電纜局部放電帶電檢測技術應用分析

李 楠,沈 南,王文妹,王思瑩,劉 影

(國網河北省電力有限公司石家莊供電分公司,河北 石家莊 050051)

隨著經濟發展和城市規模的擴大,石家莊地區各等級輸電電纜線路呈逐年增多的趨勢,電纜運維工作的重要性日漸凸顯,工作任務愈加繁重。采用傳統的巡線方法費時費力,效率低下,且僅能發現線路管道中存在的一些肉眼可見的安全隱患,而對判斷電纜的絕緣狀態無能為力。電纜線路中如果存在缺陷,在一定條件下會發生放電。局部放電檢測作為一種帶電檢測手段可檢出此種缺陷,目前在應用中已取得一定成果。以下針對某條電纜線路在帶電檢測中發現的放電信號,經過多手段測量進一步比較分析判斷,確定了放電點的具體位置,通過解剖發現端頭內部存在明顯的放電痕跡,驗證了局部放電測試的有效性和判斷結果的正確性[1-2]。

1 電纜局部放電帶電檢測技術

高頻、特高頻、超聲波局部放電檢測是應用于電力電纜最常見的3種局部放電帶電檢測技術。

1.1 高頻局部放電檢測

高頻局部放電檢測頻率范圍通常在3～30 MHz之間,其高頻脈沖電流信號可以由電感式耦合傳感器或電容式耦合傳感器進行耦合,也可以由特殊設計的探針對信號進行耦合。高頻局部放電檢測方法,根據傳感器類型主要分為電容型傳感器和電感型傳感器。電感型傳感器中高頻電流傳感器具有便攜性強、安裝方便、現場抗干擾能力較好等優點,因此應用最為廣泛,其工作方式是對流經電力設備的接地線、中性點接線以及電纜本體中放電脈沖電流信號進行檢測[3]。

1.2 特高頻局部放電檢測

局部放電檢測特高頻法的基本原理是通過特高頻傳感器對電力設備中局部放電時產生的特高頻電磁波(100～3 000 MHz)信號進行檢測,從而獲得局部放電的相關信息,實現局部放電監測。特高頻法正是基于電磁波在GIS中的傳播特點而發展起來的。他的最大優點是可有效地抑制背景噪聲,如空氣電暈等產生的電磁干擾頻率一般均較低,可用寬頻法UHF 對其進行有效抑制;而對特高頻通信、廣播電視信號,由于其有固定的中心頻率,因而可用窄頻法UHF將其與局部放電信號加以區別。另外,如果GIS中的傳感器分布合理,那么還可通過不同位置測到的局部放電信號的時延差來對局部放電源進行定位[4-5]。

1.3 超聲波局部放電檢測

在電力設備中當有局部放電發生時,會產生聲信號。通過專用的聲發射傳感器收集這些聲音信號,并且根據實際應用經驗加以分析,可以對SF6絕緣電氣設備的運行狀況做出很大程度的安全評估。該儀器可以檢測聲信號的幅度、相位、頻率成分,原始信號特征,以及跟工頻頻率的相關特性分析。

2 電纜局部放電帶電檢測技術的應用

2.1 應用背景

2020年1月3日,通過高頻局部放電檢測發現某線路站內GIS電纜終端處,存在異常高頻局部放電信號,且W 相的局部放電信號最大為-25.6 d Bm,使用超聲波局部放電設備進行驗證時,U、V 相未檢出,而W 相存在峰值為3.5 mv的超聲波局部放電信號,懷疑W 相GIS 終端內部已發生懸浮放電。

供電公司進行了分析診斷,鑒于物資備貨及供電保障原因,決定暫時采取24 h局部放電重癥監測方式,對該線路進行在線監控,如遇數值激增,則立即進行停電檢修,如無明顯變化,則等待物資人員到位后進行開倉解體檢查。

2.2 過程分析

2.2.1 高頻局部放電檢測情況

首先將一根軟導線穿過高頻傳感器,并形成閉合回路,置于空氣中采集背景信號,經檢測證明空氣中無高頻干擾信號,然后分別將3個高頻傳感器卡在U、V、W 三相電纜GIS終端上,通過比對幅值,且W 相的局部放電信號最大為-25.65 dBm,說明W 相電纜終端內部可能已存在懸浮電位,見圖1。

