高频电流局放和X光检测在高压电缆带电检测中的应用

段玉兵，胡晓黎，张皓，雍军，孙晓斌

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003；2.国网山东省电力公司，济南250001）

高频电流局放和X光检测在高压电缆带电检测中的应用

段玉兵1，胡晓黎1，张皓1，雍军2，孙晓斌2

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003；2.国网山东省电力公司，济南250001）

随着交联聚乙烯（Cross-linked Polyethylene，XLPE）高压电缆在城市地下电网中广泛投运，其安全运行对于电网稳定越来越重要，找到切实可行的方法来监测现场运行电缆的绝缘势在必行。高频电流法是一种非侵入式的检测方法，安全可靠，针对某110 kV高压电缆接头绝缘击穿事故，对同结构电缆头进行局部放电，发现疑似局放信号并确定了其局放源，验证了此方法的实用性；X光检测是一种可实时成像的新型检测技术，通过一起电缆主绝缘击穿事故的X光检测，表明了利用X射线数字成像技术，可实现电缆内部结构的可视化诊断，快速准确的评估电缆缺陷程度。电缆高温运行实例将两方法综合应用，进一步验证了其有效性，为XLPE高压电缆局放带电检测提供理论支持。

XLPE高压电缆；局放带电检测；高频电流检测；X光检测

0 引言

近年来，由于我国经济持续高速发展，造成电力供应十分紧张，引发了新一轮电力投资建设高潮。随着电网规模迅速扩大和电压等级的不断提高，电力运营的安全性问题日益突出。特别是交联聚乙烯（Cross-linked Polyethylene，XLPE）高压电缆在城市地下电网中广泛使用，产生了新的安全议题［1-5］。

基于全国主要城市电力电缆抢修记录、事故现场照片和故障电缆封样等材料分析，导致电力电缆运行故障的原因可划分为外力破坏、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4种类型，所占比重分别为58%、27%、12%和3%。其中电缆附件（电缆终端和中间接头）因均为现场人工制作安装，结构复杂，电场畸变严重，导致绝缘品质往往低于工厂制作的电缆本体，电缆附件的故障往往占到电缆运行故障的一半以上［1-2］。

由此可见，XLPE电力电缆线路的运行，特别是电缆附件运行的安全可靠性应受到足够的重视。必须采取必要和恰当的手段来预防事故的发生以及监测电力电缆线路的运行状况。

通过对XLPE高压电缆T接头绝缘击穿、主绝缘击穿及高温运行3起缺陷诊断实例展开分析，检测结果表明了高频电流局放检测法与X光检测法在XLPE电缆局放带电检测方面的实际应用价值。

1 电缆高频电流局放检测分析

1.1 高频电流法局放理论分析

局部放电是一种在电场作用下于绝缘内部局部区域发生的部分桥接的电气放电现象。XLPE电缆内部发生局部放电时会激发出高频电流脉冲，高频电流由局放源沿电缆高压导体和金属屏蔽层向两端传播，将具有Rogowski线圈结构的高频电流传感器安装于电缆本体或电缆附件的接地线上，用以检测耦合局部放电时产生的高频电流信号［3］，原理如图1所示。

可见，高频电流法是一种非侵入式的检测方法，安全可靠，其检测带宽通常为100 kHz～100 MHz，根据现场情况对检测频段进行适当的选取可以有效地避免外部信号干扰，获得较高的检测灵敏度。现场应用表明，该方法是XLPE电缆局部放电检测的有效手段之一。

图1 高频电流法检测原理

1.2110 kV局放检测案例

某甲乙线110 kV高压电缆线路于2014年2月投运，两条电缆线路具有2组T接头，其中，投运后第二天凌晨甲线A相故障跳闸，故障原因为9号电缆T接头绝缘击穿，故障后T接头如图2所示。

为防止电缆再次发生故障，利用PDCheck局放仪对相同结构的乙线电缆9号电缆T接头及相邻接头进行带电局放检测。图3为局放情况最严重的9号T接头至前湾的三相测试图形。

