夏 雯，肖傳強(qiáng)

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 310007；2.北京興迪儀器有限責(zé)任公司，北京 100029）

高壓電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)探討

夏 雯1，肖傳強(qiáng)2

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 310007；2.北京興迪儀器有限責(zé)任公司，北京 100029）

介紹了國(guó)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(guò)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(shí)應(yīng)采用分布式局部放電的檢測(cè)方法實(shí)施帶局部放電檢測(cè)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。

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(wú)法被發(fā)現(xiàn)。而對(duì)高壓電纜進(jìn)行局部放電檢測(cè)是對(duì)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(guó)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66 kV及以上電壓等級(jí)的電纜線路竣工驗(yàn)收時(shí)，開(kāi)展交流耐壓試驗(yàn)的同時(shí)應(yīng)開(kāi)展局部放電（以下簡(jiǎn)稱局放）檢測(cè)。這一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)網(wǎng)下屬各電力公司高壓電纜線路竣工驗(yàn)收時(shí)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(shí)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(wú)局放諧振試驗(yàn)系統(tǒng)和未考慮局放檢測(cè)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(wú)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(wú)局放的要求，除了變頻器本身在脈沖調(diào)制過(guò)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(cè)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(cè)到電源系統(tǒng)自身的局部放電。這些放電信號(hào)主要來(lái)自于高壓電抗器內(nèi)部放電，在15 kV下有超過(guò)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(hào)極強(qiáng)，掩蓋了電纜及附件的放電譜圖，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電纜線路的局放檢測(cè)。

圖1 高壓變頻諧振試驗(yàn)系統(tǒng)原理

因此，帶局放檢測(cè)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(wú)局放的設(shè)計(jì)要求，防止電源系統(tǒng)自身的局放信號(hào)掩蓋電纜及附件的局放信號(hào)。

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(chē)供電2種方式。大多數(shù)情況下，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法提供開(kāi)展交流耐壓試驗(yàn)時(shí)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(chē)。

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(duì)同樣長(zhǎng)度的電纜試驗(yàn)時(shí)，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(shí)一般采用箱式變壓器。

在現(xiàn)場(chǎng)電源不能滿足試驗(yàn)要求時(shí)，一般采用柴油發(fā)電車(chē)供電。選用柴油發(fā)電車(chē)容量時(shí)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(hào)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(lái)國(guó)內(nèi)局放檢測(cè)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(jí)別。在220 kV電纜線路竣工試驗(yàn)中檢測(cè)到的放電缺陷，放電量只相當(dāng)于幾十個(gè)pC級(jí)別。

3.2 高頻信號(hào)傳播衰減率高

《學(xué)員研修反思報(bào)告框架》分為三部分，第一部分為學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，學(xué)員需要思考“最困擾我的問(wèn)題是什么？我認(rèn)為問(wèn)題對(duì)自己未來(lái)的價(jià)值是什么？為解決這個(gè)問(wèn)題目前做了哪些努力？未來(lái)還計(jì)劃怎樣更有效地解決？”等；第二部分為學(xué)習(xí)過(guò)程，反思“與專家、同伴交流后解決了什么？我的改變是什么？哪些方面是我沒(méi)有關(guān)注到的？沒(méi)有關(guān)注到的原因是什么？”等；第三部分為學(xué)習(xí)結(jié)果部分，學(xué)員需要思考“培訓(xùn)后我發(fā)生了哪些變化？哪些方面仍存在困惑？對(duì)余下的學(xué)習(xí)有何計(jì)劃？”等。

高壓電纜的內(nèi)外半導(dǎo)電層對(duì)高頻信號(hào)存在很強(qiáng)的衰減，電纜中高頻信號(hào)的衰減率大于90 %/km。因此，電纜線路的局放檢測(cè)必須采用多點(diǎn)檢測(cè)方法。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法采用從電纜端頭檢測(cè)線路局放，這種方法不再適用于電纜線路局放檢測(cè)。通過(guò)電纜接地線開(kāi)展就地局放巡檢和分布式局放檢測(cè)正在成為電纜線路局放檢測(cè)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(chǎng)缺陷智能化診斷的要求。

3.4 最佳檢測(cè)頻率范圍

根據(jù)近幾年國(guó)內(nèi)的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，電纜線路上的最佳檢測(cè)頻率范圍大約為1-10 MHz。如果缺陷點(diǎn)在測(cè)點(diǎn)的接頭絕緣表面，檢測(cè)信號(hào)頻率可能達(dá)到20 MHz。

