的缺陷和隱患進行維護、維修，保證電力電纜的正常運行［1-2］?，F(xiàn)有的電力電纜交接試驗標準中沒有明確規(guī)定開展局部放電試驗檢測，僅依靠耐壓試驗不能有效檢測出電纜中存在的局部放電問題，而局部放電又是引起XLPE電纜絕緣破壞的重要原因，因此XLPE電力電纜局部放電試驗在實際工作中得到大力推廣應(yīng)用。2011年，國家電網(wǎng)公司在Q/ GDW 643—2011《配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中，將OWTS（Oscillating Wave form Test System）局放試驗列為電纜線路的診斷性試驗項目，OWTS局放試驗因其良好的便攜性和優(yōu)秀的等效性及無損測試等優(yōu)點，成為現(xiàn)階段10 kV XLPE電纜局放試驗的主要方法，但其合理的使用范圍還有待討論。

1　OWTS系統(tǒng)基本情況

1.1電纜局部放電原因和危害

電纜絕緣內(nèi)部如果存在氣隙、雜質(zhì)、毛刺等絕緣缺陷，就會造成絕緣內(nèi)部電場不均勻，進而導(dǎo)致某些區(qū)域電場強度高于平均電場強度，造成這些區(qū)域首先發(fā)生“非貫穿”放電，從而引發(fā)電纜局部放電。而局部放電又會對電力電纜造成極大的影響：局部放電過程中，電離出的電子、離子具有較大能量，打斷絕緣材料高分子的化學(xué)鍵，導(dǎo)致裂解；在故障點上的發(fā)熱可導(dǎo)致高溫，使絕緣材料發(fā)生熱裂解導(dǎo)致絕緣體破壞；局部放電中產(chǎn)生的高壓氣體會使絕緣體產(chǎn)生微小裂痕，逐漸積累發(fā)展成電樹枝。為了在故障發(fā)生前對局部放電進行有效控制，引入OWTS局部放電測試系統(tǒng)［3］。

1.2OWTS系統(tǒng)基本原理

OWTS系統(tǒng)高壓發(fā)生和測試原理如圖1所示，將設(shè)備與電纜線芯連接后，由設(shè)備對電纜線芯進行10～100ms的直流加壓。之后，由IGBT半自動連接開關(guān)將被測電纜與系統(tǒng)的電感線圈進行連接。由電纜和電感共振，使電纜產(chǎn)生一個阻尼振蕩波電壓。在每次加壓的過程中系統(tǒng)會測量局放量、局放起始電壓和熄滅電壓［4］。

圖1　OWTS系統(tǒng)的高壓發(fā)生和測試原理

圖2為OWTS系統(tǒng)的測試定位原理圖。假設(shè)電纜總長度為l，故障點離測試點的距離為x，波速為v。故障點直接返回的原始脈沖到達測試點的時間為t1，則脈沖信號在故障點發(fā)出的反射脈沖到達測試點的時間為利用儀器得到兩次脈沖的時間差為由此可以計算出故障點離測試點的距離x［5］。

圖2　OWTS系統(tǒng)的測試定位原理

1.3OWTS系統(tǒng)特性

OWTS系統(tǒng)具有等效性、無損性和便攜性。OWTS系統(tǒng)所加振蕩波電壓頻率（50～500Hz）接近于工頻（50 Hz），等效電纜運行環(huán)境；OWTS系統(tǒng)所加電壓接近于工頻電壓（0.5 U0～1.7 U0），加壓時間短（＜2ms），對電纜造成傷害極?。?］；設(shè)備為車載一體式，靈活快捷。

2　OWTS系統(tǒng)使用情況分析

現(xiàn)階段10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)中的電力電纜OWTS局放試驗主要運用在5個方面；新敷設(shè)電纜送電之前的交接試驗；長時間停電、備用的電纜重新投入使用之前的交接試驗；電纜在日常巡視過程中發(fā)現(xiàn)異常的停電試驗；有新做、新加電纜終端頭或中間頭的電纜線路送電之前的電氣試驗；提停電計劃對目標電纜進行普測的停電試驗。

2.1新敷設(shè)電纜送電前

以往新電纜投運前的試驗項目主要為直流耐壓試驗，隨著近幾年倡導(dǎo)的無損試驗，逐漸由直流耐壓變?yōu)榻涣髂蛪?，但此類試驗不能有效發(fā)現(xiàn)電纜本體和電纜附件中隱藏的細微絕緣缺陷，導(dǎo)致電纜的局部放電從而在日后的運行中逐漸演變成絕緣擊穿等缺陷。所以在新敷設(shè)的電纜送電前，用OWTS振蕩波局放試驗對電纜進行測試就顯得尤為重要。新投運電纜不會影響到供電可靠性，該試驗會在電纜終端頭套接T型頭之前進行，又不會影響到電纜終端頭的可靠運行。以煙臺為例，煙臺供電公司在2014年共對32條新上10 kV XLPE電力電纜進行OWTS局放試驗測試，發(fā)現(xiàn)不合格電纜1條次，該電纜為10/ 8.7 kV XLEP三芯電纜，電纜全長388m，距離測試端100 m處有一個冷縮中間接頭。檢測發(fā)現(xiàn)該電纜在1.7U0時放電量達到7 000 pC左右，0.5U0時放電量達到1 200 pC左右，定位發(fā)現(xiàn)放電缺陷就在接頭處。經(jīng)過解體分析，該電纜內(nèi)、外半導(dǎo)電管端口不整齊有突起，且端部未纏繞半導(dǎo)電帶形成坡口，外屏蔽層剝離不整齊，有突起是造成嚴重局部放電的原因。

