一起220kV电缆终端局放带电检测分析实例

魏彬 孙彤

摘要：通过对变压器、电缆终端等电气设备进行带电检测工作，能够及时有效地发现设备由于内部缺陷导致的局部放电现象，避免其发展为重大故障。针对天津地区某220kV变电站带电检测发现的电缆终端存在局部放电的现象，分析了高频、超高频局放檢测和超声波定位结果，并对可疑部位的SF6气体分解产物进行气相色谱分析，推测为断路器内部缺陷。最终对断路器解体检查，发现断路器内部多处存在放电痕迹，表明利用高频检测法检测电缆局部放电可行、有效。

关键词：局部放电，带电检测，高频检测

引言

随着近些年城市电网建设不断深入，输配电电缆在城市电网规划中的地位愈加突出，电力电缆运行是否稳定直接影响城市电网能否安全运行。

带电检测技术利用红外线、紫外线、超声波、高频和超高频等传感探测技术，对设备的温度、声信号、电磁波信号等信息进行检测，通过分析对比采集数据特征来判断设备运行状态，从而在不影响设备正常运行的状态下诊断设备状态并对设备缺陷进行定位，实现状态评价和状态检修的目的。

通过对国内主要城市电力电缆抢修记录的统计分析可以发现，导致电力电缆运行故障的原因可主要有：外力破坏、电缆附件制造质量、电缆敷设安装质量和电缆本体制造质量四种[ ] 。

随着电缆制造技术的不断发展普及，目前国内外电缆生产厂商都能够很好地控制电缆产品质量，因此，在没有外力破坏的情况下，电缆本体发生故障的概率很低。相比之下，电缆终端和中间接头由于其结构复杂且对安装工艺要求较高，在现场安装过程中受安装工人工艺水平和周围环境条件等因素影响，其绝缘品质往往低于电缆本体，在日后的长期运行中发生的问题远远多于电缆本体。

研究发现，电缆的绝缘水平与其局部放电量密切相关，局部放电量的变化可以在一定程度上预示电缆绝缘水平的劣化。因此，准确测量电缆局部放电量是检测电缆绝缘水平最为直观有效的方法。IEEE、IEC和CIGRE等国际电力权威机构组织都把局部放电检测作为交联聚乙烯电缆绝缘状况评价的首选方法[ ] 。应用高频局部放电检测技术，可以在减少停电次数和停电时间的前提下有效地发现设备缺陷，这对及时消除隐患以保证电力系统稳定运行具有非常重要的意义。

电力电缆局放的常用检测方法主要有声发射法和电磁耦合法等[ ] 。当电缆内发生局部放电时会伴有声波发射，利用超声波传感器，可以探测到电缆本体及附件中的局放现象。超声波检测法避免了与高压电缆的直接电气连接，不受电磁干扰的影响。电磁耦合法即脉冲电流法，通过检测因局部放电引起的脉冲电流来获得放电量。由于IEC 60270标准对脉冲电流法有统一的准则和规范，因此电力电缆离线局放检测广泛使用该方法。脉冲电流法采用电容型带状传感器、高频电流传感器（HFCT）和超高频（UHF）传感器等手段收集局放信号。

本文针对天津地区某220kV变电站电缆终端进行高频局放检测的过程中发现的疑似放电信号，进行复测并对复测结果分析研究，判断该电缆终端存在放电；然后利用超高频法和超声波法对局放点进行定位，经SF6气体分解物气相色谱分析，判定220kV组合电器2220间隔B相断路器内部放电；最后对其解体开仓检查，在灭弧室及相关绝缘构件表面发现放电痕迹，最终证实判断的正确性。

1 发现缺陷

2014年4月14日，对天津地区某220kV变电站组合电器2220间隔电缆终端进行例行局放试验，测试线路型号为YJLW03-Z-127/220kV-1*2000mm2，出厂日期2011年4月19日，电压等级220kV，使用检测仪器为TECHIMP PDcheck，检测结果图谱显示：该电缆终端A、C相相位图谱分布均匀，无明显放电特征，B相放电信号特征明显，放电幅值约为200mV，初步判断为内部放电。

