电缆局部放电带电检测技术应用分析

李 楠,沈 南,王文妹,王思莹,刘 影

(国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司,河北 石家庄 050051)

随着经济发展和城市规模的扩大,石家庄地区各等级输电电缆线路呈逐年增多的趋势,电缆运维工作的重要性日渐凸显,工作任务愈加繁重。采用传统的巡线方法费时费力,效率低下,且仅能发现线路管道中存在的一些肉眼可见的安全隐患,而对判断电缆的绝缘状态无能为力。电缆线路中如果存在缺陷,在一定条件下会发生放电。局部放电检测作为一种带电检测手段可检出此种缺陷,目前在应用中已取得一定成果。以下针对某条电缆线路在带电检测中发现的放电信号,经过多手段测量进一步比较分析判断,确定了放电点的具体位置,通过解剖发现端头内部存在明显的放电痕迹,验证了局部放电测试的有效性和判断结果的正确性[1-2]。

1 电缆局部放电带电检测技术

高频、特高频、超声波局部放电检测是应用于电力电缆最常见的3种局部放电带电检测技术。

1.1 高频局部放电检测

高频局部放电检测频率范围通常在3～30 MHz之间,其高频脉冲电流信号可以由电感式耦合传感器或电容式耦合传感器进行耦合,也可以由特殊设计的探针对信号进行耦合。高频局部放电检测方法,根据传感器类型主要分为电容型传感器和电感型传感器。电感型传感器中高频电流传感器具有便携性强、安装方便、现场抗干扰能力较好等优点,因此应用最为广泛,其工作方式是对流经电力设备的接地线、中性点接线以及电缆本体中放电脉冲电流信号进行检测[3]。

1.2 特高频局部放电检测

局部放电检测特高频法的基本原理是通过特高频传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁波(100～3 000 MHz)信号进行检测,从而获得局部放电的相关信息,实现局部放电监测。特高频法正是基于电磁波在GIS中的传播特点而发展起来的。他的最大优点是可有效地抑制背景噪声,如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低,可用宽频法UHF 对其进行有效抑制;而对特高频通信、广播电视信号,由于其有固定的中心频率,因而可用窄频法UHF将其与局部放电信号加以区别。另外,如果GIS中的传感器分布合理,那么还可通过不同位置测到的局部放电信号的时延差来对局部放电源进行定位[4-5]。

1.3 超声波局部放电检测

在电力设备中当有局部放电发生时,会产生声信号。通过专用的声发射传感器收集这些声音信号,并且根据实际应用经验加以分析,可以对SF6绝缘电气设备的运行状况做出很大程度的安全评估。该仪器可以检测声信号的幅度、相位、频率成分,原始信号特征,以及跟工频频率的相关特性分析。

2 电缆局部放电带电检测技术的应用

2.1 应用背景

2020年1月3日,通过高频局部放电检测发现某线路站内GIS电缆终端处,存在异常高频局部放电信号,且W 相的局部放电信号最大为-25.6 d Bm,使用超声波局部放电设备进行验证时,U、V 相未检出,而W 相存在峰值为3.5 mv的超声波局部放电信号,怀疑W 相GIS 终端内部已发生悬浮放电。

供电公司进行了分析诊断,鉴于物资备货及供电保障原因,决定暂时采取24 h局部放电重症监测方式,对该线路进行在线监控,如遇数值激增,则立即进行停电检修,如无明显变化,则等待物资人员到位后进行开仓解体检查。

2.2 过程分析

2.2.1 高频局部放电检测情况

首先将一根软导线穿过高频传感器,并形成闭合回路,置于空气中采集背景信号,经检测证明空气中无高频干扰信号,然后分别将3个高频传感器卡在U、V、W 三相电缆GIS终端上,通过比对幅值,且W 相的局部放电信号最大为-25.65 dBm,说明W 相电缆终端内部可能已存在悬浮电位,见图1。

图1 W 相高频局部放电

2.2.2 特高频局部放电检测情况

将特高频传感器紧贴电缆GIS终端W 相环氧绝缘套处,记录特高频信号TB1。将特高频传感器放在电缆仓基座上,记录特高频信号TB2,再将传感器远离W 相终端,移到母线侧后特高频逐渐减小至无,且特高频信号也为间歇性信号,判断为W 相发生局部放电。