2.2電纜重新投入使用前

備用和長時間停運的電纜可能有進水、受潮等情況發(fā)生，如電纜停運前有輕微的缺陷在停運期間也有可能繼續(xù)惡化，所以在重新并入電網(wǎng)運行前都需要做耐壓和局放試驗。煙臺供電公司2014年共進行此類10 kV XLPE電力電纜OWTS振蕩波局放試驗2條次，未發(fā)現(xiàn)局放信號。

2.3日常巡視異常

日常電纜巡視中，有時會發(fā)現(xiàn)電纜本體、電纜終端頭、電纜中間頭過熱等情況，經(jīng)過多次復(fù)測確定該電纜有疑似缺陷時就需要對該條電纜進行停電試驗。而電纜中的細微缺陷和局部放電在直流耐壓和交流耐壓試驗中不易被發(fā)現(xiàn)，此時通過OWTS振蕩波局放試驗就可以找出這些缺陷并進行消缺，從而確保電力電纜的可靠穩(wěn)定運行。煙臺供電公司2014年進行此類10 kV XLPE電力電纜試驗1條次，未發(fā)現(xiàn)局放信號。

2.4有新作、新加電纜終端頭或中間頭的電纜線路送電前

電力電纜在發(fā)生故障后，會重新制作或者新加電纜終端、中間頭，此時的電纜因為電纜附件發(fā)生變更應(yīng)視為新投運電纜，在線路送電前一定要進行各類電氣試驗以確保新制作的電纜終端、中間頭制作工藝良好無缺陷，防止故障重復(fù)發(fā)生。

2.5目標電纜普測

安排計劃停電，對目標電纜線路或者電纜段進行OWTS振蕩波局放試驗。根據(jù)規(guī)程電力電纜在運行5年后應(yīng)對其進行預(yù)防性試驗，現(xiàn)階段OWTS振蕩波局放測試系統(tǒng)作為國家電網(wǎng)公司所推廣的一項新技術(shù)，被要求提高該試驗的使用次數(shù)，很多地區(qū)都開始了10 kV XLPE電力電纜線路的普測工作，按照雙電源線路、可進行倒負荷供電的線路、普通線路的順序依次進行局放試驗。煙臺供電公司2014年共進行該類OWTS振蕩波局放試驗54條次，發(fā)現(xiàn)擊穿類故障5次，局放類缺陷1次。運行中的10 kV XLPE電力電纜在局放試驗中故障擊穿率為9.3%。5次擊穿故障都為電纜中間頭故障，經(jīng)后期對故障電纜中間頭進行解剖分析，發(fā)現(xiàn)均為電纜中間頭制作工藝不良，造成電纜中間頭內(nèi)部出現(xiàn)局部放電，但此時電纜仍能正常運行。而在進行電纜振蕩波局放時由于電壓升至1.7U0，導(dǎo)致缺陷電纜中間頭發(fā)生電壓型擊穿。此時的試驗電壓遠超正常運行電壓，在正常運行環(huán)境下此缺陷電纜中間頭仍能正常運行一段時間。局部放電試驗的主要作用是檢測電纜中的局部放電，而實際操作過程時往往會導(dǎo)致電纜中間頭出現(xiàn)“貫穿性”的放電，違背了原試驗?zāi)康?。?dāng)試驗中電纜出現(xiàn)故障后，班組還需組織人員力量對故障點進行查找、搶修，停電時間將遠超計劃停電時間，造成延時停電，例如對10 kV制革線進行局放試驗時，出現(xiàn)擊穿，原計劃工作時間為當(dāng)天18∶00，但搶修工作持續(xù)到第二天凌晨6∶00；10 kV錦繡一線進行局放試驗時，出現(xiàn)擊穿，后定型為高阻故障，搶修工作完成后比原停電計劃時間超出30 h。2014年煙臺供電公司所管轄的電力電纜由于電纜本體和附件引發(fā)的故障次數(shù)為49條次，公司直屬電力電纜線路為538條，全年故障率為9.1%，可見，進行電纜局放試驗的電纜故障率甚至高于電纜正常運行的故障率；而且，為了不影響供電可靠性，現(xiàn)階段進行的局放試驗都是利用倒負荷的方式將線路分成若干段分段進行局放試驗，一次完整的局放試驗整個流程大約需要4～5 h，人員也需要5～6名，若對煙臺地區(qū)所有電纜線路進行局放試驗，動用兩個班組的人力、物力，不間歇進行試驗，大約需要3年多的時間才能完成，其中還不包括發(fā)現(xiàn)故障后的處理故障時間，所用時間過長。