圖1 W 相高頻局部放電

2.2.2 特高頻局部放電檢測情況

將特高頻傳感器緊貼電纜GIS終端W 相環氧絕緣套處,記錄特高頻信號TB1。將特高頻傳感器放在電纜倉基座上,記錄特高頻信號TB2,再將傳感器遠離W 相終端,移到母線側后特高頻逐漸減小至無,且特高頻信號也為間歇性信號,判斷為W 相發生局部放電。

進一步,通過特高頻故障定位局部放電位置。首先通過時差法進行粗略定位:將1個特高頻傳感器UHF1放在電纜GIS終端電纜倉基座上,保持不動,以UHF1為中心,向四周移動特高頻傳感器UHF2,始終是UHF1先接收到信號,充分說明了其中1個特高頻信號是來自電纜GIS終端。

將UHF1(1通道,黃色)緊貼W 相應力錐絕緣套,將UHF2(2通道、藍色)分別緊貼U、V 相應力錐絕緣套,始終是W 先接收到信號,說明該信號來自W 相電纜終端,見圖2。

圖2 UHF1(W 相)與UHF2(V 相)示波器示意

將UHF1(1 通道,黃色)緊貼W 相應力錐絕緣套,將UHF2(2 通道、藍色)緊貼電纜倉上部盆子澆注口,計算時差。UHF1 早5.3 ns,由于電磁波在電纜中的傳播速度,大致為0.15 m/ns,盆子距離V 相絕緣護套大概為1.3 m,經計算得出信號源可能在絕緣套(特高頻檢測點)偏上30 m 左右,即電纜倉底部,見圖3。

圖3 UHF1(W 相)與UHF2(U 相)示波器示意

2.2.3 超聲局部放電驗證情況

為進一步驗證高頻及特高頻局部放電信號的真實性,將超聲波傳感器放置在GIS終端法蘭附近,取背景信號,然后再將傳感器分別對U、V、W三相電纜終端進行檢測。在W 相終端上檢測到了幅值約為3.5 mv的,較為明顯且連續的超聲波信號,而U、V 相均未檢測到異常超聲波信號,說明該信號具備工頻特性,且其內部應已發生局部懸浮放電,見圖4。

圖4 W 相超聲局部放電

通過分析診斷,鑒于物資備貨及供電保障原因,決定一方面采取24 h局部放電重癥監測,另一方面縮短帶電檢測周期,全方位掌控電纜的運行狀態。

從各項監測數據來分析,自發現之日起至2月中旬的局部放電數值比較大,但發展較為平穩,2月中旬至今的局部放電量開始逐漸震蕩衰減,且變化區間波動平穩,其中較為嚴重的W 相終端原來檢出的異常超聲信號,在3月24日檢測時已經消失,后期各項數值已無明顯激增或劣化跡象,見圖5。

3 應用效果

2020年6 月8 日,進行停電消缺,對W 相GIS終端開始解體檢查。解體后,經檢查,在W相GIS終端頂部臨近絕緣處的線芯上,發現一處明顯放電點,將銅線芯燒灼為灰白色,并在屏蔽均壓環內側及內屏蔽層、絕緣層與線芯放電點的對應位置,也發現了明顯灼燒痕跡。

圖5 W 相24 h局部放電重癥監測數據

經現場解體及還原附件制作過程之后分析認為,發生缺陷的原因應為電纜GIS終端附件廠家在附件安裝過程中,對電纜加熱校直工序執行不到位,致使電纜在附件制作完畢且投入運行后絕緣長度回縮嚴重(比標準值多回縮了約1 cm),形成較大空隙,從而造成內部電場控制位置發生偏差,在長期運行狀態下,逐步形成懸浮放電。

4 結束語

通過以上分析,可得出:高頻局部放電檢測儀能夠有效地檢測到運行電纜中已經產生放電的缺陷。輸電電纜帶電檢測應以高頻、特高頻局部放電檢測為主,以超聲波局部放電檢測為驗證手段,提高檢測準確性。利用局部放電檢測技術發現運行電纜中存在的缺陷,對電纜提前進行處理,可有效預防類似事故的發生。

在輸電電纜的運行維護中普及局部放電帶電檢測,能夠通過大數據分析,及時了解電纜運行狀態,并能夠發現運行電纜數據的異常變動,有利于缺陷的及時消除并降低電纜故障率。在電纜的運維過程中,應進一步加強生產驗收管理,特別是做好隱蔽工程、關鍵環節的見證及把控,同時要求附件廠家留下各種紙質及影像資料備查。對現場施工環節不規范且拒絕改正的,上報公司將其納入“黑名單”,竭力遏制“趕工期、減工序”等不良施工行為。做到舉一反三,從根源上消除電纜運行隱患。