电缆故障预定位中局部放电测量技术的应用研究

肖勇

摘 要：电网运行期间，因各种因素的影响电缆可能出现故障，及时、准确的找到故障部位，是检修工作的前提。随着科学技术进步，局部放电测量技术在电缆故障预定位中的应用普遍。本文首先介绍了电缆故障预定位的发展现状，然后分析了局部放电测量技术的功能特点和类型，最后探讨了该技术在电缆故障预定位中的具体应用，以供参考。

关键词：电缆故障;预定位;局部放电;测量技术;优点;应用

中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）06-0176-02

0 引言

随着我国电网工程建设规模扩大，电缆故障时有发生。局部放电测量技术，是对电缆试品进行一次局部放电，此时试品两端会产生瞬时电压变化;经过耦合电容时，会耦合到检测阻抗，回路中产生脉冲电流;再经过检测阻抗时，会产生脉冲电压。对该脉冲电压进行采样、放大、显示处理，就能得到放电量等参数，作为电缆故障的定位依据。以下结合实践，探讨了局部放电测量技术在电缆故障预定位中的应用。

1 局部放电测量技术的功能特点和类型

1.1 功能特点

基于局部放电测量技术下研发的检测系统，性能符合IEC-270标准、GB7354标准的要求，功能特点如下：（1）测试工作由程序自动控制，不论是测量还是分析更加方便;（2）可对放电图形数据进行存储、打印，并能自动生成实验报告;（3）可选择不同显示方式，对局部放电脉冲进行测量、观察、分析;（4）利用二维、三维局部放电图谱，具有丰富的信息量;（5）采用数字开窗技术，能避免外界因素对测量过程的影响;（6）双通道测量技术、数字差分技术，可抑制干扰脉冲信号，平衡测量回路;（7）有利于构建测量数据库、定位数据库。

1.2 类型

第一，标准脉冲电流法。该方法是检测阻抗、变压器套管接地线、外壳接地线、铁心接地线、绕组中的脉冲电流，从而得到放电量，目前应用最广泛。该技术的应用，满足IEC-270标准规定中，关于交流条件下局部放电的测试，也适用于直流条件下的测试。其中，直测法应用期间，受到现场环境的影响，因干扰容易影响测试的灵敏度;平衡法则具有抑制共模干扰的性能，相比于直测法应用更有优势。

第二，分布局放检测法。是利用300-3000MHz的超高频电信号，对局部绝缘放电进行定位和检测，并且具有抗干扰功能。该检测方法的优点包括：①放电脉冲能量和频带宽成正比，只考虑元件热噪声对灵敏度的影响时，利用超频宽带进行检测，能提高灵敏度;②利用宽频，可以抑制电网线路产生的电磁干扰;利用窄频，可以和局部放电信号相区分。

2 標准脉冲电流法在电缆故障预定位中的应用

2.1 技术原理

在35kv及以下等级的电缆线路中，可以采用标准脉冲电流法查找故障位置，IEC270测量回路见下图1。其中Ca代表故障电缆，Ck代表耦合电容，CD代表检测阻抗，MI代表局放检测仪。

具体操作时，首先利用外施电源，对故障电缆加压，电压缓慢增加时，会激发高阻故障位置的局放;然后使用测量回路检测局放，利用耦合电容、检测阻抗，获得放电信号;最后采用行波法，查找局放故障点。高阻故障点产生局放后，信号会向电缆两端传输，根据反射路径的不同，检测设备会接收到3个脉冲信号。其中，故障点距离近端为L1，故障点距离远端为L2，电缆的总长度为L;脉冲信号传输到近端的时间，分别设置为t1、t2、t3，此时可以得到：

（式1）

（式2）

其中，V取值在168—172m/μs之间;、经测试后计算可以得到。如此，可知故障点和近端、远端之间的距离，从而实现故障定位的目标。

2.2 工程实例

以某10kv电力工程为例，电缆在投入运行前，检测发现V相对地绝缘电阻为28MΩ;投入运行后，3分钟出现跳闸，测试结果显示，此时绝缘电阻为5MΩ，而且泄露电流的数值较大。对此，采用冲击电压定位故障，将电压强度设置在16kv，多次尝试后故障点依然未击穿。对此，采用标准脉冲回路法，使用外源电压对故障电缆加压处理，当电压等级增加至3.5kv时，能检测到局放信号;继续加压到3.8kv，局放信号的相位图特征明显，放电量为200pC左右。

