基于振蕩波檢測(cè)系統(tǒng)的電纜局部放電測(cè)試在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用

摘要：文章總結(jié)了電力電纜傳統(tǒng)測(cè)試方法存在的弊端與危害，將振蕩波測(cè)試與傳統(tǒng)試驗(yàn)方法進(jìn)行了比較，總結(jié)出振蕩波測(cè)試系統(tǒng)的突出特性，并給出了電纜振蕩波測(cè)試的周期與方法。

關(guān)鍵詞：振蕩波；電纜；局部放電；定位；OWTS系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM835 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）25-0034-03

目前，判斷電力電纜絕緣性能好壞的方法是給電力電纜進(jìn)行直流高壓絕緣試驗(yàn)，并且在直流高壓試驗(yàn)的同時(shí)還能夠檢測(cè)泄漏電流的大小。此種試驗(yàn)的缺點(diǎn)是只能判斷電纜的整體絕緣性能，而沒(méi)有辦法得出電力電纜局部放電量的具體數(shù)值，更不能對(duì)局部放電點(diǎn)的位置進(jìn)行有效定位。直流耐壓對(duì)于電力電纜最為突出的缺點(diǎn)是具有破壞性，因?yàn)橹绷髂蛪涸囼?yàn)本身就屬于破壞性試驗(yàn)，特別是對(duì)交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜，當(dāng)外加直流高壓降低為零后，在一段時(shí)期內(nèi)電纜的絕緣層中被外加直流高壓所極化的分子排列狀態(tài)仍舊維持，此時(shí)如果因?yàn)轭愃朴诶匣仍蚨闺娎|存有缺陷，那么造成被極化的分子排列很難恢復(fù)到外施高壓之前的狀態(tài)，因此，通過(guò)直流耐壓試驗(yàn)合格的電力電纜，在投入系統(tǒng)運(yùn)行后不久即可能發(fā)生絕緣擊穿事故的案例早已經(jīng)是屢見(jiàn)不鮮。基于以上原因，XLPE電力電纜的預(yù)防性試驗(yàn)中相繼出現(xiàn)了0.1Hz超低頻、工頻耐壓試驗(yàn)以及振蕩波測(cè)試。

1 電纜局部放電產(chǎn)生的原因分析

電力電纜絕緣產(chǎn)生破壞的主要原因是局部放電。原因主要有四點(diǎn)：電纜發(fā)生局部放電的過(guò)程中，電離出來(lái)的電子、正負(fù)離子在電場(chǎng)力的作用下具有較大的能量，當(dāng)它們撞到絕緣內(nèi)空氣隙的絕緣壁時(shí)，足以打斷絕緣材料高分子的化學(xué)鍵，產(chǎn)生裂解；當(dāng)發(fā)生局部放電，在放電點(diǎn)的位置，介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，此熱量會(huì)燒焦甚至融化絕緣材料，由于絕緣材料都有溫升限值，溫度升高會(huì)增大絕緣材料的電導(dǎo)和損耗，并使絕緣材料產(chǎn)生裂解，造成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致絕緣體擊穿破壞；在局部放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多活性生成物，這些生成物會(huì)腐蝕絕緣體，使得介質(zhì)性能劣化；連續(xù)爆破性的放電以及放電產(chǎn)生的高壓氣體都會(huì)使絕緣體產(chǎn)生微裂，從而發(fā)展成電樹(shù)枝。局部放電起始時(shí)雖然只是跨越絕緣體一小部分，但會(huì)逐漸地破壞絕緣材料，最終導(dǎo)致整體絕緣擊穿。

2 振蕩波測(cè)試方法及傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法的比較

目前，電力電纜在供配電系統(tǒng)中被大量應(yīng)用，同時(shí)，電力電纜突發(fā)故障所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)得到了人們高度的關(guān)注。雖然目前供配電系統(tǒng)所使用的設(shè)備質(zhì)量在日益提高，然而如果某個(gè)設(shè)備發(fā)生突發(fā)故障，會(huì)產(chǎn)生大量的維護(hù)費(fèi)用，并且可能會(huì)被電力用戶投訴，甚至要做出經(jīng)濟(jì)賠償?shù)取?/p>

