交联聚乙烯电缆局放系统的应用研究

2013-02-18刘志炜

电线电缆 2013年3期

刘志炜

(北京市电力公司检修分公司，北京100027)

0 引言

随着我国电力工业的发展，交联聚乙烯绝缘电力电缆(以下简称XLPE电缆)以其优越的电气性能和机械物理性能得到了突飞猛进的发展。为确保输电网络的安全，XLPE电缆的检测技术受到了国内外众多专家的重视，XLPE电缆局部放电测试就是其中的研究热点之一。

测量局部放电的方法很多，例如差分法、方向耦合法、电磁耦合法、超高频电感耦合法等，经对比研究和综合分析，许多学者认为差分法和电磁耦合法的试验重复性较好。由于宽频带电磁耦合法具有小巧灵活、操作安全、抗干扰能力强、能更加真实地反映脉冲波形等优点，正在被广泛地研究和应用。本文结合工作实例，介绍了一种基于电磁耦合法原理进行电缆局部放电的测试技术。

1 电磁耦合法原理

电磁耦合法是将XLPE电缆接地线中的局部放电电流信号通过电磁耦合线圈与测量回路相连，不需要在高压端通过耦合电容器来取得局部放电信号，因此适用于电缆敷设后的交接验收试验和运行中的在线监测。此外，电磁耦合法是通过电磁耦合来测量局部放电电流，由于在高压电缆和测量回路间没有直接的电气连接，从而能很好地抑制噪声［1-2］。

基于电磁耦合法原理的XLPE电缆局部放电的检测装置有很多，这些装置使用的传感器材料、传感器结构、检测位置、抗干扰措施等各有不同。电磁耦合法通常采用宽频带罗戈夫斯基线圈型电流传感器，而主要测量位置为电缆终端金属屏蔽层接地引线处。此外测量位置还可为中间接头金属屏蔽连接线、电缆本体上或三芯电缆的单相电缆上等位置。图1为几种可能的测量位置。

图1 局放传感器几种可能安放的位置

2 局放测试系统介绍及测试原理

意大利TechImp公司局放在线检测系统(PDCheck系统)采用电磁耦合法，从接地线和交叉互联线提取信号，通过滤波、信号频谱－时长分域、频谱分析等手段将放电脉冲信号从外界噪声干扰信号中分离出来，再对放电类型进行识别，适合现场使用。

系统主要包括信号采集单元、高频CT、同步线圈和专家诊断系统(软件)四个部分，如图2～图4所示。

图2 信号采集单元(主机)

图3 高频CT

图4 同步线圈

该系统在进行局放检测时，高频CT对放电脉冲信号进行高速(100 MS/s)宽带采样获取信号完整的时域波形。同步线圈从电缆本体上采集参考相位信号。放电脉冲信号与低频同步信号都通过同轴电缆传入信号采集单元内，该单元主要有高频检测通道、同步输入以及通讯接口。高频检测通道共有三个，可同时接收三相接地线或交叉互联线上采集的信号，采样频率为100 MHz，带宽为16 kHz～30 MHz;同步输入端口接收同步线圈从电缆本体上采集来的参考相位信号;通讯接口通过光纤、光电转换器与电脑的RS232串口通讯，将主机进行过初步处理的数据传送至电脑中。专家诊断系统建立在一个庞大的特征数据库基础上，可针对不同放电及噪声的差异提取多种特征，将不同类型的放电分离开来，再将其放电特征与数据库中的放电“指纹”比较，运用模糊逻辑的方法，判断被测放电类型与已知放电类型的相似性，从而实现对每一类放电进行甄别，进而诊断电缆设备绝缘状态［3-4］。

3 现场应用实例及局放分析

2012年1月12 日，变电公司在例行局放检测过程中，发现王府井变电站内110 kV井新一路电缆终端附近有局放异常信号。次日，生技部组织电科院、电缆公司、变电公司联合对井新一路电缆仓及电缆GIS终端进行检测［5］。

TechImp局放检测传感器与相位线圈分别卡放在A、B、C三相电缆GIS终端的接地线上，在三相的地线处均检测到局放信号，且A相GIS终端局放信号幅值最大约230 mV，检测结果如下:

(1)A相GIS终端

现场测得A相GIS终端局放谱图如图5所示，局放信号特征谱图呈“眼眉”状，局放信号最高幅值约230 mV，最高幅值对应的相位为270°;放电单脉冲核心频率在7 MHz，如图6。

图5 A相脉冲相位分布谱图

(2)B相GIS终端

现场测得B相GIS终端局放谱图如图7所示，局放信号特征谱图呈“眼眉”状，局放信号最高幅值约94 mV，最高幅值对应的相位为150°;放电单脉冲核心频率在7 MHz，如图8。

(3)C相GIS终端

现场测得C相GIS终端局放谱图如图9所示，局放信号谱图特征呈“眼眉”状，局放信号最高幅值约65 mV，最高幅值对应的相位为30°;放电单脉冲核心频率在7 MHz，如图10。

通过对TechImp的检测结果进行分析，总结如下:

(1)TechImp的检测结果均表明110 kV井新一路A相GIS终端局放信号最大。TechImp仪器显示局放最高幅值分别为A相230 mV、B相90 mV、C相65 mV。

图6 A相局部放电单脉冲信息

图7 B相脉冲相位分布谱图

(2)对TechImp的特征谱图进行分析，发现A、B、C三相电缆GIS终端的放电谱图特征相似，均出现“眼眉状”放电谱图;通过对三相GIS终端的放电谱图相位进行调整与比较分析，可知三相GIS终端的相差120°，因此判断TechImp仪器在三相电缆GIS终端处检测的局放信号为同一个放电源产生。

通过后续的局放定位最终确定局放信号产生于A相电缆GIS终端，更换后局放信号消失。随后将更换下来的井新一路A相电缆GIS终端(带有7 m长电缆)进行实验室局放试验。当电压升至40 kV时，发现同样出现了“眼眉状”放电谱图，检测结果与王府井站内一致，放电信号最大幅值为4.1 V。将电缆GIS终端的环氧套管拆除并进行检查，检查内容包括:放电痕迹、套管内表面、应力锥外表面、地线连接和焊接情况、接线柱、螺丝螺杆、安装尺寸等。经过检查未发现放电痕迹，地线接触良好、螺丝紧固、安装工艺未见明显异常。更换相同厂家、相同型号的环氧套管后，放电信号消失。