變電站內聯(lián)絡電纜局部放電檢測及解體研究

魏占朋 ，王榮亮 ，林國洲 ，殷 震 ，潘玉美

（1.國網天津市電力公司檢修公司，天津 300000；2.國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250021）

0 引言

為了節(jié)約用地成本，提高設備的可靠性，變電站內GIS設備的使用越來越普遍。一部分市區(qū)內的變電站站內變壓器與GIS設備通常會通過一短段聯(lián)絡電纜連接，站內聯(lián)絡電纜距離較短，沒有中間接頭，僅有兩個終端接頭。隨著電纜制作工藝的不斷改進，電纜本體發(fā)生故障的概率已經非常小，但是電纜終端接頭制作工藝復雜，場強分布集中，再考慮安裝環(huán)境差和技術水平參差不齊，聯(lián)絡電纜的兩個終端接頭是該電氣連接的薄弱點［1-2］。該段聯(lián)絡電纜是兩個關鍵設備的連接線，一旦發(fā)生故障將直接造成變壓器和GIS設備事故。

對該段處于重要位置的電纜線路進行全面的帶電檢測非常必要［3-5］。高頻局放檢測技術在電纜狀態(tài)檢測方面應用較早，現(xiàn)場應用較為普及［6］。無論在實驗室還是現(xiàn)場都積累了大量的典型圖譜，為現(xiàn)場檢測工作提供判斷依據［7］。但是對數(shù)據的挖掘還不是特別充分，缺少橫向和縱向的對比。另外，近年來隨著采集運算能力的提高，特高頻檢測技術漸漸開始應用于現(xiàn)場檢測，并取得了良好的效果［8-11］。

結合站內聯(lián)絡電纜的局部放電缺陷，對高頻放電信號進行深度發(fā)掘，分析了高頻信號的傳播特性、頻率衰減特性和波形畸變率。在此基礎上，優(yōu)化高頻局放的現(xiàn)場檢測方法，通過對比近端和遠端三相高頻放電圖譜先確定放電信號來源，再分析放電性質，提高了檢測準確率。最后結合超聲波和特高頻技術驗證了局部放電信號并進行了精準定位。

1 檢測對象的接線方式

為了保證供電可靠性，對站內電纜進行一次全面的帶電檢測，發(fā)現(xiàn)變壓器與GIS之間的一段聯(lián)絡電纜線存在局部放電疑似信號。該段電纜的電壓等級為220 kV，長度為60 m。該段電纜沒有中間接頭，僅有兩組終端接頭，接頭為充油套管終端，應力錐采用硅橡膠絕緣，外層為環(huán)氧樹脂套筒，如圖1所示。接地方式是一端直接接地，另一端經保護器接地，變壓器側是直接接地，GIS側是保護接地，如圖2所示，左側為GIS側，接地方式為經過保護接地，右側為主變側，接地方式為直接接地。接地線長度為3.5 m。

圖1 GIS電纜終端結構

圖2 聯(lián)絡線2202的接線

2 高頻信號分析

2.1 統(tǒng)一檢測方向

2.2 判斷信號來源

判斷信號來源需要同時分析GIS側和變壓器側A，B，C三相的高頻檢測圖譜。

首先分析GIS側A，B，C三相的高頻檢測圖譜，從相位圖譜上分析，A，B，C三相均存在一簇相似放電信號，且每簇信號相位互差120°，C相的相位極性與A和B相相反。表明A，B，C三相檢測到的高頻信號是同一信號，該信號源于C相，通過接地線傳播至其他兩相的接地箱上。從頻率上分析，C相頻率集中在 5.5～6.5 MHz，A 相頻率集中在 5.5～6.5 MHz，B 相頻率集中在 3.0～4.5 MHz，A，C 兩相頻率較集中，B相頻率已發(fā)散。表明放電信號在傳播到B相頻率發(fā)生了衰減，排除信號來源于B相的可能。從波形上分析，C相的第一個波頭是向上，而A，B相的第一個波頭都是向下的，采用高速示波器采集到同樣的檢測結果，如圖 3所示（黃，綠，紅依次代表 A，B，C三相），表明放電信號源自C相。

圖3 高頻對比圖譜

再次分析變壓器側A，B，C三相的高頻檢測圖譜，從相位圖譜上分析，與GIS側A，B，C三相的特征相似，表明信號源自C相，從頻率上分析，C相頻率在 2.5～3.6 MHz，A 相頻率在 2.8～4.0 MHz，B 相頻率在 2.6～4.2 MHz，A，B，C 三相都已發(fā)散， 無法直接判斷。從波形上分析，與GIS側A，B，C三相的特征相似，表明信號來自C相。

