郝艷捧，肖佳朋，黃韜，陳云，陳彥文，陽(yáng)林，王超，吳春芳

(1．華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510641；2．廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東 江門(mén) 529000)

交聯(lián)聚乙烯(crosslinked polyethylene，XLPE)電纜具有優(yōu)良的電氣、力學(xué)和理化性能，廣泛應(yīng)用于輸配電系統(tǒng)中[1-4]。附件在電纜線路中絕緣結(jié)構(gòu)最薄弱，最容易發(fā)生運(yùn)行故障[5]。中間接頭用封閉式絕緣結(jié)構(gòu)一般在電纜安裝現(xiàn)場(chǎng)完成，如安裝工藝不良會(huì)造成接頭內(nèi)部絕緣電應(yīng)力集中，引發(fā)放電微通道，若不及時(shí)處理，極易演化至擊穿甚至爆炸，造成停電等事故[6-7]。電纜接頭常見(jiàn)安裝缺陷有：①制作時(shí)一般使用玻璃或電工刀剝離主絕緣外的絕緣屏蔽層，可能剝切過(guò)深，劃傷主絕緣，形成主絕緣刀痕缺陷[8]；②安裝時(shí)若電纜銅導(dǎo)體壓接用連接器表面未處理光滑，存在金屬毛刺、尖端或棱角，會(huì)形成連接管尖端缺陷[9]；③制作過(guò)程中因屏蔽層剝除導(dǎo)致屏蔽層末端電場(chǎng)畸變，使用預(yù)制式應(yīng)力錐降低屏蔽層電場(chǎng)畸變程度,現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)力錐應(yīng)與外半導(dǎo)電層斷口緊密壓接，要求尺寸精準(zhǔn)，否則會(huì)出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力錐與絕緣屏蔽層安裝錯(cuò)位缺陷[10]。

局部放電檢測(cè)被國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrotechnical Commission，IEC)、電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)和國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(International Council on Large Electric systems，CIGRE)等推薦為評(píng)估XLPE電纜絕緣缺陷的最佳方法，并已在工程中大量應(yīng)用[11]。局部放電產(chǎn)生脈沖電流、電磁波等電信號(hào)和聲、熱、光等非電信號(hào)[11-15]。電纜局部放電檢測(cè)/監(jiān)測(cè)常用超高頻(ultra high frequency，UHF)法、高頻電流傳感器(high frequency current transducer，HFCT)和聲發(fā)射(acoustic emission，AE)法。HFCT利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量局部放電脈沖電流信號(hào)，只需將線圈式傳感器卡裝在電纜或附件的金屬屏蔽層、接地線等位置，應(yīng)用廣泛[11-12]。局部放電檢測(cè)的任務(wù)是區(qū)分局部放電和噪聲及干擾、識(shí)別導(dǎo)致局部放電的缺陷類(lèi)型、評(píng)估檢測(cè)到的局部放電的危害程度[16]。識(shí)別導(dǎo)致局部放電的缺陷類(lèi)型是局部放電檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，不同類(lèi)型局部放電對(duì)電氣絕緣系統(tǒng)的危害不完全相同[16]。

