配電網(wǎng)中壓電纜振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)研究

王江波

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

配電網(wǎng)中壓電纜振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)研究

王江波

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

檢測(cè)局部放電是提高電纜檢修效率的重要方法，振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)是一種新興電纜檢修技術(shù)，它能夠精確找出電纜中的故障點(diǎn)。在振蕩波局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中要解決局部放電檢測(cè)中的干擾和放電缺陷類(lèi)型的識(shí)別。本文將深入研究配電網(wǎng)中壓電纜振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步完善振蕩波局部放電測(cè)試系統(tǒng)。

電纜；局部放電；振蕩波

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，城市電網(wǎng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，電纜作為城市電網(wǎng)重要的組成其發(fā)展迅速。眾所周知電纜被深埋于地下，一旦電纜發(fā)生故障很難排除，這將影響人們的正常用電需求，因此提高電纜故障定位技術(shù)對(duì)保證供電需求十分重要。振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)就是一種能夠精準(zhǔn)定位電纜故障的新興技術(shù)，它能夠有效提高電纜的檢修效率。

1.振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)的原理

電力電纜通常被埋于地下且其電容量通常都比較大，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工頻電壓下的局部放電檢測(cè)十分困難。過(guò)去對(duì)充油電纜的檢測(cè)采用的方法是直流實(shí)驗(yàn)，這種方法從很大程度上降低了對(duì)電源的要求。但是針對(duì)絕緣電阻很高并且在直流電和交流電下的電壓分布區(qū)別比較大的電力電纜如XLPE而言，如果采用直流實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的話(huà)，在對(duì)XLPE電纜進(jìn)行直流耐壓實(shí)驗(yàn)后，會(huì)在電纜里特別是有缺陷的地方會(huì)存留大量的空間電荷，這些電荷的存在會(huì)使電纜在投運(yùn)后發(fā)生擊穿事故。如果采用超低頻電源來(lái)檢測(cè)這類(lèi)電纜的話(huà)，實(shí)驗(yàn)花費(fèi)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，而且這種方法對(duì)電纜的絕緣能力損耗比較大，很有可能導(dǎo)致電纜出現(xiàn)新的缺陷。

在進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)可以適當(dāng)?shù)厥┘?～28kV的直流電壓，將開(kāi)關(guān)閉合后，被測(cè)的電纜與電磁感應(yīng)器之間會(huì)發(fā)生阻尼振蕩。這種裝置能夠檢測(cè)電力電纜的電容的有效范圍是從0.05～2微法。

2.振蕩波測(cè)試系統(tǒng)的定位技術(shù)

針對(duì)電力電纜局部放電的定位問(wèn)題，初期的局部放電檢測(cè)的方法是掃描電力電纜，而現(xiàn)在通常采用的電力電纜局部放電檢測(cè)方法則是由70年代發(fā)展起來(lái)的方法，它的工作原理是利用局部放電脈沖在電力電纜中具有傳播的性能，運(yùn)用10MHz以上的高頻掃描示波器對(duì)電力電纜進(jìn)行定位測(cè)量，這種方法也被稱(chēng)之為行波法，其工作原理如圖1所示。

注：（a）代表的是接線(xiàn)圖；（b）代表的是檢測(cè)阻抗上的脈沖信號(hào)圖；（c）脈沖波在電力電纜上的傳播；CDO代表的是示波器；PDS代表的是局部放電檢測(cè)儀。

對(duì)于已經(jīng)確定的絕緣型電力電纜而言，電纜中脈沖的傳播速度可以看作是已知的常數(shù)，因此可以利用公式（1）計(jì)算出放點(diǎn)點(diǎn)距離電纜近端（高壓端）的距離。

其中，L表示電纜的長(zhǎng)度，V表示脈沖在電力電纜中的傳播速度，τ表示兩個(gè)脈沖信號(hào)的傳播時(shí)延，也就是說(shuō)τ=t2-t1。

