110 kV電纜振蕩波局部放電模擬試驗分析

曹俊平， 溫 典， 蔣愉寬， 劉 巖

（1.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.國網浙江省電力公司，杭州 310007）

110 kV電纜振蕩波局部放電模擬試驗分析

曹俊平1， 溫 典1， 蔣愉寬1， 劉 巖2

（1.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.國網浙江省電力公司，杭州 310007）

為驗證110 kV高壓電纜振蕩波局部放電試驗技術檢測電纜絕緣潛在性缺陷的有效性，以及積累該項試驗技術現場應用經驗，在高壓大廳進行了110 kV電纜終端及中間接頭放電仿真模型局部放電振蕩波模擬試驗，并進行該項技術對試驗電纜破壞性的比對研究。試驗表明高壓電纜振蕩波局部放電試驗技術可檢測并定位電纜終端較明顯的局部放電缺陷，但對于半導電尖端較小的模擬缺陷，則無法檢測到局部放電。

高壓電纜；缺陷模型；模擬試驗；振蕩波；局部放電

0 引言

截至2015年底，浙江電網110 kV高壓電纜達到944回，共計1 980.4 km，中間接頭和終端分別為1 961組和2 380組，呈逐年增長的趨勢。

在電纜長期運行過程中，本體及附件故障屢見不鮮，如何通過有效的監測手段準確、實時掌握電纜本體及附件的運行狀態，避免因電纜本體及附件故障擊穿導致的大面積停電事故，是保障電力安全輸送的重要課題[1]。浙江電網高壓電纜曾多次發生電纜故障，嚴重影響了電力負荷的安全、穩定傳輸。

電纜振蕩波局部放電（簡稱局放）試驗技術是近年發展起來的離線（停電）電纜局放檢測技術，該技術可以發現電纜絕緣潛在性的缺陷，目前已經在中低壓電纜中得到了廣泛的應用[2-3]，但該技術在高壓電纜領域應用較少，主要是因為高壓電纜現場測試存在很多難點。

本文介紹了在高壓大廳利用110 kV電纜終端及中間接頭仿真模型進行局放振蕩波模擬試驗，通過設置終端放電模型和中間接頭半導電尖端模型驗證該項技術的有效性，并比對研究了該項技術對試驗電纜的破壞性，積累了該項試驗技術現場應用的經驗，為該項試驗技術現場推廣打下了堅實的基礎。

1 電纜振蕩波局放試驗簡介

電纜振蕩波局放測試系統利用阻尼振蕩電壓作為試驗電壓，對被測電纜逐級加壓測試并采集數據，經過數據分析得到電纜的局放特征參數和局放位置，由此可評估電纜局放特性并診斷潛在的缺陷，可用于帶絕緣屏蔽結構電纜全線本體和附件缺陷檢測[4-5]。

電纜振蕩波局放測試系統的電源與交流電源等效性好，作用時間短、操作方便，與直流耐壓和交流耐壓相比對電纜造成的傷害較小，可發現潛在性的缺陷，在電纜發生絕緣故障前可對絕緣狀態進行預判[6-7]。

電纜振蕩波局放試驗原理如圖1所示，由高壓單元、控制單元和測試軟件構成，直流電源先對電容充電，然后IGBT（高壓光觸開關）閉合，由測試儀器電感和被試電纜電容產生諧振，在被試電纜端產生振蕩電壓。

圖1 電纜振蕩波局放試驗原理電路

局放定位采用脈沖反射原理，若被試電纜某處發生局放，脈沖沿電纜向測試端和末端2個方向傳播，其中一個脈沖（入射波）到達測試端；另一個脈沖（反射波）向測試末端傳播，并在末端發生反射，反射波再傳播到測試端，根據2個脈沖到達測試端的時間差，可計算局放發生位置[8]。

2 110 kV高壓電纜試驗室運行間隔模擬

在高壓試驗大廳構建110 kV XLPE電纜真型試驗模型，如圖 2所示。試驗模型由 2盤YJLW03-64/110-1×630 mm2電纜、1個中間接頭以及2個110 kV復合套管終端構成，其中U0（額定工頻電壓有效值）為64 kV，電纜回路總長度為168 m，接頭數是1個，位于距離測試端83 m處。

圖2 模擬試驗電纜布置照片

先設置中間接頭缺陷模型，在中間接頭安裝時設置了1個0.5 cm長的半導電尖端放電模型，進行中間接頭缺陷模型測試。之后分別在被試電纜首、末端分別掛一段約30 cm長的裸銅線，模擬電纜首、末端放電情況。

3 模擬試驗分析

在高壓試驗大廳對110 kV電纜仿真試驗模型共進行了2項模擬試驗分析，一項是振蕩波檢測技術對試驗電纜破壞性的比對研究，主要與工頻交流耐壓試驗作比對；另一項是基于電纜中間接頭和終端放電模型的振蕩波局放試驗有效性研究，驗證該項測試技術對電纜缺陷的辨別和定位效果。

3.1 振蕩波檢測技術對試驗電纜破壞性的比對研究

為檢驗振蕩波檢測技術對電纜的破壞性，進行了以下試驗：

（1）對模擬試驗電纜回路進行狀態確認，對電纜的主絕緣做絕緣電阻測試及耐壓試驗，絕緣電阻測試電壓5 000 V，絕緣電阻值為509 MΩ，按照《電力電纜交接和預防性試驗補充規定》，對試品電纜進行1.7 U0與60 min的工頻交流耐壓試驗，試品未擊穿，說明試品電纜回路無異常。