關(guān)于不同類(lèi)型電纜接頭典型安裝缺陷局部放電特征已有相關(guān)研究。姜蕓等[9]制作了復(fù)合絕緣界面導(dǎo)電顆粒、主絕緣切向氣隙、外半導(dǎo)電層斷口半導(dǎo)電尖端、預(yù)制件安裝錯(cuò)位和高電位尖端5種缺陷的110 kV電纜接頭，用電容耦合法研究放電量相位分布(phase resolved partial discharge，PRPD)譜圖和單次放電脈沖時(shí)域波形的3階、4階特征參量，發(fā)現(xiàn)差異很大。彭發(fā)東等[10]制作了應(yīng)力錐錯(cuò)位10 kV電纜接頭進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明阻尼振蕩波電壓法、工頻耐壓試驗(yàn)和局部放電帶電檢測(cè)均可有效檢測(cè)該缺陷。常文治等[17-18]記錄并分析接頭尖刺缺陷、接頭硅橡膠/XLPE界面金屬顆粒缺陷劣化至絕緣失效全過(guò)程的放電信號(hào)，基于局部放電能量的發(fā)展將全過(guò)程劃分為不同階段，在各階段局部放電相位譜圖上提取3個(gè)特征量，提出可以更加準(zhǔn)確評(píng)估2種缺陷放電嚴(yán)重程度的方法。王有元等[19]制作了4種10 kV XLPE電纜中間接頭人工缺陷模型，對(duì)比振蕩波電壓和工頻電壓下的局部放電特性，研究表明同種缺陷的局部放電三維統(tǒng)計(jì)譜圖在振蕩波電壓與工頻電壓下基本一致，不同缺陷的局部放電三維統(tǒng)計(jì)譜圖區(qū)別明顯。趙學(xué)風(fēng)等[20]制作了接頭尖刺、主絕緣劃傷、終端應(yīng)力錐錯(cuò)位3種缺陷電纜接頭，用PD Base測(cè)量研究局部放電特征，分析放電次數(shù)相位分布譜圖、放電最大幅值相位分布譜圖和放電幅值分布譜圖3種統(tǒng)計(jì)特征。楊帆等[6]結(jié)合有限元軟件對(duì)電纜接頭絕緣材料內(nèi)部氣隙放電過(guò)程進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)隨著電纜接頭內(nèi)部氣隙增加，放電信號(hào)相位、放電脈沖次數(shù)以及放電幅值具有明顯區(qū)別，電纜接頭放電過(guò)程可劃分為初始階段、發(fā)展階段、預(yù)擊穿階段。夏睿等[8]制作了主絕緣刀痕、外半導(dǎo)電尖刺、半導(dǎo)電遺留物、主絕緣氣泡和導(dǎo)電通道5種缺陷電纜接頭，用HFCT研究局部放電PRPD、時(shí)頻譜圖，發(fā)現(xiàn)PRPD能識(shí)別半導(dǎo)電遺留物、導(dǎo)電通道2種接頭缺陷，其余3種接頭缺陷需要結(jié)合時(shí)頻譜圖進(jìn)行識(shí)別。目前，放電譜圖與缺陷類(lèi)型的關(guān)系仍是電纜制造、安裝缺陷局部放電檢測(cè)研究的重點(diǎn)[11]。

本文用10 kV電纜分別制作連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、主絕緣沿面軸切刀痕和環(huán)切刀痕4種典型安裝缺陷的接頭，進(jìn)行工頻局部放電試驗(yàn)，用HFCT采集局部放電信號(hào)，研究局部放電起始電壓(partial discharge inception voltage，PDIV)、單脈沖時(shí)域和頻域特性、平均放電量qave、放電重復(fù)率n、PRPD譜圖及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)、時(shí)頻譜圖，試驗(yàn)對(duì)比研究電纜接頭常見(jiàn)安裝缺陷的局部放電特征，為通過(guò)局部放電識(shí)別電纜接頭安裝和運(yùn)行早期的缺陷類(lèi)型提供技術(shù)依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 缺陷接頭

制作4種10 kV電纜缺陷接頭：連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、主絕緣沿面軸切刀痕和環(huán)切刀痕。電纜型號(hào)為ZRC-YJV22-8.7/15 kV-3×70 mm2，主絕緣厚4.5 mm，各接頭試樣長(zhǎng)2 m，接頭位于中間位置，試樣兩端安裝預(yù)制式終端，除設(shè)置特定缺陷外試樣無(wú)其他缺陷。10 kV電纜接頭如圖1(a)所示。

圖1 電纜接頭示意圖和缺陷接頭實(shí)物圖Fig.1 Cable joint diagram and physical drawing of defective joint samples

連接管尖端——在連接管末端設(shè)置直徑1 mm、長(zhǎng)度6 mm(以主絕緣平齊的平面為基準(zhǔn))的銅尖端，屏蔽管標(biāo)稱(chēng)厚度2.5 mm，尖端刺穿屏蔽管進(jìn)入接頭硅橡膠絕緣，如圖1(b)所示。

應(yīng)力錐錯(cuò)位——正常安裝電纜接頭時(shí)應(yīng)力錐與絕緣屏蔽層應(yīng)搭接25 mm，應(yīng)力錐錯(cuò)位缺陷接頭設(shè)置為55 mm，錯(cuò)位30 mm，如圖1(c)所示。