電力電纜局部放電檢測(cè)和定位裝置正是應(yīng)用OWTS振蕩波原理來(lái)定位放電部位。

3.電纜振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題

在使用檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)電力電纜進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常有系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的情況發(fā)生，本文將針對(duì)校準(zhǔn)過(guò)程和加壓測(cè)試過(guò)程中存在的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析。

3.1校準(zhǔn)過(guò)程中存在的問(wèn)題分析

校準(zhǔn)是電力電纜局部放電檢測(cè)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此對(duì)電力電纜的校準(zhǔn)必須正確，如果校準(zhǔn)結(jié)果不準(zhǔn)確會(huì)造成測(cè)試結(jié)果在定位上出現(xiàn)偏差。在校準(zhǔn)過(guò)程中校準(zhǔn)波形的開(kāi)始脈沖波峰應(yīng)設(shè)置在80%左右的地方，在末端會(huì)有反射脈沖的出現(xiàn)且相當(dāng)明顯，而且由兩個(gè)脈沖波峰決定的傳播速度必須在正確的范圍之內(nèi)，也就是說(shuō)在交聯(lián)電纜中脈沖的傳播速度為170m每微秒，如果是紙絕緣電纜的話(huà)則其傳播速度應(yīng)為160m每微秒左右。而導(dǎo)致異常情況發(fā)生的原因有以下幾種情形：（1）因?yàn)樾?zhǔn)儀出現(xiàn)故障或者電量不足、頻率不準(zhǔn)確或者連接處發(fā)生脫落的現(xiàn)象都可能造成脈沖波波形發(fā)生畸變情形。（2）在對(duì)校準(zhǔn)儀進(jìn)行低量程校準(zhǔn)的時(shí)候受到了背景燈干擾因素的影響。（3）在進(jìn)行校準(zhǔn)操作時(shí)沒(méi)有打開(kāi)校準(zhǔn)儀或者現(xiàn)場(chǎng)的干擾比較大。（4）在進(jìn)行校準(zhǔn)操作時(shí)脈沖波峰并沒(méi)有正好處于80%紅線(xiàn)處。（5）電力電纜的長(zhǎng)度輸入錯(cuò)誤，這將造成波速不準(zhǔn)確；如果輸入的電纜長(zhǎng)度值恰好是電力電纜長(zhǎng)度的兩部的話(huà)，校準(zhǔn)時(shí)的波速是正常的，但是波形會(huì)在1/2處出現(xiàn)集中的現(xiàn)象。（6）校準(zhǔn)波形的原始脈沖信號(hào)的波形的極性不正確，這時(shí)可能是校準(zhǔn)儀紅黑線(xiàn)接反造成的。

3.2加壓測(cè)試過(guò)程存在的問(wèn)題

加壓測(cè)試過(guò)程采用的是在測(cè)試時(shí)進(jìn)行逐級(jí)逐相加壓的辦法，采用這樣的方式出現(xiàn)異常情況的原因有：（1）在逐級(jí)加壓時(shí)未注意到量程的最大值從而導(dǎo)致超出量程的情況發(fā)生，超出的部分系統(tǒng)并不會(huì)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)選取，這可能造成部分信息的丟失。（2）如果加壓時(shí)出現(xiàn)異常的與始端局放信號(hào)類(lèi)似的信號(hào)時(shí)，那么在進(jìn)行測(cè)試時(shí)應(yīng)將其盡量排除掉，否則會(huì)直接影響結(jié)果的精確程度，造成精度丟失的原因可能是線(xiàn)端與線(xiàn)頭之間的距離不夠；電纜或地線(xiàn)連接不良等。

4.振蕩波局部放電測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

4.1電磁干擾的來(lái)源及傳播途徑

圖1　行波法工作原理圖

造成電磁干擾的本質(zhì)原因是導(dǎo)體中的電流或者電壓突然發(fā)生變化，造成其發(fā)生變化的原因可能是系統(tǒng)內(nèi)部干擾，也有可能是系統(tǒng)外部干擾。根據(jù)造成電磁干擾的原因可將其劃分為自然干擾和人工干擾兩種情形。自然干擾的干擾源可能是靜電、雷電和自然輻射，人為干擾源可能是傳輸電線(xiàn)中的雜波、接觸器自身雜波和人工作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的雜波等。電磁干擾的途徑通常有兩種形式：傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式。