（2）用振蕩波局放檢測技術進行局放測試，試驗電壓峰值為150 kV（目前設備輸出的最高峰值電壓數值），試品電纜試驗結果正常，未發現試品內部存在局放，試品未發生擊穿或閃絡。

（3）對試品電纜進行絕緣電阻測試和交流耐壓試驗，絕緣電阻測試電壓5 000 V，絕緣電阻值為489 MΩ，耐壓試驗參數為1.7 U0與60 min，試品通過試驗，試品未擊穿。說明振蕩波局放檢測過程未影響試品電纜回路絕緣特性。具體試驗結果見表1。

表1 振蕩波檢測技術對110 kV試驗電纜破壞性的比對數據

3.2 振蕩波局放試驗有效性研究

3.2.1 中間接頭缺陷模型下振蕩波局放試驗

逐步將振蕩波檢測電壓升至峰值為150 kV時，電纜本體及附件未發現局放情況，試驗數據見表2。

表2 試驗電壓峰值為150 kV時測試數據

經分析測試數據，中間接頭缺陷模型下未能有效檢出缺陷。

3.2.2 終端缺陷模型下振蕩波局放試驗

在被試電纜首端掛一段約30 cm長的裸銅線，模擬電纜首端放電情況，布置情況見圖3。

振蕩波檢測電壓峰值升至150 kV，測試時可見放電集中現象，見圖4。

分析測試數據，得出放電位置為電纜首端，試驗數據見表3，放電位置分布見圖5。

在被試電纜末端掛一段約30 cm長的裸銅線，模擬電纜末端放電情況，布置情況見圖6。

振蕩波檢測電壓峰值升至150 kV，測試時可見放電集中現象，見圖7。

圖3 被試電纜首端放電模擬

圖4 首端放電模擬125 kV時局放測試

表3 電纜首端放電模擬測試數據

圖5 電纜首端放電位置分布情況

分析測試數據，得出放電位置為電纜末端，試驗數據見表4，放電位置分布情況見圖8。

4 結論

通過110 kV高壓電纜仿真模擬，研究了110kV電纜振蕩波局放試驗技術檢測電纜絕緣潛在性缺陷的有效性，并進行了該項技術對試驗電纜破壞性的比對研究。

圖6 被試電纜末端放電模擬

圖7 末端放電模擬125 kV時局放測試

圖8 電纜末端放電位置分布情況

（1）110 kV高壓電纜振蕩波局放試驗技術可檢測并定位電纜終端較明顯的局放缺陷，但對于半導電尖端較小的模擬缺陷無法檢測到局放。

（2）在模擬試驗過程中，110 kV高壓電纜振蕩波局放試驗未破壞試品電纜回路的絕緣特性。

（3）110 kV高壓電纜振蕩波局放試驗現場應用還有待深入研究，110 kV電纜現場有2種接線方式無法進行該項試驗，一類是電纜終端安裝在終端塔塔身平臺上時，受加壓引線長度限制及定位影響，該側無法測試；另一類是電纜頭連接GIS（氣體絕緣金屬封閉開關設備）時，從GIS側加壓時無法進行電纜故障定位。

[1]朱啟林.最新電力電纜運行、檢修、設計、施工與工程圖集[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]楊連殿，朱俊棟，孫福，等.振蕩波電壓在XLPE電力電纜檢測中的應用[J].高電壓技術，2006，32（3）∶27-30.

[3]董雪松.中低壓電纜振蕩波局放測試若干注意事項[J].浙江電力，2012，31（12）∶15-17.

[4]劉巖，林洲游，胡偉.振蕩波測試技術在中壓電力電纜局部放電檢測中的應用[J].浙江電力，2011，30（11）∶6-8.

[5]張國棟，田立斌，王江林，等.基于振蕩波檢測系統的電力電纜局部放電波形研究[J].電工電氣，2013（11）∶45-48.

[6]鄭竑.中低壓電纜采購中電纜質量檢驗的實踐與探討[J].浙江電力，2015，34（5）∶56-59.

[7]鐘宇軍，李程，孫建生，等.國內外橋梁敷設電力電纜的可行性對比分析及建議[J].浙江電力，2016，35（7）∶16-19.

[8]BARTNIKAS R，NOVAK J P.On the character of different forms of partial discharge and their related terminologies[J].IEEE Transactions on Electrical Insulation，1993，28（6）∶956-968.

（本文編輯：陸 瑩）

Analysis on Simulation Test of Oscillation Wave Partial Discharge of 110 kV Cable

CAO Junping1，WEN Dian1，JIANG Yukuan1，LIU Yan2
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

To verify the validity of 110 kV high voltage cable oscillation partial discharge test for latent cable insulation defect detection as well as experience accumulation of test technology in field application，partial discharge oscillation wave simulation test on 110 kV high voltage cable terminations and middle joints discharge simulation model is performed in the high voltage test hall,and comparative research on cable damage by use of the technology is conducted.The test shows that partial discharge test technology of high voltage cable oscillation wave can effectively detect and locate clear partial discharge defects of cable terminations and middle joints；however，it can not detect partial discharge from semiconductive terminal with small analog defects.

high-voltage cable；defect model；simulation test；oscillation wave；partial discharge

浙江省電力公司科技項目（5211DS15002B）

TM75

B

1007-1881（2017）02-0001-04

2016-11-01

曹俊平（1986），男，工程師，從事電氣試驗及電纜專業狀態檢測工作。