主絕緣沿面軸切刀痕——在距絕緣屏蔽層斷口5 mm處，用工具刀制作長(zhǎng)20 mm、寬1 mm、深1 mm的軸切刀痕，如圖1(d)所示。

主絕緣沿面環(huán)切刀痕——在距絕緣屏蔽層斷口5 mm處，用工具刀制作寬1 mm、深1 mm的環(huán)切刀痕，如圖1(e)所示。

1.2 局部放電試驗(yàn)

本文局部放電測(cè)試系統(tǒng)包括調(diào)壓器、變壓器、保護(hù)電阻、HFCT、局部放電測(cè)試儀，如圖2所示。變壓器型號(hào)為YDW-10/50，保護(hù)電阻15 kΩ。HFCT帶寬為2～60 MHz，局部放電測(cè)試儀為意大利產(chǎn)Techimp PD Base II。環(huán)境溫度為(293±5) K，背景噪聲低于5 pC。

圖2 10 kV電纜接頭缺陷局部放電測(cè)試系統(tǒng)接線圖Fig.2 Wiring diagram of partial discharge test system for defect of 10 kV cable joint

用校準(zhǔn)器校準(zhǔn)局部放電試驗(yàn)系統(tǒng)。分別將試樣接入系統(tǒng)，以0.2 kV/s速度升壓，試驗(yàn)中當(dāng)局部放電量大于10 pC(2倍背景噪聲)時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)生局部放電，此時(shí)電壓為PDIV。繼續(xù)以1 kV步長(zhǎng)逐級(jí)升壓至14 kV、15 kV和16 kV，其中15 kV為1.73U0(U0為額定工作電壓)，是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的局部放電試驗(yàn)電壓[21]。每級(jí)電壓耐壓2 min，利用統(tǒng)計(jì)參數(shù)研究缺陷電纜接頭局部放電。

1.3 局部放電參數(shù)

本文利用PDIV、單脈沖時(shí)域和頻域特性、平均放電量qave、放電重復(fù)率n、PRPD譜圖及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)(正、負(fù)半周平均放電量qave+、qave-，正、負(fù)半周放電相位區(qū)間及寬度，正、負(fù)半周偏斜度Sk+、Sk-)、時(shí)頻譜圖來(lái)研究各類(lèi)安裝缺陷電纜接頭的局部放電特征。

為表征放電量PRPD譜圖的形狀特征，統(tǒng)計(jì)譜圖正、負(fù)半周平均放電量qave+、qave-(僅考慮大于10 pC脈沖)，正、負(fù)半周相位區(qū)間及其寬度，正、負(fù)半周的偏斜度Sk+、Sk-。正、負(fù)半周相位區(qū)間是將大于10 pC脈沖的相位段作為局部放電相位區(qū)間，并計(jì)算其寬度φtotal+、φtotal-。偏斜度Sk描述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分布偏斜方向及程度：Sk>0，分布函數(shù)右偏態(tài)；Sk=0，分布函數(shù)均值完全對(duì)稱(chēng)；Sk<0，分布函數(shù)左偏態(tài)。Sk的計(jì)算公式為

(1)

式中：N為半周期內(nèi)的相位窗數(shù)；xi為第i個(gè)相位窗的相位；將PRPD譜圖輪廓看成概率密度分布圖，f(xi) 為相位窗xi內(nèi)的事件出現(xiàn)的概率；μ為相位均值；σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

時(shí)頻譜圖是將采集的脈沖信號(hào)在時(shí)域和頻域進(jìn)行變換，計(jì)算每個(gè)脈沖的等效時(shí)間T和等效頻寬F，將其投影到二維平面，保留局部放電脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)間和頻率信息[22-23]。設(shè)某脈沖信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為s(t)、頻域表達(dá)式為S(f)，脈沖時(shí)間長(zhǎng)度為L(zhǎng)，對(duì)s(t)歸一化得到si(t)[16]，即

(2)

歸一化后脈沖的時(shí)間重心

(3)

最后計(jì)算等效時(shí)間T和等效頻寬F分別為：

(4)

(5)

式中Si(f)為si(t)的傅里葉變換函數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 PDIV

連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、軸切刀痕和環(huán)切刀痕接頭的PDIV見(jiàn)表1。由表1可知，連接管尖端缺陷電纜接頭的PDIV最高。