然后采用行波法，局放仪可以检测到相邻3个局放信号的脉冲图，其中1、2两个信号之间的时间差为715ns，2、3两个信号之间的时间差为1.12μs，信号传输速度为172m/μs。将以上数据带入式1、式2，可以得到故障点和近端、远端的距离分别为96.3m、61.5m。结合实际情况，最终在距离测量点96m的部位，发现了故障点。

3 分布局放检测法在电缆故障预定位中的应用

3.1 技术原理

在110kv及以上等级的电缆线路中，电缆容量较大，如果使用IEC270测量回路，其测量灵敏度较低，背景噪声会影响局放信号，不利于测量工作的开展。此外，高等级电缆的线路更长，如果故障点和局放检测点之间的距离远，放电信号在传输过程中，信号强度会明显减弱，到达检测点时，可能无法有效耦合信号，导致故障定位工作中断。因此，依然采用IEC270测量回路，不满足实际工作需求，无法完成故障的定位。

对此，可以尝试采用分布局放检测法，首先在电缆接头的接地线上，安装高频传感器，对局放信号进行耦合采集，并且及时传输至主机上，对信号数据进行分析处理。在电缆中，放电信号明显衰减，且高频信号的衰减强度更大，低频信号的衰减强度较小。比较局放信号的幅值变化，分析最高检测频带，即可对放电点进行定位，判断局放信号的传播方向。分布局放检测法的应用，采集装置具有同步性，因此时间误差较小，通过分析该时间差，即可实现定位目标。

假设电缆故障点为O，相邻两个接头分别为A、B，将OA之间的距离记为x1，将OB之间的距离记为x2，局放信号的传输速度为v，电缆总长度为L，可得到：

（式3）

（式4）

式中L、v均是已知量，经测量可以得到，从而计算出x1、x2的值。如此，可知故障点和近端、远端之间的距离，从而实现故障定位的目标。

此外还有一种特殊情况，如果故障点在相邻2个局放检测点的同一侧，那么信号到达2个装置的时间差t，计算方式如下：

（式5）

检测到故障放电信号的接头，对比采集装置接收到信号的时间差，如果时间差相同，则说故障点在放电幅值最大的接头上;如果时间差不同，说明故障点在时间差最小的相邻两组接头之间，具体位置通过式4、式5计算后可得到。

3.2 工程实例

以某110kv电力工程为例，U相耐压试验时，出现闪络性故障。采用分布局放检测法，对故障进行定位，其中电缆长度为5km，有中间接头9组，终端接头2组。故障定位期间，在3#、4#、5#、6#、7#5个接头上，均检测到局放信号。其中，5个接头的最高检测频带、局放信号幅值分别是：3#接头为3MHz、4.6pC;4#接头为6MHz、187.8pC;5#接头为10MHz、650.1pC;6#接头为4MHz、73.7pC;7#接头为2MHz、2.2pC。分析可知，5#接头的检测频带最高，局放信號幅值最大，因此初步判断故障点和5#接头的距离最近。

然后利用传感器，获得相邻电缆接头的放线信号，并计算时间差，结果显示：3#与4#接头的时间差为2.91μs;4#与5#接头的时间差为2.56μs;5#与6#接头的时间差为2.91μs;6#与7#接头的时间差为2.90μs。分析可知，4#与5#接头的时间差最小，可判断故障点是在4#接头与5#接头之间。选取该区段的电缆，对放电脉冲进行研究，可得脉冲信号时间差为2.56μs，放电信号的传输速度为172m/μs，该段电缆长度为500m。将以上数据带入式3、式4，可得故障点距离4#接头、5#接头分别为470.1m、 29.8m。结合实际情况，最终在距离4#接头470m的部位，发现了故障点。

4 结语

随着我国电网工程规模扩大，电缆线路在长时间运行后，发生故障的概率明显提高。文中首先总结了传统故障定位法的缺点，指出局部放电测量技术的功能特点，从标准脉冲电流法、分布局放检测法两个方面，介绍了在电缆故障预定位中的应用，并结合工程案例进行分析。希望为类似工程提供经验借鉴，提高故障检修效率，保证电力供应的可靠性。

参考文献

[1] 顾朝敏，贾伯岩，潘瑾，等.局部放电测量技术在电缆故障预定位中的应用[J].河北电力技术，2017，36（4）：35-38.

[2] 赵昌鹏，庞丹，宋金泊，等.基于双端检测技术的高压电缆绝缘故障定位方法[J].科学技术创新，2017（26）：54-55.