基于综合带电检测的故障诊断技术

张大宝，苏峰，李志强，吴治勇，廖渊

（国家电网新疆阿克苏供电公司检修公司，新疆 阿克苏 843000）

随着我国经济和社会的不断发展，由于具有供电可靠、受外界因素影响小、占地空间少等优点，在电网建设的过程中，电力电缆的应用越来越多,不论是从电压等级上、电缆容量上还是电缆长度上都上升了一个台阶。然而，随着投运时间的增长，由于受到热、电、机械、环境等应力因素的不断影响，电缆可能会出现绝缘，电气和机械性能等问题。因此，通过不停电检测及诊断技术实时评估电缆的绝缘、老化等健康状况，进而预测电缆有可能出现的故障隐患，在隐患发展成为事故之前提前处理，可以有效避免电缆事故的发生，避免非计划性停电事故，提高电缆线路的供电可靠性。局部放电（PD）不仅是电缆绝缘进一步恶化的主要原因，也是表征电缆绝缘的主要特征。因此，基于电缆局部放电的故障诊断研究对于确保电力系统安全稳定运行具有重要意义。

近年来，国内外已有大量研究人员针对电缆局放检测展开了研究，其内容涉及局部放电的原理、测量方法、故障检测、故障定位等。国内和国际运营经验和研究结果表明：局部放电变化可以反映电缆绝缘可能的老化和缺陷，也可以反映电缆附件的缺陷，这是检测电缆及其附件绝缘状况的最佳方法。目前，电力电缆局部放电检测方法包括高频、超高频、地波和超声波局部放电检测。2019年国网新疆阿克苏供电公司与天津市津海天源电力技术有限公司合作对新疆阿克苏地区所有110KV变电站内开关柜，电缆进行局放检测，本文主要介绍国网阿克苏供电公司110KV胡杨变10KV杨华六线通过局放检测发现故障的典型案例。

1 局放检测

对110kV胡杨变电站10kV开关柜1042杨华六线电缆终端进行了全面的局部放电试验。

1.1 高频局放检测

在电缆中，电缆线芯和金属屏蔽层之间由绝缘材料隔开形成分布电容，该电容只有几百皮法，对高频信号为良导体。当电缆内部发生放电的瞬间，通常会在其接地引下线或其他地电位连接线上产生脉冲电流，高频脉冲电流通过线芯与金属屏蔽层之间的电容，由高电位的线芯流到低电位的屏蔽层上，并通过接地线进入大地。

高频电流法一般使用Rogowski线圈方式，在环状磁芯材料上围绕多圈的导线线圈，高频电流穿过高频传感器磁芯中心而引起的高频交变电磁场会在线圈上产生感应电压。由于高频电流传感器的测量回路与被测电缆之间没有直接的电气连接，属于非侵入式的检测方法，被检测设备不需要停运，能够检测出电缆在运行状态下的真实局部放电情况。通过高频电流传感器检测流过接地引下线或其他地电位连接线上的高频脉冲电流信号，实现对电力设备局部放电的检测。

PDCheck高频电流传感器用于收集电缆地线上的高频电流信号，发现高频PD信号异常。检测图谱如图1所示。

图1 检测图谱

图2 检测图谱

根据 PRPD图可以看出180度相位特征，有典型的脉冲衰减波形，由放电谱图可以看出频率主要集中在4.5~5.8 MHz及 7.0~9.0 MHz，最大幅值为 55 mV，放电类型为内部放电。

1.2 特高频局放检测

通过UHF传感器在设备的非金属结构处对设备内部的局部放电信号进行检测。通过示波器对原始的UHF放电信号进行捕捉，分析其波形的时－频特性。还可以对UHF信号采用检波（峰值保持）进行再次处理，由高频电缆传输到数据采集卡完成数据采样，然后在后台软件进行数据统计分析处理，根据放电脉冲的相位相关性、放电幅值特征、时间间隔特征等特征进行模式识别，从而判断可能的局部放电故障类型和故障部位，并借助放电发展的历史趋势综合评估放电的严重性，还可以利用两个传感器接收到同一放电信号的时间差来进行精确的定位。

使用EC4000p超高频传感器在开关柜的非金属观察窗中收集UHF信号，发现UHF PD信号正常，检测光谱如图2所示。局放信号无极性效应，波形平稳，幅值正常，特高频检测正常。

1.3 暂态地电压局放检测

当电气设备发生局部放电现象时，带电粒子会快速地由带电体向接地的非带电体迁移，如开关柜的柜体，并在非带电体上产生高频电流行波，且以近似光速的速度向各个方向传播。受集肤效应的影响，电流行波往往仅集中在金属柜体的内表面，而不会直接穿透金属柜体。但是，当遇到不连续的金属断开或绝缘连接处时，电流行波会由金属柜体的内表面转移到外表面，并以电磁波的形式向自由空间传播，且在金属柜体外表面产生暂态地电压，而该电压可用专门设计的暂态地电压传感器进行检测。利用Ultra TEV Plus在开关柜柜体上采集信号，现场检测照片及检测数据如下：

表1 检测数据

根据开关柜暂态地电压检测标准：

（1）正常：相对值≦20dB；（2）异常：相对值≧20dB；得出结论：开关柜暂态地电压局部放电检测未发现异常。

1.4 超声波局放检测

高压开关柜内产生局部放电时的超声波信号可以利用非接触式超声波传感器在缝隙处进行检测，也可以利用接触式超声波传感器在壳体上进行检测。由于开关柜存在缝隙等超声波传播路径，而且超声波在空气中传播衰减较小，因此开关柜大部分采用非接触式超声波检测。

利用Ultra TEV Plus在开关柜柜体上缝隙处采集信号，发现超声波数值正常，现场检测照片及检测数据如下：

表2 检测数据

根据开关柜超声波检测标准：

（1）正常：相对值≦8dBuV；（2）异常：相对值≧8dBuV；得出结论：在开关设备的超声波局部放电测试中未发现异常。

基于上述检测图和数值分析，110kV胡杨变电站10kV开关柜1042阳化六线地波，超声波，超高频检测结果均正常。 高频信号存在异常，故判断电缆内部存在异常，为内部放电。

2 解体分析

110 kV胡杨变电站10 kV开关柜1042杨华6线停电处理维修人员负责处理杨华六线电缆终端（开关柜侧）。发现冷缩终端应力锥错位下移，未搭接在电缆半导电部位，没有起到疏散电场作用。

图3 电缆解体图片

如上图，在半导电端口存在应力集中点，在长期的运行情况下，半导电断口外侧电场集中处将首先产生局部放电，严重的将会导致主绝缘击穿，验证了检测结果的准确性。

3 结语

根据电缆局部放电的现场试验情况，发现在电缆电气化检测过程中应采用集成的PD检测方法，可以进一步提高测试的准确性和科学性。

通过此次事故隐患发现及排查，明确了电缆接头等设施安装过程中应注意其附件的使用及安装的正确性，严格按照使用说明及要求操作，对施工严格把关。

户内电缆终由于终端主要在开关柜内，日常巡视不易发现异常，长期存在局部放电，易产生绝缘损坏或击穿，引起事故，危及人身及设备安全。

同时也反映出状态检测的重要性，能够将隐患在演变成事故之前及时发现处理，及时将隐患扼杀在“萌芽”阶段，积极的开展状态检测是保证用电的可靠性和电力资产安全的有效手段。