高压电缆交流耐压局部放电检测技术研究

2020-05-14

电力设备管理 2020年4期

1 高压电缆局部放电检测试验电源系统的技术分析

开展高压电缆竣工试验，在给电缆线路加压的过程中，在电源的选择上通常选择高压变频谐振电源，高压变频谐振试验系统中的无局放谐振试验系统较为关键，要了解其中电抗器以及高压连接部分设计原理，保证额定电压下无局部放电。变频器与其它部件不同的是会存在尖脉冲现象，主要在脉冲调制过零点时出现。没有充分结合局部放电检测要求的谐振试验系统的运行状态，在试验很低的输出电压情况下就可检测到电源系统自身局部放电，在对放电信号来源进行判定时，可发现主要与高压电抗器内部有关，在放电过程中信号较强，并与电缆保持相同频率电压，掩盖了电缆的放电电谱图，无法实现电缆线路局部放电检测。

2 高压电缆局部放电检测试验电源供电容量和供电方式的选择

高压电缆局部放电检测试验电源应用较为普遍的是柴油发电机车供电，在分析试验电源供电电源的容量过程中，需要充分考虑试验容量以及谐振系统的品质情况，其中电源供电容量与谐振系统的品质之间呈现负相关，电源供电容量随着谐振系统品质的提高而降低，需要保证电缆的长度处于一致性。在利用采油发电车供电时，在前期准备阶段需计算在供电过程中产生的损耗要大于变压器的供电容量。如在计算柴油发电机组的功率时，要将负荷设备的计量容量、总负荷、发电机并联运行不均匀系数、可靠系数分别设置为Pj、P ∑、η 以及K，计算出计算容量Pj=KxP ∑，柴油发电机组的功率按照公式P=kPj/η 进行计算。

3 高压电缆局部放电检测信号特征

高频信号传播衰减率高。在试验过程中了解高压电缆的内外半导电层以及高频信号间的关系，可发现前者对后者产生较强的衰减，高信号的衰减率高达90%/km。为保证检测结果准确性，通常将不同的检测方式结合在一起。如今在检测时，借助电缆接地线进行局部放电巡检的优势，一定程度上改善了以从电缆端头检测线路局部放电的局限性，并与分布式局部放电检测结合在一起，从而确保检测的准确性。高频信号在高压缆线上的衰减随着频率的增加而增加，但在某些频率由于负载产生的共振现象和传输线效应的影响，衰减会出现突然的迅速增加，信号传输距离对信号衰减程度也起着决定性的影响，随着距离的增加衰减会迅速地增加。对高压电缆局部放电进行检测最佳检测频率范围在1～20MHz 之间，当检测频率已达到20MHz时，对缺陷点位置进行观察可发现主要发生在测点的接头绝缘表面。

放电量较小。在高压电缆线路检测过程中，为确保高压电缆平稳运行，逐步完善高压电缆生产工艺、尽量减少缺陷的产生，在开展高压电缆局部放电检测试验环节中，详细分析在局部放电时存在的缺陷，可发现高压电缆局部放电的信号较小，属于微小放电级别。

缺陷种类较复杂。高压电缆局部放电检测过程中存在缺陷种类较多，形式呈现多样化，缺陷主要存在于电缆及附件中，主要包括内外半导电层缺陷及接头制作缺陷等，以缺陷的位置进行划分，在对不同缺陷特征进行分析时在图谱中呈现出复杂性，在实际的现场检测的环节中增加了缺陷诊断难度[1]。

4 高压电缆局部放电检测电缆线路接地系统处理

在处理过程中为减少对耐压交流试验的影响，需掌握高压电缆线路具体接地方式，主要以交叉互联接地方式为主。在利用分布式局部放电检测的过程中，则需对交叉互联接地系统运行状态进行监测，并详细分析对局部放电信号传播路径产生的影响。在安装交叉互联箱过程中应将原有互联排进行拆除，将同一相同轴电缆的金属屏蔽端连接段用绝缘软线短接，为确保短接准确性，借助螺母对其进行固定处理。在直接接地箱的安装环节中，做好试验前期准备工作，将原有的铜排拆除并用绝缘软线短接代替。

5 高压电缆局部放电检测试验案例

5.1 高压电缆局部放电检测试验原理

此次高压电缆局部放电检测试验主要采用的是220kV电缆线路，开展交流耐压试验，在实际检测的过程中主要采用的是双回路，对线路长进行测量，长度为800m，在试验电缆材料的选择上，主要是铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，将其试验电缆的额定电压以及电容量控制在220kV、0.214µF/km，在电缆敷设的过程中，主要以隧道敷设为主，检测每回电缆线路的状态，其中主要涉及绝缘中间接头，在此试验环节中发挥GIS 优势，为了确保试验的顺利进行，需要明确GIS 终端以及户外终端的接地方式，前者主要以电压保护器接地为主，后者主要以直接接地为主，掌握中间接头金属屏两侧的接地方式，主要在GIS 与户外终端。

5.2 高压电缆局部放电试验操作步骤

在试验设备布置过程中需了解局部放电检测的交流耐压试验流程及原理，借助局部放电采集单元的优势整合电缆线路中户外终端及GIS 终端等，并将该采集电源准确进行安装，在具体安装中要找准各自的检测单元精准连接。监测户外终端检测主机运行状态，借助光纤的优势与检测单元手拉手进行连接。在试验进行中，可在检测主机上实时获取单元操作状态，实现集中控制（图1）。在试验设备布置与连接过程中需将耐压试验设备、高压引线、户外终端、检测主机、同步线圈、高频CT以及GIS终端进行有效连接，其中高压引线将耐压试验设备及户外终端进行连接，实现中间接头及终端的局部放电检测[2]

图1 高压电缆局部放电试验流程

高压电缆局部放电试验信号采集方式主要包括局部放电信号采集与同步电压信号采集两种方式。在利用前者进行信号采集时主要借助高频传感器进行，要将中间接头接地箱、户外终端接地保护箱以及GIS 终端保护接地箱进行准确安装，将三者分别安装在短接线上、接地线上以及接地保护器临时短接线上；在后者采集信号时发挥同步电压信号采集器的作用，并与电缆本体相连接准确对电流信号进行采集。同时，为了保证信号采集准确性要将相位以及电压相位间的相差控制在最佳范围，一般在90°，针对存在的相位差要及时纠正。

5.3 高压电缆局部放电试验结论与数据分析

根据电缆分布式参数特征，竣工试验时采用分布式局部放电检测系统，在每一个接头安装高频CT采集单元及检测单元，通过光纤连接实现对整条电缆上所有检测单元的同步测量，便于现场根据信号衰减规律对放电源进行定位。在高压电缆局部放电试验过程中，做好电缆施加电压前期准备工作，及时收集背景干扰测试数据，准确制作频谱特征分布图。在对电源信号干扰进行分析时可发现，电源信号在3MKHz时干扰信号的频率成分在2.5MHz 以下，此时的干扰最小。在开展交流耐压试验的过程中，对传播信号来源进行观测，其主要来源与电抗器的放电信号，电缆接头未出现局部放电的现象。局部放电检测的交流耐压试验方式为确保电缆安全运行提供理论依据，采用无局部放电的高压试验电源设计方式可准确判定在电缆局部放电过程中存在的问题，发挥分布式局部放电检测系统的优势对放电源进行定位[3]。