高壓電纜局部放電檢測技術(shù)分析范文

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《電力安全技術(shù)雜志》2016年第9期

摘要：

介紹了國家電網(wǎng)公司高壓電纜竣工試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，探討了高壓電纜竣工試驗(yàn)過程中試驗(yàn)電源和供電電源的的技術(shù)要求。提出了竣工試驗(yàn)時應(yīng)采用分布式局部放電的檢測方法實(shí)施帶局部放電檢測的交流耐壓試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有利于發(fā)現(xiàn)電纜及附件中存在的微小局部放電缺陷，提高投運(yùn)電纜的優(yōu)良率。

關(guān)鍵詞：

高壓電纜；交流耐壓；局部放電；竣工試驗(yàn)

0引言

高壓電纜的交流耐壓試驗(yàn)具有一定局限性，有些重大施工缺陷無法被發(fā)現(xiàn)。而對高壓電纜進(jìn)行局部放電檢測是對交流耐壓試驗(yàn)的有益補(bǔ)充，可以發(fā)現(xiàn)電纜附件中微小的局部放電缺陷。2015年2月，國家電網(wǎng)公司頒布了《電力電纜線路試驗(yàn)規(guī)程》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求在66kV及以上電壓等級的電纜線路竣工驗(yàn)收時，開展交流耐壓試驗(yàn)的同時應(yīng)開展局部放電(以下簡稱局放)檢測。這一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為國網(wǎng)下屬各電力公司高壓電纜線路竣工驗(yàn)收時提供了技術(shù)依據(jù)，可有力保障高壓電纜線路投運(yùn)后的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1試驗(yàn)電源系統(tǒng)的技術(shù)要求

高壓電纜竣工試驗(yàn)時采用高壓變頻諧振電源給電纜線路加壓。目前高壓變頻諧振試驗(yàn)系統(tǒng)分為2類：無局放諧振試驗(yàn)系統(tǒng)和未考慮局放檢測要求的試驗(yàn)系統(tǒng)。高壓變頻諧振試驗(yàn)系統(tǒng)原理如圖1所示。無局放諧振試驗(yàn)系統(tǒng)的電抗器及高壓連接部分在設(shè)計(jì)上遵守額定電壓下無局放的要求，除了變頻器本身在脈沖調(diào)制過零點(diǎn)存在尖脈沖外，其他部件在額定電壓下不產(chǎn)生局放背景。未考慮局放檢測要求的諧振試驗(yàn)系統(tǒng)，在試驗(yàn)頻率和很低的輸出電壓下就可以檢測到電源系統(tǒng)自身的局部放電。這些放電信號主要來自于高壓電抗器內(nèi)部放電，在15kV下有超過5nC的放電。由于電抗器的放電是在與電纜相同頻率的電壓下產(chǎn)生，且信號極強(qiáng)，掩蓋了電纜及附件的放電譜圖，無法實(shí)現(xiàn)電纜線路的局放檢測。因此，帶局放檢測的交流耐壓試驗(yàn)的高壓諧振試驗(yàn)系統(tǒng)，必須遵守電源系統(tǒng)自身在額定電壓下無局放的設(shè)計(jì)要求，防止電源系統(tǒng)自身的局放信號掩蓋電纜及附件的局放信號。

2試驗(yàn)電源供電容量和供電方式選擇

試驗(yàn)電源可分為變壓器供電和柴油發(fā)電車供電2種方式。大多數(shù)情況下，試驗(yàn)現(xiàn)場無法提供開展交流耐壓試驗(yàn)時所需要的變壓器供電電源，因此有必要配備合適的柴油發(fā)電車。供電電源的容量與試驗(yàn)容量和諧振系統(tǒng)的品質(zhì)因素(Q值)相關(guān)。諧振系統(tǒng)的品質(zhì)因素越高，對同樣長度的電纜試驗(yàn)時，所需的供電容量就越低。變壓器供電方式提供試驗(yàn)電源時一般采用箱式變壓器。在現(xiàn)場電源不能滿足試驗(yàn)要求時，一般采用柴油發(fā)電車供電。選用柴油發(fā)電車容量時需要考慮到其內(nèi)部損耗，要求比變壓器供電容量高出2倍左右。

