电力电缆振荡波局部放电检测应用

2021-11-24

商品与质量 2021年6期

中国质量认证中心青岛分中心山东青岛 266002

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。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。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

振荡波局部放电测试系统的工作原理是系统内置电感与被测试电缆等效电容发生串联谐振产生振荡波，在振荡电压下被测试电缆有绝缘缺陷的位置会发生局部放电，通过对局部放电量检测即实现对绝缘缺陷的检测。其具体的工作过程为：首先，在加压信号发出后，高压直流电源对被测试电缆充电，直至电缆两端电压逐步达到预设值。开关管在控制信号作用下关闭，停止对电缆充电。此时因为被测试电缆可等效为电容，系统内置电感与被测试电缆串联谐振，电缆两端产生振荡电压，有绝缘缺陷的位置在此电压下局部放电。局放耦合单元可检测出局部放电信号，然后将此信号送入数据采集与分析系统分析处理，帮助试验人员判断被测试电缆是否存在电缆缺陷。

3 振荡波局部放电检测现场应用

3.1 试验前准备

在进行振荡波局部放电试验之前，首先需确定电缆及附件参数和进行现场勘查。确定电缆长度、接头数量和位置、每公里电容量、终端类型等参数。试验前若已知准确的电缆长度，则可计算精确的电缆波速，否则只能通过经验波速求取电缆全长。波速度只与电缆的绝缘介质有关，而与电缆芯线的线径、芯线的材料以及绝缘厚度等都没有关系，对于交联聚乙烯电缆，其经验波速为172m/μs。电缆局部放电缺陷基本集中在接头上，因此了解接头数量和位置，可以辅助局部放电信号定位。利用每公里电容量计算电缆电容量，从而确定所需电抗个数以及振荡频率，试验要求振荡频率在20-500Hz 之间。另外，若终端为GIS 且作为测试端时，试验前要拆除电压互感器、避雷器并安装试验套管，若为非测试端，则需拆除GIS 电缆筒内导体。现场勘查内容包括电缆敷设方式（隧道、直埋、管道等）、是否Y 接、测试位置情况（空间大小、高度等）、加压地点等。试验前确定电缆敷设方式，特别是对于长电缆来说，局部放电信号经过长电缆衰减较大，需要辅助分布式局部放电测试方法，不同敷设方法对应的辅助局部放电测量方法有差异，Y 接则给局部放电定位带来麻烦。测试端场地大小和高度试验前同样需要确认，以便确定现场仪器摆放方法和高压导线飞线长度，飞线太长会影响局部放电测量灵敏度[2]。

3.2 试验方法及要点

（1）进行状态确认，判断电缆线路是否具备试验条件。

（2）测量电缆三相绝缘电阻，使用绝缘电阻表5000V 档摇绝缘，阻值低于30MΩ 时不宜开展振荡波局部放电检测。待三相试验结束后需再次测量绝缘电阻，并与试验前数值比较，确认阻值有无明显变化。

（3）对照事先了解的电缆参数信息，使用低压时域反射仪（TD R）确认电缆的长度和接头位置。

（4）进行振荡波局部放电试验接线入射波和反射波；二是通过标准电荷量注入获取放电点实际放电量。局部放电校准的准确性直接影响测量数据准确性，加压试验前必须使用标准脉冲发生器在20pC-20nC 范围内逐档校准。

（5）进行局部放电校准。局部放电校准在本次试验中至关重要，其主要有两个作用:一是通过实际放电脉冲波形与校准波形对比，便于准确抓取入射波和反射波；二是通过标准电荷量注入获取放电点实际放电量。局部放电校准的准确性直接影响测量数据准确性，加压试验前必须使用标准脉冲发生器在20pC-20nC 范围内逐档校准。

（6）进行加压测试，严格按照标准或厂家规定选取不同的测试电压及其加压次数。一相试验完成后，先关闭高压单元和电源开关，放电并确认无电后，挂接地线，再更换接线，重复试验，分别对另外两相电缆进行加压测试。

（7）分析局部放电脉冲波形。

3.3 局部放电脉冲分析原则

局部放电与干扰的判别原则有两个要点:一是局部放电的放电量与放电频次随着测试电压的升高而升高；二是局部放电有典型的相位分布特效，定位图谱上有较为明显的集中性。通过与校准波形进行分析对比，准确抓取到入射波和反射波后，分析软件自动在放电源定位图谱中生成相应的点，横坐标为到测试端的距离，纵坐标为放电幅值，当同一横坐标标记的放电点较为密集时，一般可认为此位置存在局部放电缺陷。

4 振荡波局部放电测试系统的防晕处理

根据电晕放电原理，改进电极形状可有效改善电晕。防晕试验夹的实际运用，能够通过增大电极的曲率半径抑制试验夹引起的电晕放电。本文对防晕试验夹本体设计，为增大曲率半径，试验夹形状采用圆状。试验夹与被测电缆终端头采用螺栓联结的方式，试验夹本体左半部带有螺孔，试验夹本体右半部带有螺柱。试验夹与系统高压输出线采用可拆卸的插拔式连接方式。使用防晕试验夹后，测试端电缆终端接头不再出现集中性局放现象，局部放电量低于规程规定的危险局放临界值，这也就表明，防晕试验夹在高压下不会引起电晕放电，能够有效避免原有试验夹在测试时带来的干扰，使试验人员可以获得准确的测试结果，提高了振荡波局部放电测试的准确率[3-4]。