事實(shí)上，運(yùn)行中的電氣設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生一定的老化，而且不同的設(shè)備具有不同的老化程度，不同生產(chǎn)廠家的制造工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，因此，不同性能的電氣設(shè)備在運(yùn)行中的可靠性將是難以預(yù)計(jì)，這將無(wú)法保證合理正確地編制測(cè)試與檢修計(jì)劃，對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)有效的故障預(yù)測(cè)與預(yù)防。狀態(tài)檢修方式就是以當(dāng)前設(shè)備的實(shí)際工作狀況為主要依據(jù)，通過(guò)使用先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷手段、設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)以及故障（壽命）預(yù)測(cè)手段，準(zhǔn)確掌握設(shè)備的運(yùn)行工況，找出設(shè)備故障的早期征兆，總結(jié)出設(shè)備故障部位、嚴(yán)重程度以及故障發(fā)展趨勢(shì)，并通過(guò)綜合性分析診斷，當(dāng)設(shè)備性能下降到警戒值或判斷設(shè)備故障即將發(fā)生之前即采取有效的維護(hù)或維修，保障電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定、全性能、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。

高壓電力電纜進(jìn)行局放測(cè)試并定量確定放電量以及對(duì)電纜故障點(diǎn)的具體位置進(jìn)行有效定位已被人們所接受。目前用于替代50Hz交流耐壓的測(cè)試方法有超低頻0.1Hz法，理論上0.1Hz測(cè)試所需的設(shè)備容量是50Hz測(cè)試所需容量的1/500，實(shí)際容量大約是1/200至1/100，這是0.1Hz測(cè)試方法主要的優(yōu)點(diǎn)之一。然而，如果把非工頻試驗(yàn)條件下對(duì)電介質(zhì)測(cè)試所得結(jié)論進(jìn)行有效考慮，0.1Hz測(cè)試條件下得到的局部放電量是不能夠等同50Hz條件下所得結(jié)論的。通過(guò)實(shí)際證明，在超低頻工況下所測(cè)的局部放電量水平是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工頻附件時(shí)的水平。并且0.1Hz與直流局放測(cè)試具有很大的相似性，伴隨著測(cè)試電壓從AC變成DC，電力電纜中的電場(chǎng)分布也相應(yīng)從電容性突變成電阻性，致使局放測(cè)試所得結(jié)果也同時(shí)發(fā)生了本質(zhì)變化。基于以上原因，電纜進(jìn)行局部放電測(cè)試所得到的結(jié)論應(yīng)該盡可能與工頻條件下所得結(jié)論相一致，這樣才具有等效性。由于以上諸多原因，在生產(chǎn)實(shí)踐中提出了專用于電纜測(cè)試的振蕩波測(cè)試系統(tǒng)（Oscillating Wave Test System——OWTS）。

3 振蕩波檢測(cè)系統(tǒng)原理

XLPE電力電纜由于具有較高的絕緣電阻，而且在交流電壓與直流電壓作用下的電壓分布具有較大的差別，直流耐壓實(shí)驗(yàn)后，在XLPE電纜中，特別是電纜缺陷處會(huì)殘留大量空間電荷，電纜投運(yùn)后，這些空間電荷常造成電纜的絕緣擊穿事故。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究較多并針對(duì)XLPE電力電纜局放進(jìn)行檢測(cè)并有效定位的一種方法就是振蕩波檢測(cè)。振蕩波電源如果與交流電源進(jìn)行比較，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：具有較高的等效性，作用時(shí)間比較短，并且現(xiàn)場(chǎng)易于攜帶而且操作方便，XLPE電力電纜中的各種缺陷可有效地被檢測(cè)出來(lái)，最重要的是試驗(yàn)對(duì)電纜不會(huì)造成傷害。

4 振蕩波試驗(yàn)系統(tǒng)的突出特性

目前，振蕩波試驗(yàn)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的供用電企業(yè)中被大量使用，主要原因是振蕩波測(cè)試系統(tǒng)具有6點(diǎn)突出的特性：局放測(cè)試在振蕩波所加的測(cè)試電壓下進(jìn)行，電纜中的電場(chǎng)強(qiáng)度分布與電纜正常工作時(shí)的狀態(tài)是一樣的；局放結(jié)果的評(píng)價(jià)與估計(jì)以及放電形式的識(shí)別與辨別都是在正常電壓下完成；裝置整體重量比較輕，電氣元件整體設(shè)計(jì)緊湊；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)間比較短，最重要的是電纜在測(cè)試過(guò)程中不會(huì)損壞；通過(guò)試驗(yàn)電壓的波形特征進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算可以得出電纜的電容量和被測(cè)對(duì)象的介損因數(shù)值；根據(jù)IEC270（國(guó)際電工委員會(huì)）中的要求，電力電纜的局放等級(jí)測(cè)量可以在50～1kHz的帶寬下完成。

