高壓電力電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)探究

吳由予

摘要：本文深入探討了電力電纜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)以及其在電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中的積極意義，促進(jìn)了電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力電纜;局部放電;檢測(cè);鋪設(shè)

一、引言

電力電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)是指由局部放電引起的不同物理現(xiàn)象的實(shí)際依據(jù)，還需通過(guò)產(chǎn)生的不同的物理現(xiàn)象對(duì)局部放電的狀態(tài)進(jìn)行描述并且做出反應(yīng)。目前來(lái)說(shuō)，電力電纜的局部放電檢測(cè)技術(shù)主要有超聲法，高頻脈沖電流法，超高頻法，化學(xué)檢測(cè)法和光學(xué)檢測(cè)法。下面簡(jiǎn)要介紹這些方法。

二、試驗(yàn)電源系統(tǒng)的技術(shù)要求

如果要進(jìn)行高壓電纜完成測(cè)試，需在給電纜線增加壓力的過(guò)程中進(jìn)行。通常選擇高壓變頻諧振電源，無(wú)局部放電諧振測(cè)試系統(tǒng)在高壓變頻諧振測(cè)試系統(tǒng)中至關(guān)重要，充分了解高壓連接部分的設(shè)計(jì)原理可確保在額定電壓下不會(huì)出現(xiàn)局部放電。逆變器與其他組件之間的區(qū)別在于，在脈沖調(diào)制越過(guò)零點(diǎn)時(shí)將出現(xiàn)尖脈沖現(xiàn)象。諧振測(cè)試系統(tǒng)的工作狀態(tài)沒(méi)有完全結(jié)合局部放電檢測(cè)的要求，在非常低的輸出電壓測(cè)試下檢測(cè)到電力系統(tǒng)本身的局部放電，對(duì)信號(hào)來(lái)源進(jìn)行判斷可以發(fā)現(xiàn)其與高壓電抗器有關(guān)。在放電過(guò)程中，內(nèi)部信號(hào)較強(qiáng)，并保持與電纜相同的頻率電壓，這掩蓋了電纜的放電頻譜圖，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電纜線的放電檢測(cè)。

三、驗(yàn)電源供電容量和供電方式選擇

測(cè)試電源可以分為兩種模式：柴油發(fā)電機(jī)車(chē)供電和變壓器供電。通常情況下，測(cè)試站點(diǎn)無(wú)法提供進(jìn)行交流耐壓測(cè)試所需的變壓器電源，因此必須配合合適的柴油發(fā)電機(jī)車(chē)一起使用。電源的容量和諧振系統(tǒng)的測(cè)試容量和品質(zhì)因素（Q值）密切相關(guān)。諧振系統(tǒng)的Q值越高，測(cè)試相同長(zhǎng)度的電纜時(shí)所需的電源容量就越低。當(dāng)變壓器電源模式提供測(cè)試電源時(shí)，通常使用箱式變壓器。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)電源不滿足測(cè)試需求時(shí)，一需要結(jié)合柴油發(fā)電機(jī)車(chē)供電。在選擇柴油發(fā)電機(jī)車(chē)的容量時(shí)，有必要考慮其內(nèi)部損耗，該損耗應(yīng)比變壓器的電源容量高約2倍。

