電力電纜振蕩波電壓阻尼振蕩頻率仿真分析

李春艷+潘健

摘 要：交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜是目前城市敷設(shè)最為廣泛的一種橡塑絕緣電力電纜，由于外力破壞和非外力破壞等種種原因，電力電纜會發(fā)生故障而跳閘。加強(qiáng)對電力電纜局部放電現(xiàn)象的檢測能夠及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)電力電纜潛在的故障，避免由于電纜在正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生停電而造成不必要的經(jīng)濟(jì)和設(shè)備損失。

關(guān)鍵詞：電力電纜；振蕩波電壓；振蕩頻率

中圖分類號： F301 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）04-172-2

0 引言

配網(wǎng)電纜化能夠更好地適應(yīng)城市供電系統(tǒng)高可靠性和節(jié)約空間的發(fā)展方向，而且還有著美化市容市貌等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為大城市智能配用電系統(tǒng)的首選供電方式。隨著城網(wǎng)的不斷建設(shè)，大量的電纜被鋪設(shè)，城市對電量和用電時(shí)間的增加，電纜在正常運(yùn)行過程中發(fā)生故障的幾率也越來越高，甚至?xí)斐赏ｋ娛鹿实陌l(fā)生。電力電纜中局部放電的放電量與電纜本身的絕緣狀況有著很大的聯(lián)系，通過檢測電纜局部放電量的大小，就可以得出電纜的絕緣狀況，鑒定電纜的運(yùn)行狀態(tài)以及是否存在潛在的缺陷。

1 電力電纜振蕩波檢測技術(shù)原理

振蕩波電壓試驗(yàn)接線圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)步驟是進(jìn)行充電，直流高壓電源會對電容器進(jìn)行充電，達(dá)到一定幅值后，控制第一高壓電子開關(guān)導(dǎo)通，電容器經(jīng)過很短的時(shí)間對電纜充電，電纜上電壓將在幾毫秒內(nèi)到達(dá)峰值，第一高壓電子開關(guān)關(guān)斷，控制第二高壓電子開關(guān)閉合，電抗器、電纜以及線路電阻形成一個(gè)弱阻尼振蕩回路，在電纜上形成衰減振蕩波，同時(shí)利用局部放電檢測單元實(shí)現(xiàn)對電纜的局部放電信號的采集與分析。由于振蕩波試驗(yàn)每次持續(xù)時(shí)間短、獲得的數(shù)據(jù)量小，為了確保最后結(jié)論的準(zhǔn)確性，需要經(jīng)過反復(fù)多次的試驗(yàn)，通過多次的判斷和對比，最終獲得實(shí)驗(yàn)電纜的絕緣介質(zhì)狀況。

2 阻尼振蕩頻率的選擇范圍

當(dāng)進(jìn)行實(shí)際測試時(shí)，實(shí)驗(yàn)電纜的總電容量是變化的，同樣的阻尼振蕩頻率也會跟著總?cè)萘康淖兓l(fā)生變化，無法精確的固定50Hz的頻率，所以在實(shí)際測試時(shí)，振蕩電壓波的頻率需要選擇一個(gè)合理的范圍，還需要符合國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在選定的頻率范圍內(nèi)，施加在電纜上的阻尼振蕩電壓在電纜故障點(diǎn)處產(chǎn)生的局部放電現(xiàn)象最接近工頻電壓時(shí)的效果。通過振蕩波法對電纜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以看成充電和振蕩的步驟，對實(shí)驗(yàn)電纜加壓的持續(xù)時(shí)間不會超過10s，其中需要4s左右進(jìn)行充電，LC振蕩的時(shí)間不到1s。根據(jù)GB311.1-1997《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》，加在實(shí)驗(yàn)試品上的電壓屬于暫時(shí)作用電壓[3]，其頻率在10

3 阻尼振蕩頻率仿真

為了配合電力電纜局部放電的振蕩波檢測，需要選擇合適的阻尼振蕩波頻率，必要時(shí)可以通過補(bǔ)償電容器的方式進(jìn)行頻率調(diào)整。阻尼振蕩頻率的仿真模型如圖2所示，元器件的參數(shù)詳情如表1。在建好的模型中，實(shí)驗(yàn)試品通過電容和電阻的集中參數(shù)模型替代，使用20 kV的DC電壓源替代激勵(lì)電壓源。為了過濾掉充電回路中的雜波，在仿真模型的直流電源上并聯(lián)一個(gè)濾波電容，同時(shí)串聯(lián)一個(gè)阻尼電阻，并在串聯(lián)諧振回路當(dāng)中并聯(lián)了一個(gè)電阻分壓器以及補(bǔ)償電容（補(bǔ)償電容值根據(jù)文獻(xiàn)及阻尼振蕩頻率為500Hz計(jì)算），以得到合適的諧振電壓波形。仿真結(jié)果如圖3所示，其阻尼振蕩頻率為495Hz，與理論計(jì)算值500Hz基本一致，驗(yàn)證了理論分析的正確性。

4 結(jié)語

本文針對振蕩波電壓法在電力電纜耐壓試驗(yàn)中大規(guī)模運(yùn)用的現(xiàn)狀，對電力電纜振蕩波電壓阻尼振蕩頻率進(jìn)行了仿真分析。通過對電力電纜振蕩波電壓檢測方法的分析，建立了電力電纜振動波檢測電力電纜的等效電路仿真模型，對阻尼振蕩頻率進(jìn)行了仿真計(jì)算，仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致，通過增加補(bǔ)償電容，振蕩波電壓的頻率在500Hz左右，可以滿足現(xiàn)場的試驗(yàn)要求，為電力電纜振蕩波檢測裝置的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 卓金玉.電力電纜設(shè)計(jì)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2] 楊連殿，朱俊棟，孫福，等.振蕩波電壓在XLPE電力電纜檢測中的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2006，3（3）：27-30.

[3] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB311.1-2012高壓輸變電設(shè)備絕緣配合[S].北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2012.