5 振蕩波測(cè)試方法與傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法試驗(yàn)周期與標(biāo)準(zhǔn)的比較

1.正常情況：新裝并運(yùn)行電纜，中端頭位置局放量不高于100pC；已經(jīng)運(yùn)行3年及以上的電纜，中端頭局部放電量不高于300pC。

2.異常情況：已經(jīng)運(yùn)行3年及以上的電纜，中端頭的位置局部放電量介于300～500pC之間；運(yùn)行時(shí)間不大于6年的電纜，中端頭的位置局部放電量介于100～300pC之間。

3.缺陷：新裝并運(yùn)行的電纜，中端頭局部放電量超過(guò)100pC。1.電纜運(yùn)行5年。

2.新電纜投運(yùn)前。

3.電纜更換接頭并在送電前。

4.耐壓試驗(yàn)進(jìn)行后測(cè)試。

5.使用者認(rèn)為有必要的時(shí)候。1.測(cè)量電壓，投運(yùn)前的新電纜為2倍額定電壓，運(yùn)行后電纜為1.7倍額定電壓。

2.重點(diǎn)用戶試驗(yàn)周期可以縮短為3年。

3.發(fā)現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)縮短監(jiān)測(cè)周期。

高壓交流耐壓法1.在規(guī)程規(guī)定的電壓下未出現(xiàn)擊穿。

2.耐壓試驗(yàn)后，電纜的吸收比與極化指數(shù)測(cè)試不應(yīng)有比較明顯的變化。1.電纜運(yùn)行5年。

2.新裝電纜在投運(yùn)前。

3.電纜更換接頭并在送電前。

4.使用者認(rèn)為有必要的時(shí)候。預(yù)防性試驗(yàn)電壓為1.6倍額定電壓，交接試驗(yàn)為2.5倍額定電壓。

高壓直流耐壓法1.在測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏電流很不穩(wěn)定。

2.泄漏電流大小隨加壓數(shù)值增大而急劇上升。

3.泄漏電流大小伴隨試驗(yàn)時(shí)間有明顯的上升現(xiàn)象。同上試驗(yàn)電壓為4倍額定電壓。

6 OWTS系統(tǒng)的定位技術(shù)

OWTS系統(tǒng)也是采用了脈沖反射法對(duì)電纜中的局部放電點(diǎn)進(jìn)行定位。假設(shè)電纜具有一定局部放電量產(chǎn)生，放電脈沖將沿電纜向電纜兩端方向傳播，其中一個(gè)脈沖（入射波）經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后將會(huì)到達(dá)測(cè)試端；另一個(gè)脈沖（反射波）向測(cè)試另一端傳播，并在另一端發(fā)生全反射之后再向測(cè)試端傳播，反射波在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后也將會(huì)到達(dá)測(cè)試端。根據(jù)入射波與反射波到達(dá)測(cè)試端之間的時(shí)間差值來(lái)計(jì)算局部放電所發(fā)生的具體位置，并對(duì)電力電纜局部放電進(jìn)行定位。

7 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的電力電纜的局部放電形成原因還是較為復(fù)雜的，電纜試驗(yàn)中應(yīng)用振蕩波測(cè)試技術(shù)是一種非常好的測(cè)試方法，電纜檢查能力得到了有效增加，而且比較適合現(xiàn)場(chǎng)使用，局放能夠被比較準(zhǔn)確地測(cè)試出來(lái)。現(xiàn)場(chǎng)使用中的電力電纜產(chǎn)生一些突發(fā)故障的原因是比較復(fù)雜的，對(duì)于電纜故障進(jìn)行排查是一項(xiàng)難度大、技術(shù)高的工作，振蕩波測(cè)試便于現(xiàn)場(chǎng)使用，快捷方便，同時(shí)也是電力工程技術(shù)人員開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新研究與應(yīng)用的主要方向。

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作者簡(jiǎn)介：劉建軍（1965-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，內(nèi)蒙古東部電力有限公司赤峰市農(nóng)電局生產(chǎn)處生產(chǎn)技術(shù)專責(zé)，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）