基于多维度检测方法的GIS型电缆终端发展中缺陷案例分析

国网山东省电力公司淄博供电公司 李 飞 孙竟成 耿 宁 杨学杰 李志刚

GIS 型电缆终端具有占地面积少、环境友好、绝缘性能优良、体积紧凑、运行安全可靠、检修周期长等优点，目前已经被广泛的应用在全国电力系统中，但是生产安装过程中的缺陷、把控不严的问题逐渐暴露出来，各地已经发生多起GIS 设备电缆终端故障导致的局部范围停电甚至大范围停电事故。

高度集成化在提高设备可靠性等方面具有显著的优势，但是也为设备的检修带来了诸多困难。目前，GIS 型电缆终端在交接试验中难以发现缺陷，局部放电检测技术是公认的最佳方法[1]。鉴于局部放电信号传播特性复杂多变，如何确定设备局放源的类型、位置等是运检人员日常带电检测工作的难点和重点。本文结合实际运行的站内GIS 型电缆终端手持式特高频和超声波检测工作，发现A、B 相电缆终端存在悬浮放电，开展放电源特高频信号长时监测、定位工作，确定发展中缺陷类型、位置，最后，通过现场解体查找，指出电缆终端压接触头和均压环之间存在的内在问题，为同类设备缺陷的处理提供参考[2]。

1 异常情况简述

4月15日，运检人员应用手持式局放测试仪对某110kV 变电站进行GIS 局部放电检测，检测到110kV 某线电缆终端气室A 相和B 相电缆环氧套管、电缆气室上部浇筑口存在特高频、超声波局部放电特征信号，特高频型号幅值最大超过1700mV，超声波信号在相位模式下，可见明显的能量聚集点。通过现场排扰、图谱分析、特高频长时监测和定位等手段，初步推断该电缆终端气室A 相和B 相存在严重的悬浮放电缺陷。

5月14日，运检部门联合厂家对该终端气室进行了停电解体检查，发现先前带电检测定位位置处确存在白绿色粉末，仔细查找电缆头无其他异常状况。经过对终端压接触头、均压环、线芯等电位连接，重新安装电缆终端后，恢复送电，送电后检测局部放电信号全部消失。

2 检测数据分析

2.1 特高频检测（驹电设备）

图1所示为110kV 某线电缆终端气室特高频局部放电测试位置示意图。其中，测点1为气室上端浇筑口，测点2、3、4为C、A、B 相电缆终端的白色环氧套管。采用手持式局放测试仪JD-S10对图1所示各测点进行局放检测[3]。4个测点均能检测到特高频局放信号，信号强度顺序依次为测点4＞测点3＞测点1＞测点2，考虑到电缆终端气室的内部结构和信号的传播特性，预判测点4和测点3可能存在局放源，根据幅值和相位图谱，两点的信号强度明显增大，幅值均较大，相位分布较窄，相位具有周期性，具有悬浮放电特征。

图1 110kV 某线电缆终端气室特高频信号测试位置

2.2 超声波检测

在图1所示测点4周边开展超声波检测，超声检测背景1.0mV，实际检测值2.0mV，无50Hz 及100Hz 相关性，信号的持续性很弱。在相位模式下，存在一处单簇聚集点，超声图谱如图2所示，其余测点未发现异常超声信号。

图2 110kV 某线电缆终端气室测点4周边超声图谱

2.3 特高频长时在线监测（华乘设备）

为进一步分析确认，采用诊断型局放测试仪PDS-G100M 对该异常局放信号进行综合诊断分析。测点特高频信号强度顺序为测点4＞测点3＞测点1，经过公式dB=20logmV 转换。经长时监测发现，局放源信号具备幅值均较大，相位分布较窄，相位相差180°，符合悬浮放电特征。

2.4 特高频长时在线监测（迈内设备）

为从多角度确认局放源，排除不同检测仪器带来的误差，采用迈内公司的诊断型局放测试仪T3000对该异常局放信号进行综合诊断分析。测点特高频信号强度顺序为测点4＞测点3，与前述测试手段信号强度基本一致。经长时监测发现，局放源信号具备幅值均较大，相位分布较窄，相位相差180°，符合悬浮放电特征。

2.5 特高频定位

图3所示为采用定位法对放电源进行精确定位分析，原理为特高频信号传播速度接近光速，通过两个特高频传感器接收信号的时间差，粗略定位局放源位置[4]。在110kV 某线电缆气室测点1和测点4放置多功能局放定位系统G1500的特高频传感器，两侧点之间直线距离L 为1.5m（红色）。