3高壓電纜局放信號特征分析

3.1放電量小隨著高壓電纜生產(chǎn)工藝的提高，線路中存在重大缺陷的可能性不斷降低。根據(jù)近5年來國內(nèi)局放檢測經(jīng)驗(yàn)，高壓電纜線路中的局放缺陷一般屬于微小放電級別。在220kV電纜線路竣工試驗(yàn)中檢測到的放電缺陷，放電量只相當(dāng)于幾十個pC級別。

3.2高頻信號傳播衰減率高

高壓電纜的內(nèi)外半導(dǎo)電層對高頻信號存在很強(qiáng)的衰減，電纜中高頻信號的衰減率大于90%/km。因此，電纜線路的局放檢測必須采用多點(diǎn)檢測方法。傳統(tǒng)的檢測方法采用從電纜端頭檢測線路局放，這種方法不再適用于電纜線路局放檢測。通過電纜接地線開展就地局放巡檢和分布式局放檢測正在成為電纜線路局放檢測的主要方式。

3.3缺陷種類復(fù)雜

電纜局放缺陷以多種形式存在于電纜及附件中。按照缺陷位置可以分為絕緣內(nèi)部缺陷、內(nèi)半導(dǎo)電層缺陷、外半導(dǎo)電層缺陷、外半導(dǎo)電層與金屬護(hù)套間的導(dǎo)電缺陷、接頭制作缺陷等。每種缺陷在N-Q-Φ譜圖上呈現(xiàn)出不同的特征。目前積累的典型譜圖遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)場缺陷智能化診斷的要求。

3.4最佳檢測頻率范圍

根據(jù)近幾年國內(nèi)的檢測經(jīng)驗(yàn)，電纜線路上的最佳檢測頻率范圍大約為1-10MHz。如果缺陷點(diǎn)在測點(diǎn)的接頭絕緣表面，檢測信號頻率可能達(dá)到20MHz。根據(jù)電纜線路的分布式參數(shù)特點(diǎn)及信號的衰減規(guī)律，在竣工試驗(yàn)時采用分布式局放檢測方法的有效性已經(jīng)得到廣泛驗(yàn)證。

4電纜線路接地系統(tǒng)的處理

高壓電纜線路一般采用交叉互聯(lián)接地方式，在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時可不用考慮交叉互聯(lián)系統(tǒng)的影響。但開展帶局放檢測的交流耐壓試驗(yàn)，尤其是開展分布式局放檢測，必須考慮交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)對局放信號傳播路徑的影響。對于交叉互聯(lián)箱，應(yīng)拆除原有互聯(lián)排，將同一相同軸電纜的金屬屏蔽連接端用絕緣軟線短接。短接線用螺母擰緊固定，并保證接觸良好。對于直接接地箱，其空間一般較狹小，無法安裝傳感器，所以試驗(yàn)前也應(yīng)拆除原有連接銅排，并用絕緣軟線短接代替。

5220kV電纜線路試驗(yàn)實(shí)例

5.1試驗(yàn)電纜概況

2014年12月，某供電公司在220kV電纜線路上開展了帶局放檢測的交流耐壓試驗(yàn)。220kV電纜線路采用雙回路，線路長度800m。電纜全程采用單芯1600mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，電纜額定電壓為220kV，電容量為0.214μF/km。電纜全線采用隧道敷設(shè)，每回電纜線路有1組絕緣中間接頭。GIS終端采用電壓保護(hù)器接地，戶外終端采用直接接地；中間接頭金屬屏蔽一側(cè)直接接地(GIS側(cè))，一側(cè)保護(hù)接地(戶外終端側(cè))。