（1）直接耦合方式。將干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)電線(xiàn)對(duì)電路造成干擾。這些導(dǎo)線(xiàn)可以是連接設(shè)備的導(dǎo)線(xiàn)，也可以是供電源與負(fù)載之間的電線(xiàn)。這些導(dǎo)線(xiàn)在將有效信號(hào)傳輸出去的同時(shí)也將干擾信號(hào)傳輸了出去。

（2）漏電耦合方式。該方式是一種電阻性的耦合方式。當(dāng)元件或?qū)Ь€(xiàn)的電阻降低時(shí)，因?yàn)檫@種情況的出現(xiàn)為電信號(hào)傳輸?shù)竭壿嬙?duì)其造成干擾提供了條件。漏電耦合方式與直接耦合方式在干擾能量的傳輸形式上大致相同，但不同點(diǎn)是直接耦合方式直接通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行能量的傳輸，而漏電耦合方式則是通過(guò)漏電阻來(lái)傳遞能量，它并不能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行傳輸，因此漏電耦合方式要比直接耦合方式的危害更加隱蔽，更加不易于發(fā)現(xiàn)。

（3）公共阻抗耦合方式。只有噪聲源和信號(hào)源才具備這種耦合方式，這種耦合方式通常發(fā)生在兩個(gè)不同的電路的電流流經(jīng)同一個(gè)電阻時(shí)，一個(gè)電路的電壓直接影響另一個(gè)電路的電壓，常見(jiàn)的形式有公共地和電源阻抗兩種。

4.2干擾信號(hào)的抑制方法

電磁干擾的抑制方法主要是根據(jù)電磁干擾三要素的角度進(jìn)行考慮，在進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)時(shí)避免電磁干擾條件的形成。可以從電磁干擾源的角度出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)就要對(duì)其進(jìn)行消除或盡可能地抑制噪聲干擾源，也可以從傳播的途徑角度出發(fā)，想辦法切斷干擾源的傳播路徑，這樣就阻止了干擾源擴(kuò)散到其他電纜或元件，與此同時(shí)提高設(shè)備的抗干擾能力也是十分必要的。抑制干擾信號(hào)的方法通常有屏蔽、濾波和接地這3種辦法。因?yàn)檎袷幉z測(cè)裝置綜合了強(qiáng)電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)，該裝置的內(nèi)部電磁環(huán)境十分復(fù)雜，如果不能夠很好地將電磁干擾問(wèn)題解決的話(huà)會(huì)導(dǎo)致弱點(diǎn)系統(tǒng)暴露在強(qiáng)電的干擾環(huán)境中，造成采集系統(tǒng)、閉合開(kāi)關(guān)和高壓直流源的錯(cuò)誤操作。為了使設(shè)備能夠正常工作，在進(jìn)行振蕩波電磁裝置設(shè)計(jì)與安裝時(shí)就應(yīng)該處理好各個(gè)元件間的電磁干擾設(shè)計(jì)。

結(jié)論

本文主要探討了電纜振蕩波局部放電檢測(cè)技術(shù)的工作原理及其應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析了振蕩波局部放電系統(tǒng)尚存在的一些不足之處，即強(qiáng)電系統(tǒng)干擾弱電系統(tǒng)問(wèn)題和局部放電信號(hào)缺少類(lèi)型識(shí)別的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題本文對(duì)振蕩波局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中干擾的來(lái)源及性質(zhì)進(jìn)行了探討，并提出了相應(yīng)的屏蔽濾波結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高局部放電檢測(cè)靈敏度的目的。

[1]王有元，王亞軍，熊俊，等．振蕩波電壓下10kV交聯(lián)聚乙烯電纜中間接頭的局部放電特性[J]．高電壓技術(shù)，2015，41（4）：1068-1074．

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