图3 定位法对放电源进行精确定位分析

定位波形如图4所示，测点4（绿色）超前于测点1（黄色）特高频信号时间为5ns，ΔL=0.3×5=1.5，假定B 相局放源到测点4的距离为x，则x=(1.5－ΔL)/2=0，求解无任何意义。针对此现象，这里作简要分析：根据经验，特高频信号定位测试是有误差的，在仅有特高频定位手段时，误差大于10cm，x 可能存在很小的正数解（比如说误差0.3m，ΔL=0.3×5=1.2，则x=(1.5－ΔL)/2=0.15），但与电缆终端的实际距离不符；从手持式局放测试仪测试图谱分析，A、B 相的放电源类型类似，从电缆的实际设计分析，电缆终端气室空间较小。假如存在A、B相两个放电源，以上两点导致两个放电源难以区分。综合前述分析，存在两个放电源的可能性较大。

图4 定位波形

2.6 综合分析

手持式特高频传感器判断可能存在A、B 相两处放电源，在线监测仪判断与手持式仪器测试数据一致，只有幅值存在较小差别，超声传感器检测出明显能量聚集，定位仪器判断存在两处放电源，综上分析，存在两处放电源的可能性较大，放电类型为悬浮放电，幅值较大，相位分布较窄，具有周期性。通过分析电缆厂家提供的设计图纸，结合检测经验，初步判断放电位置位于A、B 相的均压环处。

3 解体验证

5月14日，运检部门联合电缆厂家对电缆终端开展停电检修工作，停电后，复测局放信号消失，由于电缆终端为插头式，上下气室物理隔离，不涉及气室内部SF6工作。电缆终端检修处理工作流程分四步：

（1）观察三相电缆终端外表情况：接地连接、尾管封铅未见异常，连接良好，铅封粘接牢靠。

（2）将三相电缆终端外护套剥离，融化封铅，打开锥托直至应力锥、均压环、触头露出。经仔细观察，弹簧锥托顶紧结构正常，环氧套管内壁表面无发现放电痕迹，应力锥主体外表面无发现放电痕迹。

（3）拆解后发现只有A、B 相均压环、线芯与触头之间存在间隙，C 相未见异常，缝隙中存在白绿色粉末状放电痕迹。

（4）厂家采用半导线圈实现均压环、线芯和触头三者之间的无缝连接，消除电位差和放电隐患。

隐患消除后，于5月15日下午恢复送电，运检人员于5月19日开展检修后复测，局放信号消失，三相运行状况良好。

4 放电原因分析及对设备运行的影响

4.1 安装角度分析

在电缆检修现场，发现厂家在缺陷处理完毕恢复电缆触头插接的过程中，缺乏有效的防潮措施，潮气随着安装进入环氧套管内部。

4.2 设计角度分析

电缆终端均压环为铝合金材质，结构设计上要求均压环与触头紧密接触。从检查情况看，A、B 相均压环与线芯、触头间存在间隙，C 相无间隙，在运行时导致均压环与线芯、触头之间因为接触不良而悬浮放电，说明本型号电缆存在设计缺陷，均压环与触头之间无螺栓或者其它固定措施，长期运行后，存在均压环与触头接触不良引起电位差进而导致放电的可能。

铅封作为隔绝环氧套管内部与外部空气的关键工艺，长时间运行后，由于设备振动、老化等原因，不能起到完全隔离两部分空间潮气的作用，无法阻止外界潮气进入内部。

该型号电缆终端与SF6气室之间存在物理隔离，下部的电缆气室在安装完成后，没有提真空环节，无法去除安装过程中进入的潮气，导致潮气一直存在于电缆气室内。

4.3 运行角度分析

在设备运行过程中，均压环、线芯和触头之间存在电位差，环氧套管内部存在潮气（特别是近期连续下雨，外界空气湿度很大，严重影响了内部气体的湿度），环氧套管内部环境为非真空状态，加速了白绿色粉末状物质（铜绿）的生成，也引发了爬电现象，特别是随着运行时间的延长，运行工况越来越差，为铜绿的生成创造了“良好的”产生条件，其中，基本的反应方程式为：

2Cu＋2H2O＋O2＋CO2=Cu2(OH)2CO3

4.4 放电对设备运行的影响

放电位置位于线芯、均压环和触头之间，尽管此位置属于环氧套管金属屏蔽罩范围内，不在终端应力锥和环氧套管的绝缘部分，但是，随着运行时间延长、雷雨季节的来临、负荷的加重，放电范围的增大可能造成电缆终端闪络或击穿等问题，严重影响电缆及电缆终端的绝缘性能，可能诱发停电事故。

综上，电缆厂家该型号电缆设计存在固有缺陷、安装工艺不完善，存在家族性缺陷的可能，运检部门需逐一排查站内该型号电缆。

在开展GIS 型设备带电检测工作过程中，需要结合不同厂家手持式局放检测仪、在线式局放监测仪和声电联合定位仪等多维度检测方法综合分析诊断，以准确判断缺陷类型和位置，为缺陷的检修处理提供技术参考。