表1 10 kV電纜接頭典型安裝缺陷PDIVTab.1 PDIV for typical installation defects of 10 kV cable joints

2.2 局部放電單脈沖特性

各缺陷電纜接頭單個(gè)局部放電脈沖時(shí)域波形和頻譜分別如圖3、4所示。

圖3 10 kV電纜接頭典型安裝缺陷的單個(gè)放電脈沖波形Fig.3 Single discharge pulse waveforms of typical installation defects of 10 kV cable joints

圖4 10 kV電纜接頭典型安裝缺陷的單個(gè)放電脈沖頻譜Fig.4 Single discharge pulse spectrum of typical installation defects of 10 kV cable joints

由圖3可知：連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位和軸切刀痕的放電脈沖時(shí)域波形波峰較少；環(huán)切刀痕的放電脈沖時(shí)域波形為多峰振蕩形式。

由圖4可知各種缺陷接頭頻譜存在大波峰的數(shù)目不同：連接管尖端、軸切刀痕1個(gè)波峰，在11 MHz；應(yīng)力錐錯(cuò)位2個(gè)大波峰，分別在8 MHz、11 MHz；環(huán)切刀痕3個(gè)大波峰，分別在8 MHz、17 MHz、45 MHz。同時(shí)，各種缺陷接頭頻譜均在32 MHz存在波谷。

觀察各缺陷接頭放電量頻譜圖，發(fā)現(xiàn)高頻段衰減嚴(yán)重，75 MHz以上占比小于1%，可忽略不計(jì)。為區(qū)分各缺陷頻譜中的波峰，分別提取0～15 MHz、15～32 MHz和32～75 MHz能量占比，如圖5所示。

圖5 10 kV電纜接頭典型安裝缺陷的局部放電頻譜能量占比Fig.5 Partial discharge pulse spectrum energy’s proportion of typical installation defects of 10 kV cable joints

由圖5可知，4種缺陷中環(huán)切刀痕缺陷在0～15 MHz能量占比最少，3個(gè)頻段各占約三分之一。分析可知，應(yīng)力錐錯(cuò)位和環(huán)切刀痕的電場(chǎng)分布為中心對(duì)稱(chēng)，為圓環(huán)多點(diǎn)放電，導(dǎo)致連續(xù)放電脈沖增多，在一定頻率范圍內(nèi)的能量譜增加，因此包含的頻率成分較豐富，且環(huán)切刀痕增加了高頻成分。軸切刀痕缺陷最大場(chǎng)強(qiáng)位于距離絕緣屏蔽層斷口最近處，連接管尖端缺陷最大場(chǎng)強(qiáng)位于尖端處，放電由最大場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)開(kāi)始，放電點(diǎn)少，放電頻譜單一[24]。

2.3 平均放電量和放電重復(fù)率

連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、軸切刀痕和環(huán)切刀痕缺陷接頭的平均放電量qave和放電重復(fù)率n隨外加電壓發(fā)展趨勢(shì)如圖6所示。

圖6 10 kV電纜接頭安裝缺陷的平均放電量和放電重復(fù)率Fig.6 Average discharge capacity and discharge repetition rates of typical installation defects of 10 kV cable joints

由圖6(a)可知，應(yīng)力錐錯(cuò)位、軸切刀痕缺陷的平均放電量qave隨電壓增大而遞增，環(huán)切刀痕則不變。這與靠近絕緣屏蔽層斷口的刀痕電場(chǎng)較強(qiáng)有關(guān)，刀痕場(chǎng)強(qiáng)沿電纜軸向遞減[25]，環(huán)切刀痕軸向距離短，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)相差不大，放電量與施加電壓相關(guān)性較弱。

由圖6(b)可知，除軸切刀痕外其余缺陷放電重復(fù)率n均隨電壓?jiǎn)握{(diào)遞增。

2.4 放電量PRPD譜圖

10 kV電纜接頭連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、軸切刀痕和環(huán)切刀痕等安裝缺陷在14 kV、15 kV和16 kV下放電量PRPD譜圖如圖7所示。