2 带电检测结果分析

2014年5月25日对该处电缆终端进行复测，A相幅值约为300mV，B相为570mV，C相为502mV。与4月14日检测结果相比，放电幅值明显增大。按照国家电网公司《电力设备带点检测技术规范（试行）》中关于高频局放检测的要求，放电幅值达到500mV，属于缺陷范畴。

复测结果中在0°和180°位置放电特征点分布较多，且随电压升高没有明显增长趋势，与典型电缆终端放电图谱不符，经分析怀疑检测到放电高频电磁信号与该电缆所连接的组合电器有关，随即对2220间隔组合电器进行超声与超高频带电检测。

超高频局放检测：该组合电器由于绝缘盆处缠绕有屏蔽钢带，故超高频信号无法从绝缘盆外壁传出，只能在电缆终端环氧套管根部进行超高频局部放电检测。经测试，超高频检测结果显示，未检测到明显局部放电信号。

超声局放检测：对2220间隔组合电器三相所有气室进行超声波局部放电检测，检测顺序依次为电缆出线气室、-2刀闸、CT、断路器气室。当测量到B相断路器气室时，连续测量模式下有效值、峰值明显高于其他气室10倍以上，100Hz相关性明显，相位测量模式下呈现与相位相关放电图谱。

5月21日下午，对2220间隔三相断路器进行 SF6气体分解产物气相色谱分析，从 SF6气体分解产物色谱分析结果得出，B相CF4分解产物为786.62μl/L，明显高于标准要求，且与 A、C相检测结果相比，B相CF4 含量明显偏高，根据检测结果可以确定B相分解产物存在异常。由于测试未检出 H2S、SO2、HF 等电弧放电的特征组分，由此可以推断不存在电弧放电现象，或者由于放电量较小致使电弧放电特征组分被气室内吸附剂吸附或已与气室内水分、金属材料反应。而放电伴随的高温使气室内固体绝缘材料与 SF6相作用产生 CF4气体（固体绝缘材料与 SF6在 500℃高温条件下产生 CF4气体），由于吸附剂对非极性分子（CF4）吸附作用不明显，致使气室内CF4气体含量积累以至于呈现出检测结果中含量明显高于新气以及 A、C相气室CF4含量水平。通过SF6分解产物检测结果表明：B 相气室可能存在局部放电故障，同时故障可能涉及固体绝缘材料。从电缆终端处检测到的高频信号怀疑为从断路器气室局部放电产生高频电磁信号传递结果。结合高频与超声波带电检测以及SF6 气体分解产物色谱分析结果，可以初步判定2220间隔B相断路器内部存在局部放电。

3 解体检查

5月25日下午13时，对该变电站220kV组合电器2220间隔B相断路器进行解体开仓检查。解体检查发现：

（1） 灭弧室内壁存在白色粉末，壳体内表面靠近动触头绝缘支撑件位置有电弧灼烧痕迹。

（2） 动触头外罩与壳体之间的绝缘支撑件表面脏污严重，存在肉眼可见斑纹，绝缘支撑件靠近地电位侧有明显碳化痕迹。

（3） 绝缘支撑件侧法兰下部，发现黑灰色粉末颗粒，并且在该相断路器防爆膜处发现同样黑灰色粉末颗粒。

4 分析原因及结论

该变电站220kV组合电器2220间隔B相断路器灭弧室清理不到位，致使内部残留的异物产生悬浮电位放电，分解为黑灰色粉末颗粒，该粉末颗粒在电场力和重力作用下在灭弧室内发自由运动，动触头屏蔽罩处的灼烧斑纹与壳体内壁烧伤痕迹即为自由颗粒放电所致。

本次带电检测利用高频、超声局放检测将局放点定位在2220间隔B相断路器，经过解体发现放电痕迹，证实测试结果真实有效。

高频局放检测技术弥补了常规检修模式的不足，可以有效地减少突发性停电事故的发生，减少停电次数和停电时间，降低抢修人力物力费用，对提高电网供电可靠性具有重要意义。