电缆振荡波局部放电测试系统检测技术的应用分析

2020-04-27尹志贵陈怀唐强申巧

湖南电力 2020年2期

尹志贵，陈怀，唐强，申巧

(国网湖南省电力有限公司怀化供电分公司，湖南怀化418000)

随着电缆线路日益增多，有效检测电缆设备的健康状况，并在出现问题后准确定位隐患故障点，成为电缆运维的一大难题。为保证用电系统的可靠性和安全性，在对电缆进行检测的过程中，通过电缆振动波局部放电测试系统 (OWTS)检测技术的应用，既可在电缆设备投入前进行交接试验检测，严把入网关[1]，在日常例行试验中发现电缆局部放电问题，从根本上避免电缆故障的发生。此外，还可将其应用于高阻故障的查找，准确定位电缆故障点。

1 OWTS基本情况

1.1 电缆局部放电原因及危害

电力电缆发生局部放电的微观表现是内部区域有 “非贯穿性”放电[2]。“非贯穿性”放电产生的机理是电缆内部绝缘存在场强不均匀现象，导致电场不均的根本原因是电缆的某些区域绝缘度存在一定程度的下降，例如存在气隙、杂质、毛刺等缺陷[3-4]。电缆绝缘会随局部放电的发展逐渐降低，并在 “非贯穿性”放电发展为 “贯穿性”后发生击穿，其破坏机理表现为:局部放电电离产生的电子、离子可冲击电缆的绝缘高分子材料 (一般为交联聚乙烯)化学键，发生裂化；当局部放电严重时伴随温升效应，如达到绝缘材料热裂临界点将导致绝缘性能降低；电缆受潮时，局部放电与水分共同作用下将加速电缆的老化，进而产生水树，逐渐积累将发展成电树枝[5-6]。为掌握电缆局部放电情况，及时发现和抑制局部放电发展程度，引入OWTS局部放电测试系统。

1.2 OWTS基本原理

OWTS测试原理如图1所示。将系统与被测电缆的一端连接后 (另一端悬空，屏蔽层接地)，由于此时高压开关处于断开位置，直流电源对被测电缆进行充电，当所加电压达到预设电压时，快速闭合IGBT半自动连接开关，被测电缆与系统电感形成LC阻尼振荡回路，产生近似工频的振荡波电压，并以此振荡波电压信号激发出电缆缺陷处的局部放电[7]。测量回路分为两部分，一部分是阻容分压器，用来测量振荡波电压信号；另一部分是局部放电耦合单元，局部放电信号通过耦合单元、滤波器放大传输至计算机进行分析和计算[8]。

图1 OWTS测试原理

图2 为OWTS系统的测试定位原理图。设t0时刻，距离电缆测试端x处发生局部放电，将产生两个脉冲波沿电缆反向传播，t1时刻第一个脉冲波到达测试仪，第二个脉冲经对端反射后在t2时刻到达测试仪，如下公式所示:

式中，l为电缆长度，v为波速度。

图2 OWTS的测试定位原理

OWTS技术一般在35 kV及以下交联聚乙烯电缆中使用[9]，其结果与工频交流电压下的局部放电测试高度等效。与工频交流电压局部放电测试相比，OWTS技术加压和测试装置一体化，具有系统容量小、接线及测试操作简单、仪器质量轻、移动搬动方便等优势。由于加压时间极短，因而检测不具破坏性[10]，得到了广泛应用。

2 案例分析

OWTS检测要求停电作业，将OWTS局部放电检测装置分别应用于10 kV电力电缆的局部放电隐患点定位和高阻故障定位，以验证OWTS检测手段的有效性。表1是振荡波局部放电规程中给出的相关标准，电缆状态的判断需根据试验脉冲波形、局部放电量和位置三个因素综合判断。其中脉冲波形用于形成有效局部放电点的判断。有效局部放电点的正确判断可排除干扰点对结果的影响，主要表现为:反射波与入射波相似，且与入射波相比幅值和频率变小，即幅值下降，波形变宽，典型入射波与反射波波形见图3所示。