由圖7可知：

a)連接管尖端的正半周放電隨著電壓升高向“尖刺”形發(fā)展，且電壓峰值處偶發(fā)大幅值放電，負(fù)半周放電與正半周相比較均勻。

b)應(yīng)力錐錯(cuò)位的正半周放電譜圖呈“元寶”形，大幅值放電從電壓峰值向過(guò)零點(diǎn)擴(kuò)展；負(fù)半周譜圖呈不規(guī)則的“△”形，小幅值時(shí)放電逐漸稀疏、大幅值放電逐漸密集，相位區(qū)間變窄；正、負(fù)半周譜圖存在空穴特征。

c)軸切刀痕的正半周放電譜圖呈“豎長(zhǎng)條+橫長(zhǎng)條”的T形，該特征隨電壓升高不變；負(fù)半周相位分布較均勻。正、負(fù)半周均存在大、小幅值放電，中等幅值放電相對(duì)較少。

圖7 10 kV電纜接頭典型安裝缺陷在不同電壓下的PRPD譜圖Fig.7 PRPD spectrum of typical installation defects of 10 kV cable joints under different voltages

d)環(huán)切刀痕的譜圖正、負(fù)半周放電分別聚成一團(tuán)且正、負(fù)半周較為對(duì)稱(chēng)，隨電壓升高，正、負(fù)半周譜圖由“豎長(zhǎng)條”形逐漸展寬向“橫長(zhǎng)條”形發(fā)展。這可能是由于較高試驗(yàn)電壓(16 kV)下，正、負(fù)半周偶發(fā)大幅值放電。

2.4.1 正、負(fù)半周平均放電量qave+、qave-

10 kV電纜接頭連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、軸切刀痕和環(huán)切刀痕等安裝缺陷在14 kV、15 kV和16 kV下放電量PRPD譜圖的正、負(fù)半周平均放電量qave+、qave-如圖8所示。

圖8 10 kV電纜接頭典型安裝缺陷在不同電壓下的PRPD譜圖正、負(fù)半周平均放電量Fig.8 Positive and negative half cycle average discharge of PRPD spectrum of typical installation defects of 10 kV cable joints under different voltages

由圖8可知：

a)連接管尖端的qave+、qave-隨電壓升高先上升后下降，且qave-逐漸超過(guò)qave+。文獻(xiàn)[9]發(fā)現(xiàn)接頭高電位尖端放電類(lèi)似于空氣中的電暈型放電，在270°附近放電強(qiáng)度最大，試驗(yàn)中隨著電壓升高，負(fù)半周的放電幅值增大；本文文結(jié)果與該特征一致。

b)應(yīng)力錐錯(cuò)位的qave+遠(yuǎn)大于qave-，且qave+、qave-隨電壓升高明顯增大。文獻(xiàn)[9]發(fā)現(xiàn)接頭應(yīng)力錐錯(cuò)位缺陷隨電壓升高正、負(fù)半周放電量劇烈增大，正半周放電量明顯大于負(fù)半周；本文結(jié)果與該特征一致。

c)軸切刀痕的各電壓下qave+、qave-相當(dāng)，且qave+、qave-隨電壓升高均明顯增大。

d)環(huán)切刀痕的qave+、qave-相等且隨電壓升高幾乎無(wú)變化。

2.4.2 正、負(fù)半周放電相位區(qū)間及寬度

10 kV電纜接頭連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、軸切刀痕和環(huán)切刀痕等安裝缺陷在14 kV、15 kV和16 kV下放電量PRPD譜圖的正、負(fù)半周相位區(qū)間及φtotal+、φtotal-如圖9所示。

注：橫線上數(shù)字為φtotal+或φtotal-，橫線下數(shù)字為該值的分布區(qū)間。

由圖9可知：

a)連接管尖端負(fù)半周放電分布約在200°～300°，φtotal-約為100°，均不隨電壓變化；較高試驗(yàn)電壓下正半周放電向0°方向靠近。文獻(xiàn)[9]發(fā)現(xiàn)接頭高電位尖端放電脈沖集中在240°～300°，與本文相近，但負(fù)半周放電分布相位隨著電壓升高而增大，與本文不一致，其原因是文獻(xiàn)[9]的試驗(yàn)對(duì)象是110 kV電纜接頭，而本文試驗(yàn)對(duì)象是10 kV電纜接頭。且本文連接管尖端缺陷制作方法與文獻(xiàn)[9]不同：文獻(xiàn)[9]在連接管外部的導(dǎo)體線芯上用銅絲捆扎形成尖端，同時(shí)電纜導(dǎo)體附近的絕緣退至接頭內(nèi)高壓屏蔽之外；本文并未將絕緣退后，而是在連接管末端壓接銅絲尖端，使其刺穿屏蔽管進(jìn)入接頭硅橡膠絕緣，這與現(xiàn)場(chǎng)電纜接頭安裝時(shí)產(chǎn)生的連接管尖端更為類(lèi)似。

