一種電力電纜輕微性絕緣故障診斷和定位新技術的應用

李 滔

（云南電網有限責任公司曲靖供電局，云南 曲靖655000）

0 引言

隨著城市電網電壓等級和纜化率的提高以及部分電力電纜使用年限的增加，如何對電力電纜輕微性絕緣故障進行檢測與評估以便擬定科學的檢修策略，成為電力工作者迫切希望解決的技術難題。

目前，工頻或類工頻交流耐壓試驗由于試驗狀況接近電纜的運行工況而成為國內應用最廣泛的試驗方法，在現場試驗應用方面，調頻型串聯諧振試驗裝置由于重量輕、體積小、變頻電源輸出功率僅為試驗功率的1／Q等優點已成為高電壓試驗中一種新的方法與潮流，但其只能通過電纜絕緣是否擊穿得出絕緣狀況好與不好的定性結論，無法對電纜絕緣的中間狀態進行定量評估。針對以上方法的缺點，應用將串聯諧振試驗技術與局部放電測量和定位技術相結合的電力電纜安全檢測評估系統已成為當今電纜絕緣測試與安全評估的重要趨勢。

1 電力電纜安全檢測評估系統技術分析

1.1 系統局部放電檢測原理

系統所采用的電力電纜局部放電檢測方法為脈沖電流法，又叫ERA法，這也是IEC60270和GB／T7354—2003《局部放電測量》規定的測量方法。如圖1所示，其基本原理為：電力電纜在加壓情況下發生局部放電時，近端會產生一個瞬時電壓，此時經過一耦合電容耦合到檢測阻抗上，回路中就會產生一脈沖電流，脈沖電流流過檢測阻抗將產生脈沖電壓，將脈沖電壓予以采集、放大和顯示處理，就可測定局部放電的基本放電量。

圖" 系統的局部放電試驗、測量與定位原理

1.2 系統局部放電定位原理

局部放電定位首先要獲取電纜長度信息，該系統利用脈沖反射法來測量電纜長度：采用任意波形信號發生器向被試電纜施加一個窄脈沖，此脈沖沿電纜正向傳播，經一定的延時T到達終端，并產生反射現象。如果不考慮信號的衰減，則反射信號的幅值與入射信號相同，而方向相反。反射信號經過與入射信號相同的延時T到達發射端。在入射端測量信號傳輸的時間2T，并在電磁波的傳播速度v已知的前提下得到被試電纜的長度。由于測試電壓較低，因此不必考慮電纜局部放電信號的影響。

電纜長度計算公式為：

系統的局部放電定位同樣利用放電脈沖正反向傳播產生的時間差來計算。如圖1所示，假設放電點靠近近端的距離為l。當發生局部放電時，會在導體上產生一個很窄的放電脈沖，此脈沖產生的正向行波和反向行波分別以同樣的速度向近端和遠端傳播。以局部放電的發生時刻為t0，正向行波到達近端的時刻為t1，則有：

反向行波到達遠端后會產生全反射，反射波此后正向向近端傳播，并在t2時刻到達近端，則有：

因此，在電纜長度已知的前提下，只要測量出正向行波和反向行波到達近端的時間間隔Δt，就可以計算出局部放電發生的位置。

1.3 電力電纜安全檢測評估系統結構

由于調頻型串聯諧振試驗裝置中的變頻電源大多數為方波型電源，采用的是PWM原理進行變頻逆變，所以本身局放量較大，對局放測量干擾比較嚴重。為了實現對電源干擾信號的有效降噪，該系統采用了π形結構的高壓濾波器作為局部放電耦合器單元。局部放電耦合器單元是電力電纜安全檢測評估系統拓撲結構的核心部件，是連接高壓源和局放數據采集分析系統的橋梁，應根據調頻型串聯諧振試驗電源設計相應局部放電耦合器單元。

將調頻型串聯諧振試驗裝置、高壓π形濾波器和局部放電測量與評估系統結合起來，即可組成電力電纜安全檢測評估系統。

2 電力電纜安全檢測評估系統的現場應用

2.1 現場應用范圍和限制條件總結

當進行新電纜交接和電纜大修時，由于IES－1000測試系統局部放電測量靈敏度高，測試系統將配合交流耐壓試驗進行，對電纜進行局部放電測量，如果未發現局部放電則電纜投入運行，如發現局部放電則進行絕緣狀況評估、局放故障類型分析和局放位置精確定位，并采取措施進行檢修或替換。

當電纜正常運行時，如通過在線檢測設備發現電纜有局部放電現象，則應對該電纜進行計劃停電，切換到備用線路，然后利用IES－1000測試系統局部放電測量靈敏度高和具備定位功能的特點對電纜進行絕緣狀況評估、局放故障類型分析和局放位置精確定位，并采取措施進行檢修或替換。

2.2 應用實例分析

由于目前110kV運行電纜不易停電檢測，該應用實例主要是在實驗室對廢舊電纜進行試驗，電纜局部放電模型是針刺模型，通過在電纜絕緣層上扎入一根大頭釘來實現，該釘上部必須與電纜的金屬護套相接觸，即與地連接，該釘的底部尖端稍稍扎入主絕緣即可在加壓下形成不均勻電場，嚴禁將釘子貫穿主絕緣而造成短路。

在此次試驗中，電纜絕緣狀態評估結果如下：

（1）最大局部放電量為4 640pC，表明該電纜應采用定位功能查找缺陷點，進行修補或更換。

（2）大于350pC的局部放電數量為277個，所占比重為74.06%，表明電纜局部放電量總體較大。

（3）在60周波內采集的局部放電總數為374個，表明局部放電活躍程度一般。

根據以上電纜絕緣狀態評估結果，采用了電力電纜安全檢測評估系統中的局部放電定位技術查找輕微性絕緣故障點。定位試驗數據共采集了20次，兩個光標之間的時間差即正反向波形的時間差為2.275μs，已知電纜長度為300m，代入式（4）可得，局部放電點離測量近端距離為106m左右，這與實際的電纜局部放電模型所在點（離測量近端105m）幾乎一致，因此可證明電力電纜安全檢測評估系統局部放電定位功能是有效的。

3 結語

根據電纜故障的發展過程可知，一般輕微性絕緣故障經過較長時間才會形成絕緣擊穿，且伴隨著局部放電由弱到強的過程。因此，如果能在出現輕微性絕緣故障時采用局部放電測量定位技術發現它并采取措施，將可避免更大的損失。

［1］羅俊華，楊黎明，史濟康.電力電纜及試驗技術回顧［J］.高電壓技術，2004，30（S1）：81－82.

［2］江毅，鐘建靈.交聯電纜技術要求的新趨勢及交流耐壓試驗的狀況［J］.廣東電力，2002，15（4）：34－35.