配網(wǎng)電纜振蕩波檢測技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用特點(diǎn)分析

陳自球 許茂賢

摘 要：隨著城市化建設(shè)和工業(yè)化推進(jìn)，配網(wǎng)電力電纜的數(shù)量越來越多，于是電力電纜的可靠性越來越受到人們的關(guān)注。振蕩波檢測技術(shù)作為一種有效的電纜絕緣缺陷檢測和定位手段，受到不少電力公司和大型用電企業(yè)的青睞。近年來，隨著振蕩波檢測技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)其有效性的研究也越來越受重視。現(xiàn)通過分析電纜振蕩波檢測技術(shù)原理，研讀振蕩波檢測技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)和調(diào)研振蕩波測試數(shù)據(jù)，并結(jié)合目前振蕩波測試中的熱點(diǎn)，總結(jié)了一些電纜振蕩波現(xiàn)場測試中遇到的問題及問題產(chǎn)生的原因，也給出了解決現(xiàn)場測試問題的建議。

關(guān)鍵詞：電力電纜;振蕩波;局部放電檢測

中圖分類號(hào)：TM835? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）08-0080-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.08.023

0? ? 引言

20世紀(jì)90年代，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Edward Gulski教授發(fā)明了振蕩波電纜檢測技術(shù)，之后瑞士Seitz公司研發(fā)形成了成熟的產(chǎn)品（Onsite）用于電纜絕緣缺陷現(xiàn)場檢測和定位，電壓等級(jí)包含6 kV及以上，目前最高試驗(yàn)?zāi)芰閷?duì)220 kV電纜進(jìn)行振蕩波試驗(yàn)。振蕩波檢測技術(shù)最早稱為OWTS（Oscillating Wave Test System），目前多稱為DAC（Damped Alternating Current Voltage）。2006年，振蕩波檢測技術(shù)首次在北京電力公司應(yīng)用[1]，此后在中國經(jīng)歷了近15年的發(fā)展[2-15]，從最初的重大保電、試點(diǎn)和電科院測試，到2016年形成電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《6 kV～35 kV電纜振蕩波局部放電測試方法》（DL/T 1576—2016）[16]，再到2018年國家電網(wǎng)公司將振蕩波局放檢測技術(shù)作為電纜的絕緣缺陷檢測方法納入《配電電纜線路試驗(yàn)規(guī)程》（Q/GDW 11838—2018）[17]，振蕩波局放檢測技術(shù)在電力電纜絕緣缺陷檢測和定位中的作用也越來越被認(rèn)可。

目前振蕩波技術(shù)在國內(nèi)受重視程度不斷提高，尤其是在國家電網(wǎng)公司得到了大力推廣應(yīng)用，從而積累了大量的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)和案例，形成了較為詳細(xì)的現(xiàn)場檢測規(guī)程，培養(yǎng)了大量的振蕩波局放檢測技術(shù)人才。

本文主要基于振蕩波檢測技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況，對(duì)振蕩波局放檢測技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場遇到的問題，探討解決的思路，提出一些現(xiàn)場測試中的建議。

1? ? 振蕩波檢測技術(shù)及其定位原理

電力電纜中的絕緣缺陷會(huì)在電場應(yīng)力的作用下產(chǎn)生局部放電，局部放電激發(fā)的電壓行波沿著電纜向兩端傳播，通過測量這個(gè)脈沖，可以測量電纜中的局部放電信號(hào)，評(píng)估該局部放電信號(hào)的強(qiáng)度和統(tǒng)計(jì)特征，有助于判斷電力電纜絕緣缺陷的位置和嚴(yán)重情況。