3　結(jié)語

OWTS振蕩波局放試驗在實驗室條件下可以檢測出交流耐壓試驗無法發(fā)現(xiàn)的10 kV XLPE電力電纜局部放電信號，但是在實際環(huán)境中，OWTS振蕩波局放試驗現(xiàn)階段的實驗設(shè)備排除干擾的方法有限，環(huán)境因素對數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集的準確性有很大的影響，如果電纜老化，則信號衰減嚴重，數(shù)據(jù)波動大。該試驗中抗干擾技術(shù)還需要進一步研究改進。

OWTS振蕩波局放試驗為離線試驗，試驗需停電進行，只有在對新投運、備用電纜做該試驗或通過倒負荷的方式對線路分段試驗時才不會影響供電可靠性。

OWTS振蕩波局放試驗在具體操作時需要將設(shè)備線夾接在電纜的線芯上，除了新投運的電纜都需要將電纜終端頭從環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)柜上解下，并拔下T型頭，此過程可能會造成電纜終端頭附件可見或不可見的損壞，從而造成物料損耗或潛在隱患。

OWTS振蕩波局放試驗作為新投運10 kV XLPE電力電纜的交接試驗，可有效地檢測出電纜中細微缺陷引起的局部放電，彌補交流耐壓試驗無法檢測局部放電的空白，確保電力電纜可靠穩(wěn)定運行。該試驗不影響供電可靠性，整個過程也可以在制作電纜終端頭之前進行，不會對電纜終端頭、T型頭造成損壞，所以建議將OWTS振蕩波局放試驗納入10kV XLPE電力電纜的交接試驗，并制定嚴格的試驗標準和驗收標準。

OWTS振蕩波局放試驗在試驗過程中會加速原有缺陷的發(fā)展，現(xiàn)階段來看，局放試驗中的電纜擊穿故障率高于日常運行時的電纜擊穿故障率，當(dāng)出現(xiàn)擊穿故障后所用的停電時間相對于正常的故障搶修停電時間會更長，且對整個電網(wǎng)中所有的電力電纜進行局部放電試驗將耗費大量的人力物力和時間，因此，將OWTS試驗作為10 kV電力電纜運行后預(yù)防性試驗的必要性和設(shè)備安全性還有待商榷。

［1］王琪，劉曉飛，閆杰.基于OWTS技術(shù)的電纜局放檢測應(yīng)用分析［J］.山西電力，2014（5）：14-17.

［2］孫振權(quán)，趙學(xué)鳳，李繼勝，等.交聯(lián)電纜典型絕緣損傷針刺模型的局部放電試驗研究［J］.高壓電器，2010，46（6）：55-59.

［3］張皓，唐嘉婷，張立志.振蕩波測試系統(tǒng)在電纜局放測試定位中的典型案例分析［J］.電力設(shè)備，2008，9（12）：31-34.

［4］洪海程，陳志平，葛永超.中壓電纜局放振蕩波檢測的應(yīng)用與討論［J］.科技資訊，2012（35）：103-104.

［5］金金元.影響交聯(lián)電纜局部放電試驗的若干問題［J］.電線電纜，2012（3）：29-32.

［6］王龍宇，李剛，趙剛.OWTS局放測試系統(tǒng)的模型研究［J］.電氣自動化，2014，36（4）：99-102.

地現(xiàn)象。這是由臺風(fēng)期間風(fēng)速過大造成兩條線路搖擺導(dǎo)致的，同時，大量雨水造成線路發(fā)生短路時有一定過渡電阻存在［3－5］。

9月16日的19∶53到19∶54左右，乙Ⅱ線發(fā)生了A、B相間接地故障。這是由臺風(fēng)期間風(fēng)速過大造成樹枝折斷碰到線路導(dǎo)致的。

9月17日的10∶11左右，乙Ⅰ線存在A、B兩相接地短路發(fā)展為B相經(jīng)過渡電阻接地短路現(xiàn)象。這是由臺風(fēng)期間雨量過大造成線路上電氣設(shè)備大面積受潮，從而使其絕緣降低引發(fā)短路燒毀線路和電氣設(shè)備導(dǎo)致的。

The Application Scope of OWTS Experiment in 10 kV Power Cable

WANGGuanyu，LIBo，LIYancheng，WANG Jingjing，ZHONG Qingchao
（State Grid Yantai Power Supply Company，Yantai264001，China）

The theory of partial discharge of cable and OWTS partial discharge experiment is introduced.According to the experiment data of 10 kV cable in Yantai in recent years，the application environment of OWTS partial discharge experiment is analyzed.Due to the importance of OWTS experiment，an advice of adding the partial discharge experiment as the cable hand-over experiment is given.However，the necessity of OWTS experiment to be as the preventive test in the operation of 10 kV cable is need to be discussed.

power cable；partial discharge；OWTS；hand-over experiment；cable fault

TM247

B

1007-9904（2016）03-0057-04

2015-10-08

王冠宇（1987），男，從事電力電纜運行檢修工作。