b)應(yīng)力錐錯(cuò)位的φtotal+與φtotal-相等，在各種缺陷中最大，均大于120°；負(fù)半周放電總是起始于180°,正半周放電隨電壓升高緩慢向180°靠近。文獻(xiàn)[9]發(fā)現(xiàn)接頭應(yīng)力錐錯(cuò)位缺陷正、負(fù)半周相位分布最廣，本文結(jié)果與該特征一致；相位區(qū)間相近，文獻(xiàn)[9]在20°～120°、190°～300°。

c)軸切刀痕的φtotal+比φtotal-約大10°，且隨電壓升高基本不變。文獻(xiàn)[8]發(fā)現(xiàn)主絕緣刀痕缺陷的局部放電相位區(qū)間為10°～100°、190°～280°，本文中軸切刀痕缺陷較文獻(xiàn)[8]放電相位分布更寬，原因是：文獻(xiàn)[8]中缺陷尺寸為長(zhǎng)80 mm、寬2.4 mm、深2.5 mm，本文缺陷刀痕更小，電場(chǎng)畸變更嚴(yán)重；文獻(xiàn)[8]試驗(yàn)電壓為PDIV，本文試驗(yàn)電壓15 kV，為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的局部放電試驗(yàn)電壓。文獻(xiàn)[20]發(fā)現(xiàn)氣隙劃痕起始放電在工頻電壓絕對(duì)值上升沿部分，與本文十分相似，但隨著電壓升高，放電相位變寬且逐漸向峰值移動(dòng)，而本文未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，原因是文獻(xiàn)[20]缺陷更接近連接管，而本文軸切刀痕在距絕緣屏蔽層斷口5 mm處，因此PDIV不同，且文獻(xiàn)[20]試驗(yàn)電壓分別是8.6 kV和10.5 kV，低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的局部放電試驗(yàn)電壓。

d)環(huán)切刀痕的φtotal+比φtotal-約小10°以上，且隨電壓升高φtotal+、φtotal-均增大。

2.4.3 正、負(fù)半周偏斜度Sk+、Sk-

10 kV電纜接頭連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、軸切刀痕和環(huán)切刀痕等安裝缺陷在14 kV、15 kV和16 kV下放電量PRPD譜圖的正、負(fù)半周偏斜度Sk+、Sk-如圖10所示。

圖10 10 kV電纜接頭典型安裝缺陷在不同電壓下的PRPD譜圖正、負(fù)半周偏斜度Fig.10 Positive and negative half cycle skewness of PRPD spectrum of typical installation defects of 10 kV cable joints under different voltages

由圖10可知：

a)連接管尖端在15 kV時(shí)的Sk+和Sk-均為負(fù)，絕對(duì)值分別大于和接近1，明顯不同于較低、較高試驗(yàn)電壓下的絕對(duì)值較小。

b)應(yīng)力錐錯(cuò)位在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的15 kV局部放電試驗(yàn)電壓下Sk+為正且值較大，明顯不同于較低和較高試驗(yàn)電壓下的Sk+為負(fù)。

c)軸切刀痕的Sk+和Sk-均小于0，且16 kV時(shí)絕對(duì)值明顯較大。

d)環(huán)切刀痕在14 kV和15 kV時(shí)的Sk+、Sk-略小于0，16 kV時(shí)的Sk+、Sk-分別為4.67和5.78，正、負(fù)半周譜圖右側(cè)拉長(zhǎng)，分布重心明顯右偏。

2.5 時(shí)頻譜圖

10 kV電纜接頭連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、軸切刀痕和環(huán)切刀痕等安裝缺陷在15 kV(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的局部放電試驗(yàn)電壓)下的時(shí)頻譜圖如圖11所示。