图2 电缆中间接头故障

图3 9号T接头至前湾三相测试图形

通过对图3分析知：①9号电缆T接头A相至前湾侧采集的信号分布在二、四象限，局放信号的幅值为200 mV左右，频率为6 MHz左右，具备局放信号的特征图谱；至其他变电站的A相的幅值在100 mV左右；②9号电缆T接头其他相的放电相位都与A相相反，且幅值要小得多，判断为A相耦合的信号；③其他相邻接头局放信号的幅值比9号接头小得多，因此9号电缆T接头A相至前湾侧为放电源，建议尽快对此T接头进行更换处理。

对乙线9号电缆T接头停电更换，在被更换的T接头与应力锥接触的金属环和环氧套管之间发现疑似放电痕迹，初步判断为应力锥前金属环与环氧

套管未完全贴合，接头安装时存在缺陷。此缺陷导致层间存在气隙，气隙处发生了层间放电。图4所示为被更换的T接头及缺陷。

图4 解体实拍

对乙线9号电缆T接头更换完毕并通过耐压试验后，利用PDcheck对送电后的9号电缆T接头进行局放复测，复测波形如图5所示。通过测试数据可知，测得的信号均匀分布在各个象限，为外界传来的干扰信号，未检测到明细局部放电信号，电缆接头更换后，局部放电信号消失。

图5 更换T接头后复测图谱

因此，针对甲乙线的运行现状，为提高线路运行可靠性，建议加强对甲乙线的T接头的局放检测，每3个月进行1次局放跟踪复测。

2 电缆X光检测

2.1 X光检测法理论分析

X光检测法基于X射线成像技术，该技术为近年发展起来的一种新型射线无损检测技术，与传统的胶片式检测技术相比具有辐射小、灵敏度高、便携性好和数据易存储等优点［4］。

检测时，X射线透过高压电缆后经射线探测器将检测信号转换为数字信号，数字信号被计算机接收，形成数字图像，按照一定格式存储在计算机内。电缆是一种多层的环状结构，相对较为规则，各层材料不同。理论上看，射线径向通过电缆时，由于各层对射线的衰减能力以及透照厚度均存在差异，造成其在底片上性能灰度不一的影像。通过观察检测图像，并根据工作经验和有关标准进行缺陷评定，即可实现高压电缆绝缘诊断［5］。图6为110 kV电缆的X射线假想检测图。

图6 110 kV电缆X射线假想检测

2.2 检测案例

2013年12月，某用户220 kV电缆交接试验耐压试验不通过，经过故障排查，为主绝缘击穿。为进一步分析故障，在220 kV电缆主绝缘击穿故障点确定后，相关技术人员在电缆隧道中利用带电检测仪器GIS可视化系统（GIS-Visualize200）对电缆主绝缘击穿点附近电缆进行X光拍照，发现220 kV电缆绝缘屏蔽层与主绝缘之间存在缝隙。

图7所示为正常电缆的X光图，本次检测发现的一处电缆缺陷透视影像如图8所示，电缆绝缘屏蔽层与主绝缘之间存在缝隙。

本次检测利用X射线成像检测技术，实现了电缆内部结构的可视化诊断，可带电对故障进行检测。

图7 正常电缆X光透视

图8 缺陷电缆X光透视

GIS可视化系统一般用于GIS的故障带电检测，本次检测为首次利用本单位的X光设备对220 kV电缆从不同位置、不同方位进行检测，检测结果表明，利用X射线数字成像技术能够检测电缆的绝缘缺陷。

由于X光检测经验较少，还没有形成X光数字成像技术对电缆检测的各种故障图谱，因此还需进一步结合实际生产，利用此设备进行电缆带电检测，以积累经验，提高检测的准确性及效率。

3 电缆受热后高频电流检测与X光检测

3.1 电缆基本情况

某220 kV甲乙线靠近热力管道发生泄漏，运行人员发现地表温度异常时，电缆已经在高温的影响下运行了5天，为判断热力管道蒸汽泄漏是否对电缆造成影响，利用对电缆进行高频电流局放和X光检测。

