淺談動車組高壓電纜局部放電試驗(yàn)

王佩瞼

青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司 山東青島 2 6 6 0 0 0

1 局部放電的原因分析

動車組高壓電纜產(chǎn)生局部放電的原因大體上可以歸納為以下幾種情況：

（1）電纜線芯帶有毛刺動車組高壓電纜線芯在生產(chǎn)加工或者電纜總成的過程中，由于受到生產(chǎn)條件的一些限制，可能導(dǎo)致在電纜線芯表面形成毛刺。若出廠前未被檢測出來，裝車運(yùn)行一段時(shí)間后，電纜就可能產(chǎn)生局部放電。

（2）絕緣受潮動車組高壓電纜外部有ERP化合物制成的絕緣層和紅色無鹵交聯(lián)EVA材料制成的護(hù)套所保護(hù)，但在高壓電纜與電纜終端的接口處，由于列車在運(yùn)行中，經(jīng)常受到雨、雪、風(fēng)、砂、陽光的侵蝕，容易導(dǎo)致絕緣受潮。

（3）絕緣局部受損傷動車組高壓電纜在運(yùn)輸、安裝以及運(yùn)用過程中都有可能會導(dǎo)致電纜絕緣外層的損傷，當(dāng)日常檢修不及時(shí)或不徹底時(shí)，導(dǎo)致電纜可能長期帶“病”工作。而且動車組高壓電纜在動車運(yùn)用過程中，部分高壓電纜暴露在外，動車組高速運(yùn)行時(shí)，容易受到鋒銳雜物的碰撞，造成電纜絕緣層受損，以上因素都可能導(dǎo)致電纜的局部放電[1]。

2 局部放電機(jī)理分析

2.1 局部放電表征參數(shù)

動車組高壓電纜發(fā)生局部放電的過程比較復(fù)雜，它的物理狀態(tài)通常需要采用多種相關(guān)表征參數(shù)進(jìn)行描繪，同時(shí)局部放電對高壓電纜的絕緣層破壞機(jī)理也是比較復(fù)雜的，也得通過多種參數(shù)來評定它對電纜絕緣的危害程度。被廣泛用來表征局部放電的參數(shù)主要有視在放電電荷qa，放電重復(fù)率N，放電能量W，放電平均電流I和放電功率P。本文所采用的表征參數(shù)為視在放電電荷qa，具體分析如下。在高壓電纜試樣的兩端注入一定的電荷量，如果此電荷量引起的端電壓變化量與局部放電引起的變化量一致，那么此電荷量就是視在放電電荷，視在放電量單位為pC。當(dāng)局部放電試驗(yàn)中參數(shù)設(shè)置的不同，外界因素影響和誤差干擾時(shí)，測得的視在放電電荷可能有所差異。一般在控制各種影響因素不發(fā)生變化的情況下，所測得的最大穩(wěn)定視在放電電荷可以作為電纜的局部放電量。當(dāng)電纜絕緣內(nèi)部氣隙發(fā)生局部放電時(shí)，它的電荷交換和累積過程實(shí)際測量起來比較困難，但可以通過局部放電引起電纜絕緣體兩端的電荷變化來等效，等效過程通過等效電路來進(jìn)行驗(yàn)證。假設(shè)電纜絕緣體內(nèi)部有一氣泡缺陷，如圖1所示。氣泡的等效電阻Rc和電容Cc，氣泡與絕緣體串聯(lián)部分介質(zhì)的等效電阻Rb和電容Cb，以及其他部分的等效電阻Ra和電容Ca組成的等效回路如圖2所示。

2.2 干擾信號圖譜分析

影響局部放電檢測結(jié)果的外界因素有很多，根據(jù)其特征可大體歸納為2類：第一類是持續(xù)的連續(xù)型干擾信號，例如不同頻段的空間無線電、測試電源中的高次諧波以及外界的電磁輻射等；第二類是脈沖型干擾信號，例如可控硅觸發(fā)脈沖、大型設(shè)備的啟停、繼電器動作、高壓開關(guān)通斷等。對于連續(xù)波形干擾，基于其連續(xù)性波形特征，可從局部放電脈沖信號中分離出或者采取對應(yīng)的濾波手段予以消除。脈沖型干擾信號的高頻特性與局部放電脈沖特征重合度很高，因此除專業(yè)技術(shù)人員外，普通操作人員很難辨別出二者之間的差別，極其不利于發(fā)現(xiàn)高壓電纜中存在的絕緣隱患。而局部放電圖譜分析可以將各種脈沖信號的幅值，相位，時(shí)間等特征展現(xiàn)在圖形上，操作人員可根據(jù)這些特征從摻雜著各種形式的干擾信號的脈沖中分辨出高壓電纜實(shí)際的局部放電脈沖信號，從而了解電纜真實(shí)的絕緣狀況。

圖1 電纜絕緣內(nèi)部氣隙

圖2 電纜絕緣內(nèi)部氣隙等效電路圖

3 測試中的外界干擾

這種類型的干擾與加至被試電纜上的電壓無關(guān)，它不隨施加電壓的變化而變化。電磁干擾和靜電干擾是測試環(huán)境中常見的兩大干擾源，這2種干擾源廣泛的存在各個(gè)空間。在工廠測試環(huán)境中，可能會存在變壓器，無線發(fā)射器，高壓輸送線路等，這些都會產(chǎn)生電磁信號。這些高頻信號會通過電磁耦合等方式進(jìn)入測試電路，這些干擾信號還不易與電纜的放電信號區(qū)分，測試誤差大大增大。測試的高壓電纜也會收集周圍的電磁干擾，對試驗(yàn)結(jié)果造成影響。測試環(huán)境周圍電氣設(shè)備的放電也會導(dǎo)致電場和磁場，由于分布阻抗耦合到金屬外表里的模擬線、信號線和地線等內(nèi)部走線，引起測試設(shè)備控制系統(tǒng)的錯(cuò)誤反應(yīng)，從而導(dǎo)致測試誤差[2]。

4 結(jié)語

通過對局部放電機(jī)理的分析，得出局部放電試驗(yàn)可以更容易的發(fā)現(xiàn)高壓電纜組裝后的絕緣缺陷。對于即將上線運(yùn)行或已投入運(yùn)行的動車組而言，進(jìn)行高壓電纜局部放電檢測，通過對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，能夠及時(shí)了解高壓電纜的薄弱環(huán)節(jié)，掌握其局部放電量的情況以及絕緣老化程度，及時(shí)采取相應(yīng)處理措施，以實(shí)現(xiàn)動車組高壓供電的安全、可靠[3]。