110 kV交聯電纜局放試驗系統及屏蔽室方案探析

韓昆鵬，黃小芳

（遠程電纜股份有限公司，江蘇 宜興 214251）

0 引 言

110 kV交聯聚乙烯絕緣電纜在高電場作用下，由于絕緣介質不均勻、存在氣隙或雜質、界面不均勻等會產生局部放電。準確測量110 kV交聯電纜絕緣局部放電量，是評定絕緣品質的重要手段。110 kV電纜局放測試從外部隔離電源輸入屏蔽室局放測試系統至測試終端顯示局放測試指標，整個系統極易受外部各種電磁脈沖信號干擾。不對測試系統外界干擾信號加以屏蔽處理，不僅影響測試結構準確性，而且嚴重時強脈沖信號會損壞測試設備，傷害測試人員。因此，110 kV電纜局放測試系統均需具備良好的屏蔽和接地措施，以降低來自測量系統外部的輻射干擾和電源系統干擾，提高測試安全可靠性。根據電纜行業具體局放測試裝備特點，本文就110 kV交聯電纜典型局放測試系統結構及其屏蔽室電磁屏蔽方案進行探析。

1 局放測試系統結構

1.1 基本結構

110 kV高壓電纜局放測試系統以典型串聯諧振局放試驗系統為例，試驗系統由串聯諧振試驗系統、高壓濾波器（PD≤2 pC）、高壓耦合電容（PD≤2 pC）、低壓校準注入電容、雙脈沖校準器（校準范圍：5～100 pC）、局放測試儀及電纜試驗終端等部分組成[1]。局放測試系統靈敏度≤2 pC。

1.2 串聯諧振

諧振是通過調整測試回路自振頻率與輸入電源頻率一致，使輸出諧波幅值增大至滿足輸出要求的過程。串聯諧振用于滿足高電壓輸出要求，并聯諧振用于滿足大電流輸出要求。110 kV電纜局放系統諧振串聯、并聯可調。110 kV電纜試驗所需電源容量大，采用串聯諧振可以通過輸入較低電壓激勵產生電纜測試所需的高電壓，有效減小輸入電源容量。但是，諧振電源在開放環境中極易受到外界電磁信號的干擾，周邊機器設備啟停、電源開關起合、電源電壓電流波動[2]都會影響諧振系統工作諧波信號穩定。

1.3 系統調諧

串聯諧振系統經調壓變壓器、勵磁變與高壓電抗器連接，輸入電壓經調壓變壓器連續可調。調整勵磁變與電抗器工作頻率一致。高壓電抗器采用兩個U形低磁通密度鐵芯磁鐵，氣隙分割，電抗器磁鐵分割間隙環繞高壓繞組。U形磁鐵氣隙間隔通過驅動電機連續可調。通過調整U形磁鐵間隙，實現系統的精準調諧。

1.4 干擾抑制

電纜局放測試系統配備低壓和高壓濾波器，以抑制測試回路信號干擾。在串聯諧振系統調壓器和勵磁變之間接入低壓濾波器，用于衰減電源輸入端產生的信號干擾。高壓濾波器與耦合電容連接，衰減來自高壓電抗器端的信號干擾。局放測試系統裝置置于密閉的金屬屏蔽室內，局放測試系統輸入電源采用隔離變壓器并經濾波器接入，以衰減和消除外界電磁信號干擾。

1.5 系統校準

局放系統采用低壓校準注入電容校準注入高壓測試系統的局放脈沖。雙脈沖校準器用于校準局放測試系統回路特性。局放測試儀引用校準器保證測試讀值和輸出準確。

1.6 局放測量

測量系統由局放測試儀、校準系統、放大器系統和數據處理系統等組成[2]，如圖1所示。電纜局放脈沖信號經濾波器過濾采用特定頻帶耦合匹配采集，采集數據經放大器系統放大信號輸出至數據處理終端處理。局放測量系統測量記錄電纜局放脈沖和試驗電壓連續數值，提供屏幕顯示局放峰值、試驗電壓、局放與相位關系等，通過數據終端顯示測試結果，如圖2所示。