電纜振蕩波檢測技術(shù)，即在電纜一端進(jìn)行直流（或交流）充電，達(dá)到試驗(yàn)電壓后（加壓流程可參考DL/T 1576—2016或Q/GDW 11838—2018），通過快速閉合開關(guān)，實(shí)現(xiàn)振蕩波測試系統(tǒng)內(nèi)部電感與電纜電容之間的諧振，在這個(gè)諧振過程中，通過高壓測試端的耦合電容，獲取局部放電產(chǎn)生的脈沖電壓信號(hào)，根據(jù)電纜中電壓行波的傳播原理，利用電壓行波的入射波和反射波的時(shí)間差實(shí)現(xiàn)電纜絕緣缺陷的定位，如式（1）所示：

原始脈沖：t1=

反射脈沖：t2=? ? ? ? ? ? ? 時(shí)間差Δt=t2-t1=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

通過上述過程，在一次加壓過程中可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜中多個(gè)絕緣缺陷，并實(shí)現(xiàn)定位（圖1），再根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如DL/T 1576—2016或Q/GDW 11838—2018中局部放電嚴(yán)重程度的判斷依據(jù)，決定針對(duì)電纜缺陷是修復(fù)更換、再次測試還是繼續(xù)運(yùn)行。

電纜振蕩波測試系統(tǒng)的典型時(shí)域圖和定位原理如圖2和圖3所示。

2? ? 振蕩波檢測技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用中遇到的問題

電纜振蕩波局放檢測技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)一次測試對(duì)電纜多處絕緣缺陷的定位，并根據(jù)得到的局部放電信號(hào)特征，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電纜缺陷是需要修復(fù)、再次測試還是繼續(xù)使用進(jìn)行判斷。

在實(shí)際應(yīng)用中，電纜振蕩波局放測試技術(shù)的檢測效果和定位精度受到一些因素的影響，本節(jié)對(duì)這些因素進(jìn)行羅列，并大致分析其原因。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，現(xiàn)場測試中遇到的問題大致涉及振蕩波檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍、定位精度和靈敏度、有效測試距離等方面。

2.1? ? 振蕩波檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍

目前國內(nèi)主要將振蕩波檢測技術(shù)用于電纜局放檢測，但實(shí)際上根據(jù)IEEE Std 400.4TM—2015[18]的介紹，電纜振蕩波檢測技術(shù)還可以用于電纜耐壓試驗(yàn)，需要在最高試驗(yàn)電壓下進(jìn)行50次激勵(lì)。振蕩波耐壓的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)電源功率要求不高，因?yàn)檎袷幉ㄉ龎菏菍?duì)電纜進(jìn)行直流（或交流）充電，即在測試系統(tǒng)最高測試負(fù)載下，升壓到指定電壓的時(shí)間與電纜長度有關(guān)，而對(duì)所需要的電源功率要求不高。由于國內(nèi)沒有對(duì)振蕩波耐壓進(jìn)行相關(guān)測試，缺少相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐和案例，故基于振蕩波的電纜耐壓試驗(yàn)并未在國內(nèi)采用。

2.2? ? 定位精度和靈敏度

振蕩波測試系統(tǒng)的定位精度理論上可以達(dá)到電纜長度的1%或±1 m，但在實(shí)際測試中，受到電纜長度值的精確度、局放脈沖傳播速度、反射波波形畸變等因素影響，定位精度存在一定的偏差，有的可能有10 m以上的偏差。

靈敏度是指最小能夠測量到的局部放電量，現(xiàn)場測試的靈敏度受背景噪聲、校準(zhǔn)和電纜本身特征的影響。

2.3? ? 有效測試距離

振蕩波測試系統(tǒng)測試距離，以單端測試為例，大部分標(biāo)稱在10 km，但實(shí)際上往往達(dá)不到10 km，有時(shí)甚至才2～3 km，這主要與電纜特性對(duì)電壓行波的影響、背景噪聲等有關(guān)。

3? ? 解決現(xiàn)場測試問題的建議

本節(jié)結(jié)合上一節(jié)中振蕩波現(xiàn)場測試中遇到的問題，探討解決問題的思路。

3.1? ? 定位精度和靈敏度

定位精度取決于電纜長度和振蕩波傳播速度的精確性，但現(xiàn)場往往無法知曉電纜的確切長度，而且波速往往是經(jīng)驗(yàn)值（168～172 m/μs），所以當(dāng)定位到有缺陷時(shí)，都是第一時(shí)間去尋找該位置附近的中間接頭，因?yàn)橹虚g接頭的故障率較高，而且中間接頭的放電量一般較大，這時(shí)基本上可以確定是中間接頭的問題。