根據(jù)電纜線路的分布式參數(shù)特點(diǎn)及信號(hào)的衰減規(guī)律，在竣工試驗(yàn)時(shí)采用分布式局放檢測(cè)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(shí)可不用考慮交叉互聯(lián)系統(tǒng)的影響。但開(kāi)展帶局放檢測(cè)的交流耐壓試驗(yàn)，尤其是開(kāi)展分布式局放檢測(cè)，必須考慮交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)對(duì)局放信號(hào)傳播路徑的影響。

對(duì)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(duì)于直接接地箱，其空間一般較狹小，無(wú)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。

5 220 kV電纜線路試驗(yàn)實(shí)例

5.1 試驗(yàn)電纜概況

5.2 試驗(yàn)設(shè)備的布置方案

在開(kāi)展帶局放檢測(cè)的交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，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(cè)單元相連，并用光纖將所有檢測(cè)單元手拉手與位于戶外終端（加壓側(cè)）的檢測(cè)主機(jī)相連接。所有檢測(cè)單元的操作和控制通過(guò)檢測(cè)主機(jī)電腦實(shí)現(xiàn)。在耐壓試驗(yàn)的同時(shí)對(duì)中間接頭和終端進(jìn)行局放檢測(cè)。試驗(yàn)設(shè)備布置和連接如圖2所示。

同時(shí)，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(kāi)護(hù)層保護(hù)器，并用接地線在加壓過(guò)程中暫時(shí)直接接地。

5.3 信號(hào)采集方式

（1） 局部放電信號(hào)采集方式。高頻傳感器（HFCT）用于局部放電信號(hào)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(shí)短接線上。

圖2 試驗(yàn)設(shè)備布置與連接

（2） 同步電壓信號(hào)采集方式。同步電壓信號(hào)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(hào)，其相位與電壓相位相差固定為90°，通過(guò)局部放電檢測(cè)儀器對(duì)此相位差進(jìn)行校正。3臺(tái)局放檢測(cè)單元的信號(hào)采集使用同一個(gè)同步信號(hào)進(jìn)行電壓同步。

5.4 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析

在對(duì)電纜施加電壓前，首先對(duì)線路的背景干擾進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)背景干擾信號(hào)的測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行頻譜特性分析發(fā)現(xiàn)，干擾信號(hào)的頻率成分基本在2.5 MHz以下。因此，電源信號(hào)在3 MHz左右干擾最小，故主要以3 MHz±250 kHz的信號(hào)譜圖進(jìn)行分析。

通過(guò)帶局放檢測(cè)的交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)到來(lái)自于電抗器的放電信號(hào)及其沿電纜各個(gè)接頭傳播信號(hào)。從頻譜圖上可以看出，試驗(yàn)沒(méi)有檢測(cè)到其他來(lái)源的局部放電信號(hào)，未檢測(cè)到電纜接頭及本體的局部放電。

6 結(jié)束語(yǔ)

在執(zhí)行國(guó)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(shí)，高壓電纜帶局放檢測(cè)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(cè)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(wú)局放設(shè)計(jì)。使用無(wú)局放高壓諧振電源可以減少對(duì)局放信號(hào)的誤判，有效提高現(xiàn)場(chǎng)對(duì)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(shí)應(yīng)采用分布式局放檢測(cè)系統(tǒng)，在每個(gè)接頭安裝一個(gè)高頻CT采集單元及檢測(cè)單元，通過(guò)光纖連接或采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整條電纜上所有檢測(cè)單元的同步測(cè)量，便于現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)信號(hào)的衰減規(guī)律對(duì)放電源進(jìn)行定位。

（4） 高壓電纜的接地系統(tǒng)會(huì)影響局放信號(hào)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。

1 楊 波，儲(chǔ) 強(qiáng)，肖傳強(qiáng).高壓電纜竣工驗(yàn)收試驗(yàn)的同時(shí)增加分布式局部放電測(cè)量的分析［C］.電力電纜狀態(tài)檢修技術(shù)交流會(huì)，北京，2010.

2015-12-18。

夏 雯（1985-），女，工程師，主要從事輸電線路及電力電纜運(yùn)行維護(hù)、檢修試驗(yàn)和技術(shù)管理工作，email：26995858@qq.com。

肖傳強(qiáng)（1962-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力電纜試驗(yàn)和局放診斷技術(shù)研究和管理工作。