圖1 電纜局放測量

圖2 局放測試數據顯示

2 局放系統屏蔽室

2.1 局放系統采用全屏蔽室屏蔽

局放系統屏蔽室采用全密封屏蔽結構，屏蔽室與周邊建筑電氣隔離。與屏蔽室連接的電磁信號采用濾波處理消除背景噪音。

2.2 全屏蔽室結構

局放系統屏蔽室采用全密封金屬結構。屏蔽室宜獨立于建筑廠房或與建筑廠房采用絕緣連接。在可能的情況下，屏蔽室應遠離變配電設施和車間生產設備。屏蔽室墻體和屋頂采用金屬板材焊接拼裝。金屬板材選用主要考慮屏蔽效果和經濟適用性[3]。鋼材具有高磁導率，強度高，機械加工性好，在屏蔽室建設中應用廣泛。通常采用波形鍍鋅鋼板，鋼板連接縫填裝導電襯墊，鋼板縫隙焊接采用滿焊，防止漏焊和焊包焊瘤。屏蔽門采用電動氣密或手動屏蔽門，屏蔽門均采用鎖緊裝置，當屏蔽門關閉時能與門框密合。地面屏蔽采用鋼板焊接而成。通風窗采用波導窗（波導屏蔽風口）。所有電磁信號（電源、電話、空調等）加裝濾波器，輸入信號濾波器安裝在屏蔽墻體外側，與屏蔽墻體安裝時加裝導電襯層。屏蔽體獨立結構與建筑廠房采用絕緣拉結或吊掛。

接地系統可采用單根或多根銅質或銅包鋼質金屬棒垂直插入地下或采用銅排網結構。金屬棒或銅排采用銅帶連接，單點接地，滿足接地電阻＜0.5 Ω[3]。銅帶與金屬棒連接采用熱熔焊，可以有效降低接觸電阻。接地點應遠離屏蔽室門窗開口位置。接地金屬棒引出端加裝塑料絕緣套管，抑制地電流干擾。屏蔽室地面屏蔽鋼板下方鋪設有絕緣地坪，地坪絕緣采用高強度PP板焊接而成，地坪絕緣電阻＞1 000 MΩ[3]。電源線防止相互干擾，穿鋼管敷設。給排水管道系統均采用波導管屏蔽處理。控制室6面全屏蔽，地面采用全鋼抗靜電架空活動地板，設置屏蔽觀察室。視窗采用雙層鋼化玻璃夾屏蔽網。

2.3 屏蔽效果測試

屏蔽室屏蔽效果評測是在屏蔽室外放置信號源發射電磁脈沖信號，通過測量比較屏蔽室內部接收到的脈沖信號衰減給出結果。通過調整信號源頻率，模擬不同頻段電磁干擾。測試信號源發射和接收應在屏蔽室的不同方向和不同位置分別測試，以驗證屏蔽室的各部分結構設計和施工均滿足屏蔽要求。在屏蔽室墻體的垂直方向和屋頂應分別設置測試點，尤其是應重點檢測門窗、管道等易造成電磁泄漏的開口位置。

2.4 屏蔽效果維護

屏蔽室在長期使用過程中應妥善維護，防止因屏蔽墻體脫焊開裂、波導窗波導管連接松動或脫落、門窗關閉不嚴、屏蔽室進潮地坪隔離絕緣電阻下降以及接地電阻上升等各種原因[4]，造成屏蔽效果下降。

3 結 論

局放檢測是每一盤110 kV交聯電纜出廠的例行檢驗項目，要保證局放測試結果準確，除了測試系統本體的抗干擾和校準措施，還需使局放測試屏蔽室的屏蔽效果滿足測試系統的設計要求。