當(dāng)沒有中間接頭時(shí)，有可能是電纜本體缺陷，而這種局部缺陷往往是施工或后期運(yùn)行中的外部應(yīng)力導(dǎo)致的（注意：引起的是缺陷，如果是故障不在本文討論范圍內(nèi)），這種情況需要對(duì)電纜外部完好性做仔細(xì)檢查，可以結(jié)合該缺陷點(diǎn)距離中間接頭的相對(duì)位置進(jìn)行缺陷查找。

3.2? ? 有效測試距離

有效測試距離，一般理解為能夠定位絕緣缺陷的最大電纜長度。從振蕩波測試系統(tǒng)指標(biāo)來看，主要有兩個(gè)與最大距離有關(guān)的參數(shù)：最大試驗(yàn)距離（即最大負(fù)載，單位為μF）和最大定位距離。

最大試驗(yàn)距離，是振蕩波系統(tǒng)的加壓能力，能夠?qū)Χ嚅L的電纜施加標(biāo)準(zhǔn)所需要的最高試驗(yàn)電壓，與振蕩波系統(tǒng)電源能力和電纜的電容有關(guān)，這個(gè)參數(shù)在振蕩波測試系統(tǒng)中有明確標(biāo)出。

最大定位距離，這個(gè)并未直接在電纜振蕩波參數(shù)中標(biāo)注，因?yàn)檫@個(gè)定位距離與振蕩波局放耦合單元、現(xiàn)場測試環(huán)境（背景噪聲、電纜特征參數(shù)）和算法有關(guān)，尤其是與現(xiàn)場的測試環(huán)境有關(guān)，以下詳細(xì)描述：

（1）背景噪聲：振蕩波定位需要尋找一組入射波和反射波來定位，而反射波傳播到電纜尾端，經(jīng)過了較長距離，幅值衰減較大，當(dāng)背景噪聲比較大時(shí)就會(huì)淹沒反射波，此時(shí)則無法定位，或者反射波與背景噪聲值近似時(shí)也無法實(shí)現(xiàn)定位。

（2）電纜本身結(jié)構(gòu)：如果電纜的中間接頭多，那么對(duì)電壓行波的干擾增多，也會(huì)導(dǎo)致反射波衰減較大。

如圖4所示，雖然電纜長度近似，但由于現(xiàn)場背景噪聲和電纜特征的影響，反射波的情況截然不同。從校準(zhǔn)結(jié)果至少可以得出：圖4（a）有助于發(fā)現(xiàn)更小的放電信號(hào)，能夠進(jìn)行更精準(zhǔn)的判斷，對(duì)電纜缺陷檢測的現(xiàn)場靈敏度更高。

故現(xiàn)場測試中，振蕩波局放測試的定位能力與現(xiàn)場情況緊密相關(guān)，可以振蕩波校準(zhǔn)過程中能夠識(shí)別的反射波的最小放電量為參考，判斷該段電纜能否進(jìn)行有效的振蕩波局放定位。

4? ? 振蕩波技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

4.1? ? 關(guān)于振蕩波標(biāo)準(zhǔn)的一些認(rèn)識(shí)

目前對(duì)振蕩波做了詳細(xì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)：國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std 400.4TM—2015和國內(nèi)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1576—2016，標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)規(guī)定了測試系統(tǒng)各個(gè)組成部分及系統(tǒng)參數(shù)和指標(biāo)，以及試驗(yàn)的加壓流程、判斷依據(jù)等。其中IEEE Std 400.4TM—2015給出了振蕩波可以實(shí)現(xiàn)電纜耐壓和電纜振蕩波局放測試兩種應(yīng)用，DL/T 1576—2016增加了對(duì)電纜絕緣缺陷嚴(yán)重程度的判據(jù)。此外，國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 11838—2018也引入了電纜振蕩波檢測技術(shù)。以上3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均可借鑒。

