110 kV交联电缆局放试验系统及屏蔽室方案探析

韩昆鹏，黄小芳

（远程电缆股份有限公司，江苏 宜兴 214251）

0 引 言

110 kV交联聚乙烯绝缘电缆在高电场作用下，由于绝缘介质不均匀、存在气隙或杂质、界面不均匀等会产生局部放电。准确测量110 kV交联电缆绝缘局部放电量，是评定绝缘品质的重要手段。110 kV电缆局放测试从外部隔离电源输入屏蔽室局放测试系统至测试终端显示局放测试指标，整个系统极易受外部各种电磁脉冲信号干扰。不对测试系统外界干扰信号加以屏蔽处理，不仅影响测试结构准确性，而且严重时强脉冲信号会损坏测试设备，伤害测试人员。因此，110 kV电缆局放测试系统均需具备良好的屏蔽和接地措施，以降低来自测量系统外部的辐射干扰和电源系统干扰，提高测试安全可靠性。根据电缆行业具体局放测试装备特点，本文就110 kV交联电缆典型局放测试系统结构及其屏蔽室电磁屏蔽方案进行探析。

1 局放测试系统结构

1.1 基本结构

110 kV高压电缆局放测试系统以典型串联谐振局放试验系统为例，试验系统由串联谐振试验系统、高压滤波器（PD≤2 pC）、高压耦合电容（PD≤2 pC）、低压校准注入电容、双脉冲校准器（校准范围：5～100 pC）、局放测试仪及电缆试验终端等部分组成[1]。局放测试系统灵敏度≤2 pC。

1.2 串联谐振

谐振是通过调整测试回路自振频率与输入电源频率一致，使输出谐波幅值增大至满足输出要求的过程。串联谐振用于满足高电压输出要求，并联谐振用于满足大电流输出要求。110 kV电缆局放系统谐振串联、并联可调。110 kV电缆试验所需电源容量大，采用串联谐振可以通过输入较低电压激励产生电缆测试所需的高电压，有效减小输入电源容量。但是，谐振电源在开放环境中极易受到外界电磁信号的干扰，周边机器设备启停、电源开关起合、电源电压电流波动[2]都会影响谐振系统工作谐波信号稳定。

1.3 系统调谐

串联谐振系统经调压变压器、励磁变与高压电抗器连接，输入电压经调压变压器连续可调。调整励磁变与电抗器工作频率一致。高压电抗器采用两个U形低磁通密度铁芯磁铁，气隙分割，电抗器磁铁分割间隙环绕高压绕组。U形磁铁气隙间隔通过驱动电机连续可调。通过调整U形磁铁间隙，实现系统的精准调谐。

1.4 干扰抑制

电缆局放测试系统配备低压和高压滤波器，以抑制测试回路信号干扰。在串联谐振系统调压器和励磁变之间接入低压滤波器，用于衰减电源输入端产生的信号干扰。高压滤波器与耦合电容连接，衰减来自高压电抗器端的信号干扰。局放测试系统装置置于密闭的金属屏蔽室内，局放测试系统输入电源采用隔离变压器并经滤波器接入，以衰减和消除外界电磁信号干扰。

1.5 系统校准

局放系统采用低压校准注入电容校准注入高压测试系统的局放脉冲。双脉冲校准器用于校准局放测试系统回路特性。局放测试仪引用校准器保证测试读值和输出准确。

1.6 局放测量

测量系统由局放测试仪、校准系统、放大器系统和数据处理系统等组成[2]，如图1所示。电缆局放脉冲信号经滤波器过滤采用特定频带耦合匹配采集，采集数据经放大器系统放大信号输出至数据处理终端处理。局放测量系统测量记录电缆局放脉冲和试验电压连续数值，提供屏幕显示局放峰值、试验电压、局放与相位关系等，通过数据终端显示测试结果，如图2所示。

图1 电缆局放测量

图2 局放测试数据显示

2 局放系统屏蔽室

2.1 局放系统采用全屏蔽室屏蔽

局放系统屏蔽室采用全密封屏蔽结构，屏蔽室与周边建筑电气隔离。与屏蔽室连接的电磁信号采用滤波处理消除背景噪音。

2.2 全屏蔽室结构

局放系统屏蔽室采用全密封金属结构。屏蔽室宜独立于建筑厂房或与建筑厂房采用绝缘连接。在可能的情况下，屏蔽室应远离变配电设施和车间生产设备。屏蔽室墙体和屋顶采用金属板材焊接拼装。金属板材选用主要考虑屏蔽效果和经济适用性[3]。钢材具有高磁导率，强度高，机械加工性好，在屏蔽室建设中应用广泛。通常采用波形镀锌钢板，钢板连接缝填装导电衬垫，钢板缝隙焊接采用满焊，防止漏焊和焊包焊瘤。屏蔽门采用电动气密或手动屏蔽门，屏蔽门均采用锁紧装置，当屏蔽门关闭时能与门框密合。地面屏蔽采用钢板焊接而成。通风窗采用波导窗（波导屏蔽风口）。所有电磁信号（电源、电话、空调等）加装滤波器，输入信号滤波器安装在屏蔽墙体外侧，与屏蔽墙体安装时加装导电衬层。屏蔽体独立结构与建筑厂房采用绝缘拉结或吊挂。

接地系统可采用单根或多根铜质或铜包钢质金属棒垂直插入地下或采用铜排网结构。金属棒或铜排采用铜带连接，单点接地，满足接地电阻＜0.5 Ω[3]。铜带与金属棒连接采用热熔焊，可以有效降低接触电阻。接地点应远离屏蔽室门窗开口位置。接地金属棒引出端加装塑料绝缘套管，抑制地电流干扰。屏蔽室地面屏蔽钢板下方铺设有绝缘地坪，地坪绝缘采用高强度PP板焊接而成，地坪绝缘电阻＞1 000 MΩ[3]。电源线防止相互干扰，穿钢管敷设。给排水管道系统均采用波导管屏蔽处理。控制室6面全屏蔽，地面采用全钢抗静电架空活动地板，设置屏蔽观察室。视窗采用双层钢化玻璃夹屏蔽网。

2.3 屏蔽效果测试

屏蔽室屏蔽效果评测是在屏蔽室外放置信号源发射电磁脉冲信号，通过测量比较屏蔽室内部接收到的脉冲信号衰减给出结果。通过调整信号源频率，模拟不同频段电磁干扰。测试信号源发射和接收应在屏蔽室的不同方向和不同位置分别测试，以验证屏蔽室的各部分结构设计和施工均满足屏蔽要求。在屏蔽室墙体的垂直方向和屋顶应分别设置测试点，尤其是应重点检测门窗、管道等易造成电磁泄漏的开口位置。

2.4 屏蔽效果维护

屏蔽室在长期使用过程中应妥善维护，防止因屏蔽墙体脱焊开裂、波导窗波导管连接松动或脱落、门窗关闭不严、屏蔽室进潮地坪隔离绝缘电阻下降以及接地电阻上升等各种原因[4]，造成屏蔽效果下降。

3 结 论

局放检测是每一盘110 kV交联电缆出厂的例行检验项目，要保证局放测试结果准确，除了测试系统本体的抗干扰和校准措施，还需使局放测试屏蔽室的屏蔽效果满足测试系统的设计要求。