对电缆路径上地表温度最高处进行开挖检查，未发现电缆外护套有明显变形及损伤，电缆外观如图9所示。

图9 电缆外观

3.2 X光检测结果

使用GIS可视化系统（GIS-Visualize200）对开挖位置的电缆进行X光透视检测。检测未发现电缆内部线芯、绝缘、波纹铝护套等有明显变形、损伤，如图10所示。

图10 电缆X光照片

3.3 局放带电检测结果

利用PDCheck局放仪对电缆终端头进行局放带电检测，两条线路对应的三相检测图谱分别如图11和12所示。

图11 甲线电缆终端头检测图谱

由图11知，对甲线电缆终端头三相采集到的信号都均匀分布在所有象限，为外界传来的噪声干扰，

未见明显局放信号。

由图12知，对乙线电缆终端头三相采集到的信号都均匀分布在所有象限，为外界传来的噪声干扰，未见明显局放信号。

图12 乙线电缆终端头检测图谱

因此，通过对220 kV甲、乙线电缆进行外观检查、X光拍照及在终端头位置进行的电缆局放带电检测，未发现处于高温运行条件下的电缆有明显异常。

4 结语

利用高频电流检测法对110 kV电缆线路T接头的多次局放进行带电检测，确认了乙线9号电缆T接头存在较大的局放信号，对9号电缆T接头更换后的解剖结果及送电后的局放复测结果验证了这一点，由此证明了该方法作为XLPE电缆局部放电检测手段之一的有效性，具有较大的推广应用价值。

通过利用X射线数字成像技术对220 kV电缆从不同位置、不同方位进行检测，诊断出了电缆缺陷类型，实现了电缆内部结构的可视化诊断，快速准确的评估电缆缺陷程度。但由于检测试验经验较少，目前尚未形成X光数字成像技术对电缆检测的各种故障图谱，因此还需进一步结合实际生产，利用高频电流局放和X光进行联合检测，积累经验，提高检测的准确性及效率。

［1］苏文群，张丽，钱勇，等.XLPE电缆局放检测技术及其应用［J］.华东电力，2011，39（4）：654-657.

［2］程序，陶诗洋，王文山.一起110 kV电缆终端局放带电检测及解体分析实例［J］.中国电力工程学报，2013，33（S1）：226-230.

［3］郭灿新，张丽，钱勇，等.XLPE电力电缆中局部放电检测及定位技术的研究现状［J］.高压电器，2009，45（3）：56-60.

［4］李成钢，陈大兵，张建国.X射线数字成像技术在电力电缆现场检测中的应用［J］.实践经验，2015，37（2）：74-77.

［5］文乐斌，李鸿泽，周立.电力电缆X射线无损检测工艺技术研究［J］.华东电力，2013，41（12）：2 518-2 521.

High-frequency Current Detection on Partial Discharge and X-ray Detection On-line Detection of XLPE High-voltage Cable

DUAN Yubing1，HU Xiaoli1，ZHANG Hao1，YONG Jun2，SUN Xiaobin2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

Applications of cross-linked polyethylene（XLPE）high-voltage cables in urban underground power grid are increasingly widespread.It is imperative to find out practical and feasible ways to monitor the insulation of onsite operation cables.High-frequency（HF）current detection is a non-invasive test method.Aiming to a case of insulation puncture happened in a T junction，cable joints are inspected by using partial discharge（PD）monitoring system and the PD source is determined，through which the practicability of HF current detection is verified.X-ray detection is a new detection technology with real-time imaging，through the analysis of X-ray inspection example，insulation defects can be detected and visually analyzed by using X-ray digital imaging technology，and main insulation damages can be assessed quickly and accurately.HF current detection and X-ray detection are applied synthetically in the example that cables operated under the condition of high temperature，which further proved the effectiveness of these two methods and offered theoretical support for PD online detection of XLPE high-voltage cables.

XLPE high-voltage cables；PD online detection；HF current detection；X-ray detection

TM83

A

1007－9904（2016）09－0010－05

2016-03-30

段玉兵（1980），男，工程师，从事电缆线路运维及技术监督工作。