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)XLPE電纜局放嚴(yán)重程度判斷如表1所示，根據(jù)不同位置的放電量大小決定電纜是否需要更換。國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)除了對(duì)放電量要求更加嚴(yán)格以外，還增加了對(duì)起始放電電壓的要求，對(duì)新電纜而言，當(dāng)起始放電電壓低于1.2倍U0時(shí)，則需要更換。

4.2? ? 試驗(yàn)流程中需要注意的問題

電纜振蕩波施加的電壓高于運(yùn)行電壓，嚴(yán)格意義上也存在電纜擊穿風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際測試過程中也發(fā)生過類似事件，即測試過程中未發(fā)現(xiàn)局部放電集中點(diǎn)，但送電以后發(fā)生了擊穿。這種情況可以通過測試前后絕緣電阻來輔助判斷，當(dāng)測試后絕緣電阻下降較多時(shí)，需要引起注意，該電纜絕緣可能存在風(fēng)險(xiǎn)，建議再進(jìn)行耐壓測試或繼續(xù)進(jìn)行振蕩波測試，查找缺陷點(diǎn)。

同時(shí)也需要明確，電纜振蕩波檢測技術(shù)并非能發(fā)現(xiàn)所有電纜缺陷問題，當(dāng)未發(fā)生局放時(shí)，振蕩波測試是無法定位缺陷的，此時(shí)絕緣電阻低大部分情況下是受潮引起的。

4.3? ? 在高阻故障定位中的應(yīng)用

振蕩波還可以作為電纜故障定位手段，當(dāng)電纜出現(xiàn)類似閃絡(luò)這種高阻故障時(shí)，可以嘗試借用電纜振蕩波技術(shù)對(duì)故障電纜進(jìn)行故障點(diǎn)定位，但其施加電壓的流程與常規(guī)規(guī)定的加壓流程不同，需要從最小電壓，如0.1U0開始逐步階梯升壓（比如Δ0.1U0），嘗試定位閃絡(luò)故障點(diǎn)。如瑞士Onsite公眾號(hào)分享的一起高阻故障定位案例，即根據(jù)振蕩波定位譜圖，在距離測試端480 m和750 m處查找到兩組放電現(xiàn)象。

5? ? 結(jié)論

本文根據(jù)目前振蕩波測試中的熱點(diǎn)，總結(jié)了一些電纜振蕩波現(xiàn)場測試中遇到的問題，分析了原因，并對(duì)本文提出的問題進(jìn)行了討論，得出如下結(jié)論：

（1）采用電纜振蕩波技術(shù)需要停電進(jìn)行測試，對(duì)于需要保障供電可靠性的行業(yè)（如電力系統(tǒng)），停電壓力大，較難實(shí)現(xiàn)，目前普遍采用的是交接試驗(yàn)的測試項(xiàng)目;而對(duì)于可以自由安排停電的客戶，則不受該條件約束。

（2）雖然電纜振蕩波檢測技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)電纜中潛在的多處缺陷，但仍有一些制約因素，如電纜長度影響、電纜中間接頭影響、現(xiàn)場背景干擾（目前的提取技術(shù)主要還是在大于背景信號(hào)的脈沖中尋找反射波）等。上述情況需要綜合分析，不能盲目認(rèn)為振蕩波測試后未發(fā)現(xiàn)局放，就一定沒有絕緣缺陷，其只能在一定范圍內(nèi)確認(rèn)，還需要結(jié)合電纜絕緣電阻進(jìn)行綜合判斷。

雖然電纜振蕩波檢測技術(shù)有其局限性，但筆者仍舊認(rèn)為其是目前檢測電纜缺陷的最有效手段之一。

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收稿日期：2022-01-12

作者簡介：陳自球（1982—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：電氣工程。