四、高壓電纜局放信號(hào)特征分析

高壓電纜局放信號(hào)有以下特征：（1）高頻信號(hào)的傳播衰減率高。在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)高壓電纜的內(nèi)、外半導(dǎo)體層與高頻信號(hào)之間存在較強(qiáng)的衰減，衰減率高達(dá)90%/km。在檢測(cè)中，通過(guò)借助電纜接地線的方法進(jìn)行局部放電巡檢，這種方法在一定程度上提高了從電纜端部檢測(cè)線路局部放電的局限性，并結(jié)合分布式局部放電檢測(cè)確保檢測(cè)準(zhǔn)確性。高壓電纜上高頻信號(hào)會(huì)隨著頻率衰減的增加而增加，一些特定頻率下，會(huì)出現(xiàn)突然迅速增加現(xiàn)象，最終影響信號(hào)的衰減程度。高壓電纜局部放電檢測(cè)的最佳檢測(cè)頻率范圍是1到20MHz。當(dāng)檢測(cè)頻率達(dá)到20MHz時(shí)，觀察缺陷點(diǎn)的位置可以發(fā)現(xiàn)主要出現(xiàn)在測(cè)量點(diǎn)的接合絕緣表面。（2）放電量小。在檢測(cè)高壓電纜線路的過(guò)程中，詳細(xì)分析了產(chǎn)生局放時(shí)存在的缺陷，發(fā)現(xiàn)高壓電纜局放的信號(hào)較小，屬于微小放電水平。（3）缺陷的類型更加復(fù)雜。高壓電纜局部放電檢測(cè)過(guò)程中存在多種缺陷，形式多樣。主要在于電纜和附件之間，以缺陷的位置劃分，包括內(nèi)部和外部半導(dǎo)電層缺陷和接頭制造缺陷等。在分析缺陷特征時(shí)，它會(huì)在地圖上顯示出復(fù)雜性，從而增加了在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)檢查中進(jìn)行缺陷診斷的難度。

五、電纜線路接地系統(tǒng)的處理方法

（一）高壓電纜局部放電檢測(cè)試驗(yàn)原理

本次高壓電纜局放測(cè)試主要使用220kV電纜線路進(jìn)行交流耐壓測(cè)試，并采用雙回路，選取銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，以隧道敷設(shè)為主，長(zhǎng)度為800m，額定電壓和電容控制在220kV和0.214μF/km。為了保證測(cè)試的順利進(jìn)行，首先要弄清室外終端和GIS終端的接地方式。前者為直接接地，后者主要基于電壓保護(hù)器接地

（二）高壓電纜局部放電試驗(yàn)操作步驟

首先要了解交流耐壓測(cè)試過(guò)程和局部放電檢測(cè)的原理，在測(cè)試設(shè)備的布置和連接過(guò)程中，用高壓導(dǎo)線連接連接耐壓測(cè)試設(shè)備，戶外終端，檢測(cè)主機(jī)，高壓導(dǎo)線，同步線圈，GIS終端和高頻CT。高壓電纜的局部放電測(cè)試信號(hào)采集方法主要包括局部放電信號(hào)采集和同步電壓信號(hào)采集。前者主要使用高頻傳感器，中間接頭接地盒，GIS終端保護(hù)接地盒和戶外終端接地保護(hù)盒，并且準(zhǔn)確地將三者安裝在接地線上;當(dāng)同步電壓信號(hào)采集器采集信號(hào)并與電纜主體連接以準(zhǔn)確采集電流信號(hào)時(shí)，它起著同步電壓信號(hào)采集器的作用。同時(shí)，應(yīng)將相位和電壓相位之間的相位差控制在最佳范圍內(nèi)，通常為90°，使測(cè)試更為精確。

（三）高壓電纜局部放電試驗(yàn)結(jié)論與數(shù)據(jù)分析

測(cè)試完成時(shí)根據(jù)電纜分布參數(shù)特性使用分布式局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，將高頻CT采集單元和檢測(cè)單元安裝在每一個(gè)接頭處，通過(guò)光纖連接可以同時(shí)測(cè)量整條電纜上所有檢測(cè)單元，方定位放電源。高壓電纜局放測(cè)試前期要及時(shí)收集背景干擾測(cè)試數(shù)據(jù)，繪制頻譜特征分布圖。在分析功率信號(hào)干擾時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)功率信號(hào)為3MKHz時(shí)，此時(shí)干擾最小。在進(jìn)行交流耐壓測(cè)試時(shí)，傳播信號(hào)主要是電抗體的放電信號(hào)，電纜接頭中無(wú)局放。