最后對比GIS側和變壓器側C相的高頻檢測圖譜，GIS側的放電幅值更大，放電頻率更集中，放電波形畸變率更小。所以最終確定信號來自GIS側C相電纜終端內。

圖4 GIS側C相高頻檢測圖譜

2.3 判斷信號性質

通過橫向和縱向的對比，最終確定放電信號源自GIS側的C相電纜終端，所以重點對GIS側C相的放電信號進行研究分析，C相的高頻圖譜如圖4所示。

從相位上分析，在正半周或負半周的電壓大于一個放電閾值后才開始積累放電脈沖，呈現(xiàn)出 “山坡”狀。正半周的放電脈沖數(shù)要大于負半周的放電脈沖數(shù)。從頻率上分析，放電頻率比較集中，呈現(xiàn)一條“橫線”的形狀。從波形上分析，放電波形呈現(xiàn)典型震蕩衰減，波形較為平滑沒有明顯的畸變。以上現(xiàn)象表明為內部或表面放電，且放電源距離檢測點比較近，電纜終端接頭放電的可能性最大，但是無法排除GIS內部絕緣件放電的可能。

3 超聲波和特高頻檢測

3.1 超聲波檢測

采用AIA-2進行超聲波檢測，采用40倍放大倍率，在環(huán)氧樹脂套筒底部超聲最明顯，如圖5所示。

圖5 超聲波連續(xù)譜圖

在連續(xù)模式下，該信號最大峰值16 mV，50 Hz相關性及100Hz相關性明顯，且100Hz相關性大于50 Hz相關性。戴上耳機可以聽到明顯“嗡嗡”的放電聲音。

3.2 特高頻檢測

采用莫克特高頻檢測儀進行特高頻檢測，檢測位置在環(huán)氧樹脂套筒底部，檢測譜圖如圖6所示。

基于光伏與空調負荷協(xié)調優(yōu)化的有源配電網經濟調壓策略//王琦,方昊宸,竇曉波,陸斌,胡敏強,包宇慶//(24):36

一個周期內正負半周均有信號，正半周放電脈沖數(shù)多于負半周放電數(shù)，屬于典型的絕緣類放電。

3.3 特高頻時延分析

采用特高頻兩點時延的方法進行了定位，一個布置在C相電纜終端根部環(huán)氧樹脂附近，另一個在2202-2隔離開關處的環(huán)氧樹脂盆附近，兩個傳感器相距4.15 m，如圖7所示。

圖6 特高頻PRPD譜圖

圖7 傳感器安裝示意

圖8 特高頻信號時延

高速示波器采集到的兩傳感器檢測到的放電信號如圖8所示，統(tǒng)計平均值得到時差為10.5 ns，特高頻的傳播速度為30 cm/ns，確定放電點在電纜底部法蘭上方0.4～0.6 m之間。

4 解體分析

結合高頻、超聲、特高頻及時延定位等檢測結果，確定放電信號來自GIS側C相電纜終端，且放電現(xiàn)象明顯，屬于嚴重缺陷，需立即停電解體。

放完絕緣油，取下環(huán)氧套筒后，在應力錐上部發(fā)現(xiàn)明顯的放電灼燒痕跡，有許多炭黑結晶。如圖9所示，經測定在法蘭上部0.6～0.8 m，與特高頻定位結果吻合，同時驗證了高頻檢測手段的有效性。

分析原因可能是由于缺油造成的場強過于集中，造成局部放電。缺油的原因或許是操作失誤注油沒有達到規(guī)定的標準，或許是金屬護套有沙眼存在滲油現(xiàn)象。

圖9 電纜終端解體

5 結語

局部放電是設備狀態(tài)評估的一個重要指標，放電現(xiàn)象的出現(xiàn)會產生放電脈沖電流，在接地回路中形成高頻電流，放電源同時會通過介質向外傳遞機械波形成超聲，放電源還會向外界輻射電磁波形成特高頻信號。通過3種檢測技術同時檢測到同一個放電源，可以極大地提高檢測成功率。

通過一起典型的站內聯(lián)絡電纜的帶電檢測及解析分析的案例，總結了一套全面的通過高頻檢測先確定信號來源再確定信號性質的方法，提高了高頻檢測的檢出率。結合放電現(xiàn)象的特征，針對非常重要位置的站內聯(lián)絡電纜必須進行全面的狀態(tài)檢測，建議將全面的高頻檢測和接地環(huán)流檢測作為普測手段，特高頻和超聲波作為復測及精準定位的手段。