由圖11可知：

a)連接管尖端的時(shí)頻譜圖呈“橫長(zhǎng)條”形，等效頻寬和等效時(shí)間區(qū)間分別集中在12～13.5 MHz、56～100 ns，存在少量發(fā)散放電信號(hào)。

b)應(yīng)力錐錯(cuò)位的時(shí)頻譜圖呈“豎長(zhǎng)條”形，等效頻寬和等效時(shí)間區(qū)間分別集中在13～15.5 MHz、58～300 ns。

c)軸切刀痕的時(shí)頻譜圖呈“點(diǎn)+圓”形，等效頻寬和等效時(shí)間區(qū)間分別集中在12.6～14 MHz、46～100 ns，圓形的放電分散較大。

d)環(huán)切刀痕的時(shí)頻譜圖呈“準(zhǔn)圓”形，等效頻寬和等效時(shí)間區(qū)間分別集中在17.4～20 MHz、67～300 ns。

觀察4種缺陷各電壓下的時(shí)頻譜圖，發(fā)現(xiàn)放電等效時(shí)間隨電壓有輕微變化，但等效頻寬基本不變。隨著電壓升高，連接管尖端和環(huán)切刀痕譜圖特征較穩(wěn)定，應(yīng)力錐錯(cuò)位譜圖從長(zhǎng)條形逐漸壓縮向集中的一簇發(fā)展，軸切刀痕譜圖中分散的放電信號(hào)逐漸減少。

3 結(jié)論

本文分別制作10 kV XLPE電纜接頭的4種典型安裝缺陷——連接管尖端、應(yīng)力錐錯(cuò)位、主絕緣沿面軸切刀痕和環(huán)切刀痕，用HFCT進(jìn)行不同電壓下的局部放電試驗(yàn)，對(duì)比研究電纜接頭典型安裝缺陷的局部放電特征，得到以下結(jié)論：

a)連接管尖端的電纜接頭局部放電特征為：PDIV較高；平均放電量qave隨電壓增大先升后降；單脈沖頻譜有1個(gè)大波峰；PRPD譜圖中正半周放電隨著電壓升高向“尖刺”形發(fā)展；負(fù)半周放電分布約在200°～300°，φtotal-約為100°不隨電壓變化，較高電壓下正半周放電向0°方向靠近；標(biāo)準(zhǔn)局部放電試驗(yàn)電壓下的時(shí)頻譜圖呈“橫長(zhǎng)條”形。

b)應(yīng)力錐錯(cuò)位的電纜接頭局部放電特征為：平均放電量qave隨電壓增大逐漸增大；單脈沖頻譜有2個(gè)大波峰，PRPD譜圖中正半周呈“元寶”形，負(fù)半周譜圖呈不規(guī)則的“△”形，正、負(fù)半周譜圖均有空穴特征；在各電壓下qave+均大于qave-；φtotal+、φtotal-相等，在各種缺陷中最大，均大于120°；負(fù)半周放電總是起始于180°,正半周放電隨電壓升高緩慢向180°靠近；標(biāo)準(zhǔn)局部放電試驗(yàn)電壓下時(shí)頻譜圖呈“豎長(zhǎng)條”形。

c)軸切刀痕的電纜接頭局部放電特征為：?jiǎn)蚊}沖頻譜有1個(gè)大波峰；PRPD譜圖中正半周呈“豎長(zhǎng)條+橫長(zhǎng)條”的T形，且隨電壓升高不變；負(fù)半周相位分布較均勻，φtotal+比φtotal-約大10°；標(biāo)準(zhǔn)局部放電試驗(yàn)電壓下時(shí)頻譜圖呈“點(diǎn)+圓”形。

d)環(huán)切刀痕的電纜接頭局部放電特征為：?jiǎn)蚊}沖頻譜有3個(gè)大波峰，0～15 MHz、15～32 MHz和32～75 MHz頻段能量各約三分之一；平均放電量qave隨電壓增大不變；Sk+、Sk-在較高電壓(16 kV)下明顯不同于較低電壓；標(biāo)準(zhǔn)局部放電試驗(yàn)電壓下時(shí)頻譜圖呈“準(zhǔn)圓”形。