5.2試驗(yàn)設(shè)備的布置方案

在開展帶局放檢測的交流耐壓試驗(yàn)時，在電纜線路的全范圍內(nèi)的戶外終端、中間接頭、GIS終端上安裝局部放電采集單元(高頻CT)，與各自檢測單元相連，并用光纖將所有檢測單元手拉手與位于戶外終端(加壓側(cè))的檢測主機(jī)相連接。所有檢測單元的操作和控制通過檢測主機(jī)電腦實(shí)現(xiàn)。在耐壓試驗(yàn)的同時對中間接頭和終端進(jìn)行局放檢測。試驗(yàn)設(shè)備布置和連接如圖2所示。同時，拆除中間接頭的保護(hù)箱屏蔽罩，并用短接線將兩側(cè)電纜金屬屏蔽直接短接。拆除GIS終端接地保護(hù)箱的保護(hù)罩，斷開護(hù)層保護(hù)器，并用接地線在加壓過程中暫時直接接地。

5.3信號采集方式

(1)局部放電信號采集方式。高頻傳感器(HFCT)用于局部放電信號的采集。中間接頭接地箱的高頻CT安裝在短接線上；戶外終端接地保護(hù)箱的高頻CT安裝在接地線上，GIS終端保護(hù)接地箱的高頻CT安裝在接地保護(hù)器臨時短接線上。

(2)同步電壓信號采集方式。同步電壓信號采集器安裝在電纜的本體上。采集器實(shí)際采集的是電流信號，其相位與電壓相位相差固定為90°，通過局部放電檢測儀器對此相位差進(jìn)行校正。3臺局放檢測單元的信號采集使用同一個同步信號進(jìn)行電壓同步。

5.4試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析

在對電纜施加電壓前，首先對線路的背景干擾進(jìn)行測試。根據(jù)背景干擾信號的測試數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行頻譜特性分析發(fā)現(xiàn)，干擾信號的頻率成分基本在2.5MHz以下。因此，電源信號在3MHz左右干擾最小，故主要以3MHz±250kHz的信號譜圖進(jìn)行分析。通過帶局放檢測的交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測到來自于電抗器的放電信號及其沿電纜各個接頭傳播信號。從頻譜圖上可以看出，試驗(yàn)沒有檢測到其他來源的局部放電信號，未檢測到電纜接頭及本體的局部放電。

6結(jié)束語

在執(zhí)行國家電網(wǎng)公司《電力電纜線路試驗(yàn)規(guī)程》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時，高壓電纜帶局放檢測的交流耐壓試驗(yàn)中的以下關(guān)鍵技術(shù)和要點(diǎn)應(yīng)特別重視。

（1）帶局放檢測的交流耐壓試驗(yàn)方法的應(yīng)用將有利于提高電纜的運(yùn)行可靠性。

（2）高壓試驗(yàn)電源應(yīng)采用無局放設(shè)計(jì)。使用無局放高壓諧振電源可以減少對局放信號的誤判，有效提高現(xiàn)場對電纜局放缺陷判斷的準(zhǔn)確性。

(3)根據(jù)電纜的分布式參數(shù)特征，竣工試驗(yàn)時應(yīng)采用分布式局放檢測系統(tǒng)，在每個接頭安裝一個高頻CT采集單元及檢測單元，通過光纖連接或采用無線網(wǎng)絡(luò)連接來實(shí)現(xiàn)對整條電纜上所有檢測單元的同步測量，便于現(xiàn)場根據(jù)信號的衰減規(guī)律對放電源進(jìn)行定位。

(4)高壓電纜的接地系統(tǒng)會影響局放信號的傳播路徑，在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段應(yīng)根據(jù)實(shí)際接地方式，采用銅線短接或拆斷等方法進(jìn)行處理，提高微小局放缺陷的可檢出率。

參考文獻(xiàn)：

1楊波，儲強(qiáng)，肖傳強(qiáng)．高壓電纜竣工驗(yàn)收試驗(yàn)的同時增加分布式局部放電測量的分析[C]．電力電纜狀態(tài)檢修技術(shù)交流會，北京，2010.

作者:夏雯 肖傳強(qiáng) 單位:國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司 北京興迪儀器有限責(zé)任公司