表1 典型交联聚乙烯 (XLPE)和油纸绝缘(PILC)电缆参考临界局部放电量

图3 典型入射波与反射波波形

2.1 电缆局部放电检测

通过OWTS检测仪对市区某10 kV三芯交联聚乙烯电缆进行局部放电检测和定位，被测电缆型号为YJLV22-8.7/15-3×300，投运时间为 2008年9月。

进行振荡波测试之前，首先利用回波反射仪测出电缆长度为616 m，发现中间接头1个且位于距离测试端520 m处，然后进行测试。分析测试数据，发现该电缆在1.7U0时的A、B、C三相放电量最大值分别约为900 pC、780 pC、760 pC。经过对数据脉冲分析，发现距离测试端520 m处的中间接头出现明显的有效局部放电点聚集束，且该处局部放电量超标，判断局部放电缺陷位于此处。现场测试结果见表2，定位图谱如图4所示。

表2 电缆局部放电现场测试结果 pC

图4 三相局部放电定位图谱

对该电缆中间接头进行解体，发现电缆中间接头三相主绝缘上均有数道明显的划痕。A相最为严重，划痕最长约为95 mm，且外半导电断口有尖角，造成电缆正常运行时该处局部电场分布不均，从而引起局部放电，判断电缆接头制作工艺粗糙是造成局部放电的主要原因。更换电缆中间接头后再次进行振荡波局部放电测试，如图5所示，三相均未检测到局部放电现象。

图5 处理后的三相局部放电定位图谱

2.2 电缆高阻故障定位

运检人员发现某10 kV退投电缆再次送电前C相绝缘电阻较A、B相有明显的降低，退投时间为3个月，怀疑电缆存在故障。该电缆全长402 m，型号为YJV22-8.7/15-3×240，额定电压为8.7 kV，一端接变电站出线开关柜，一端上杆，测试端位于变电站端。测试绝缘电阻时发现A、B相绝缘电阻分别为0.5 MΩ、1.2 MΩ，C相绝缘电阻为855 MΩ，由于相差较大，怀疑有绝缘薄弱点。随即采用OWTS振荡波检测仪检测该高阻故障电缆。

测试完毕对数据进行分析，A相在400 m终端头附近存在明显的局部放电集中现象，最高局部放电值约53 000 pC，局部放电起始电压为运行电压，约12.3 kV峰值(1U′0，U′0＝2U0，U0＝8.7 kV有效值)；B相击穿前数据发现终端头附近存在明显的局部放电集中现象，最高局部放电值约26 000 pC，局部放电起始电压为18.5 kV峰值(1.5U′0，U′0＝2U0，U0＝8.7 kV有效值)；未发现C相本体及接头存在局部放电现象。结果见表3，基本确定故障点就在电缆终端头位置，局部放电分布如图6所示。

表3 电缆交阻故障测试结果

图6 三相局部放电定位图谱

测试完毕并判断故障点后，对电缆终端接头进行解体发现，故障点在电缆终端头的三分叉处。A相电缆内部主绝缘发生了断裂，由于该电缆终端头为热缩护套，根据热缩护套的特点，判断可能是由于施工过程中。加热不均匀，因而绝缘管收缩厚薄不均匀，导致A相电缆收缩程度较低的地方出现击穿。后期解体还发现电缆头受潮严重，因为此地冬季冰雪覆盖，夏季雨水较多，电缆设备容易受潮，而此电缆终端头搭接至架空线路，终端头制作工艺不良，潮气易侵入电缆内部，所以整体绝缘水平降低。

由此可见，OWTS故障定位可发现仅存在高阻故障点的电缆，但同时存在短路、低阻故障时，由于在此处局部放电效应较弱，可能无法定位出该故障，建议与传统故障定位技术配合使用。