进一步,通过特高频故障定位局部放电位置。首先通过时差法进行粗略定位:将1个特高频传感器UHF1放在电缆GIS终端电缆仓基座上,保持不动,以UHF1为中心,向四周移动特高频传感器UHF2,始终是UHF1先接收到信号,充分说明了其中1个特高频信号是来自电缆GIS终端。

将UHF1(1通道,黄色)紧贴W 相应力锥绝缘套,将UHF2(2通道、蓝色)分别紧贴U、V 相应力锥绝缘套,始终是W 先接收到信号,说明该信号来自W 相电缆终端,见图2。

图2 UHF1(W 相)与UHF2(V 相)示波器示意

将UHF1(1 通道,黄色)紧贴W 相应力锥绝缘套,将UHF2(2 通道、蓝色)紧贴电缆仓上部盆子浇注口,计算时差。UHF1 早5.3 ns,由于电磁波在电缆中的传播速度,大致为0.15 m/ns,盆子距离V 相绝缘护套大概为1.3 m,经计算得出信号源可能在绝缘套(特高频检测点)偏上30 m 左右,即电缆仓底部,见图3。

图3 UHF1(W 相)与UHF2(U 相)示波器示意

2.2.3 超声局部放电验证情况

为进一步验证高频及特高频局部放电信号的真实性,将超声波传感器放置在GIS终端法兰附近,取背景信号,然后再将传感器分别对U、V、W三相电缆终端进行检测。在W 相终端上检测到了幅值约为3.5 mv的,较为明显且连续的超声波信号,而U、V 相均未检测到异常超声波信号,说明该信号具备工频特性,且其内部应已发生局部悬浮放电,见图4。

图4 W 相超声局部放电

通过分析诊断,鉴于物资备货及供电保障原因,决定一方面采取24 h局部放电重症监测,另一方面缩短带电检测周期,全方位掌控电缆的运行状态。

从各项监测数据来分析,自发现之日起至2月中旬的局部放电数值比较大,但发展较为平稳,2月中旬至今的局部放电量开始逐渐震荡衰减,且变化区间波动平稳,其中较为严重的W 相终端原来检出的异常超声信号,在3月24日检测时已经消失,后期各项数值已无明显激增或劣化迹象,见图5。

3 应用效果

2020年6 月8 日,进行停电消缺,对W 相GIS终端开始解体检查。解体后,经检查,在W相GIS终端顶部临近绝缘处的线芯上,发现一处明显放电点,将铜线芯烧灼为灰白色,并在屏蔽均压环内侧及内屏蔽层、绝缘层与线芯放电点的对应位置,也发现了明显灼烧痕迹。

图5 W 相24 h局部放电重症监测数据

经现场解体及还原附件制作过程之后分析认为,发生缺陷的原因应为电缆GIS终端附件厂家在附件安装过程中,对电缆加热校直工序执行不到位,致使电缆在附件制作完毕且投入运行后绝缘长度回缩严重(比标准值多回缩了约1 cm),形成较大空隙,从而造成内部电场控制位置发生偏差,在长期运行状态下,逐步形成悬浮放电。

4 结束语

通过以上分析,可得出:高频局部放电检测仪能够有效地检测到运行电缆中已经产生放电的缺陷。输电电缆带电检测应以高频、特高频局部放电检测为主,以超声波局部放电检测为验证手段,提高检测准确性。利用局部放电检测技术发现运行电缆中存在的缺陷,对电缆提前进行处理,可有效预防类似事故的发生。

在输电电缆的运行维护中普及局部放电带电检测,能够通过大数据分析,及时了解电缆运行状态,并能够发现运行电缆数据的异常变动,有利于缺陷的及时消除并降低电缆故障率。在电缆的运维过程中,应进一步加强生产验收管理,特别是做好隐蔽工程、关键环节的见证及把控,同时要求附件厂家留下各种纸质及影像资料备查。对现场施工环节不规范且拒绝改正的,上报公司将其纳入“黑名单”,竭力遏制“赶工期、减工序”等不良施工行为。做到举一反三,从根源上消除电缆运行隐患。