六、220 kV電纜線路試驗(yàn)實(shí)例分析

（一）試驗(yàn)電纜概況

以某供電公司為例，在220kV電纜上進(jìn)行帶有局放檢測(cè)的交流耐壓測(cè)試。電纜采用隧道敷設(shè)雙回路，長(zhǎng)800m，額定電壓為220kV且容量為0.214F/km的單芯1600mm2銅芯XLPE絕緣電纜。每條電纜1組絕緣中間接頭。戶外終端采用直接接地，GIS終端通過(guò)電壓保護(hù)器接地。

（二）試驗(yàn)設(shè)備的布置方案

進(jìn)行帶局放檢測(cè)的交流耐壓測(cè)試時(shí)，應(yīng)將局部放電收集單元（高頻CT）安裝在電纜線的整個(gè)范圍內(nèi)的中間接頭、戶外終端和GIS終端上，并用光纖相應(yīng)的檢測(cè)單元與戶外終端連接。主機(jī)將完成所有檢測(cè)單元的操作和控制。在耐壓測(cè)試的同時(shí)，對(duì)中間接頭和終端進(jìn)行局部放電測(cè)試。取下中間接頭保護(hù)盒的屏蔽蓋，用短線直接將兩側(cè)電纜的金屬屏蔽層短接。在加壓過(guò)程中，取下GIS終端接地保護(hù)盒的保護(hù)蓋，斷開(kāi)保護(hù)層保護(hù)器，并使用接地線將其暫時(shí)直接接地。

（三）信號(hào)采集方式

（1）局部放電信號(hào)采集方法。用高頻傳感器（HFCT）收集局部放的電信號(hào)，戶外終端接地保護(hù)盒、中間接頭接地盒、GIS端子保護(hù)接地盒的高頻CT分別安裝在接地線、短接線和接地保護(hù)器的臨時(shí)短接線上。（2）同步電壓信號(hào)采集方法。同步電壓信號(hào)收集器安裝在電纜的主體上，收集電流信號(hào)，其電壓和相位之間的相位差固定為90°。通過(guò)局部放電檢測(cè)設(shè)備校正該相位差。三個(gè)局部放電檢測(cè)單元進(jìn)行電壓同步，信號(hào)采集使用相同的同步信號(hào)。

（四）測(cè)試方法和數(shù)據(jù)分析

對(duì)電纜加電壓之前，首先要測(cè)試線路的背景干擾。根據(jù)測(cè)試的背景干擾信號(hào)數(shù)據(jù)，分析其頻譜特性發(fā)現(xiàn)，干擾信號(hào)的頻率成分一般在2.5 MHz以下。因此，功率信號(hào)在3MHz附近干擾較小，因此主要分析3MHz + 250kHz的信號(hào)頻譜。通過(guò)帶有局放檢測(cè)的交流耐壓測(cè)試，該測(cè)試可以檢測(cè)電抗器的放電信號(hào)及其沿電纜接頭的傳播信號(hào)。

七、結(jié)語(yǔ)

掌握高壓電纜電源局部放電測(cè)試系統(tǒng)和電源電容的技術(shù)，在局部放電檢測(cè)信號(hào)中明確實(shí)際放電量和最佳檢測(cè)頻率范圍，提前做好電纜接地系統(tǒng)的處理，并根據(jù)具體情況處理高壓電纜部分。分析放電檢測(cè)技術(shù)的有效性將有助于提高整個(gè)高壓電纜操作的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫永輝，王馥玨，鄧鵬.高壓電纜局部放電帶電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，4.

[2] 吳昊，趙睿，等.高壓電纜交接試驗(yàn)中分布式局部放電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018，14.

[3] 于東明.電動(dòng)車(chē)組高壓電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)[J].鐵道車(chē)輛，2019，3.

[4] 陳茂榮，楊忠，牛海清.中壓電纜缺陷原因及其狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀[J].電線電纜，2013（6）：180.