振蕩波檢測技術(shù)在電力電纜絕緣老化與定位中的作用

廣州市一電設(shè)備安裝有限公司 陳錕鵬

1 引言

振蕩波檢測技術(shù)是依據(jù)阻尼振蕩原理，在電力電纜檢測階段，通過阻尼振蕩回路施加正弦電壓波，促使在采集缺陷點反饋的放電信號時，高效準確的確認故障點，為電力電纜使用年限的延長以及有效維護指明方向。對此，相關(guān)技術(shù)人員應當圍繞技術(shù)特點與應用需求，制定對應的技術(shù)應用規(guī)劃，便于優(yōu)化纜線使用效果。

2 振蕩波檢測技術(shù)的應用優(yōu)勢

電力電纜一旦出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象或者其他缺陷點，很容易削弱供電穩(wěn)定性，甚至引發(fā)電氣設(shè)備運行故障的后果。而振蕩波檢測技術(shù)作為輔助手段，在聚乙烯、油紙等材質(zhì)纜線質(zhì)量檢測中具備突出的應用價值，結(jié)合實踐應用結(jié)果，可歸納出具體的應用優(yōu)勢。

2.1 無損性

在電力電纜質(zhì)量運行檢修期間，選用振蕩波檢測技術(shù)，能夠在不破壞纜線主體結(jié)構(gòu)以及外觀形態(tài)前提下，對其實施精準監(jiān)測。通常情況下，在耗費1min時間完成檢測任務后，觀察電纜鮮少見到損壞現(xiàn)象。

2.2 精確性

在應用振蕩波檢測技術(shù)時，電力電纜在確定缺陷點時，其精確度較高，能依靠振蕩波反射原理，通過采集放電信號，促使缺陷點位置快速得到確認。同傳統(tǒng)檢測技術(shù)中高頻局部放電技術(shù)比較，測量精確度偏高，更易達成電力電纜高效檢測要求。

2.3 真實性

振蕩波檢測技術(shù)應用于電力電纜檢修作業(yè)中，釋放的諧振頻率多在500Hz 以內(nèi)，以一種短時工頻測試方式進行缺陷定位，并且獲取的測試效果同50Hz 條件下的正弦波結(jié)果相差無幾，更能實現(xiàn)纜線的如實反饋，保證維修人員能夠依據(jù)測試數(shù)據(jù)，有方向性地實施維護操作，保障纜線運行有效性[1]。

2.4 易于操作

振蕩波檢測技術(shù)在實際應用中，可以直接使用振蕩波局部放電儀進行操作，故此具備操作簡便的優(yōu)勢，基本上不需要測試人員具備較高的職業(yè)能力，使用時可快速獲取測試結(jié)果，對纜線絕緣老化程度與缺陷點位置進行客觀評估。

3 振蕩波檢測技術(shù)在電力電纜絕緣老化與定位中的實際作用

3.1 激發(fā)電纜絕緣老化信號

考慮到電纜出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象，不但容易加劇安全隱患，而且也會縮短電纜使用年限，因此加強檢測具備一定的必要性。從相關(guān)調(diào)查中可以了解到，絕緣老化多因電纜出現(xiàn)凸起毛刺以及氣隙問題，致使在周邊環(huán)境波動情況下，導致絕緣老化狀況的發(fā)生，從而引起局部放電情況，從常見的電纜絕緣老化表現(xiàn)上進行總結(jié)，多有電樹枝老化、水樹枝老化等，最終誘發(fā)絕緣擊穿后果，其不良因素包含機械力、熱力、電場異常、水環(huán)境刺激等。而此次研究中提出的振蕩波檢測技術(shù)，可有效應對絕緣老化風險。

在電力電纜絕緣老化檢測與定位檢測過程中，振蕩波檢測技術(shù)能夠充分發(fā)揮出信號激發(fā)作用，且原理圖如圖1所示。通常情況下，在測試員使用檢測儀對準纜線時，往往會在釋放振蕩波期間形成局部測高壓直流測試單元，且兩者具備相關(guān)性。在實操環(huán)節(jié)，后者能促使纜線處于供電狀態(tài)，繼而為其創(chuàng)造有利的放電測試條件。同時，于測試環(huán)節(jié)，還能隨著電能的持久供應，致使纜線保持高壓狀態(tài)。此時若在振蕩回路中去除直流電，轉(zhuǎn)而向阻尼振蕩回路轉(zhuǎn)換，借此在振蕩波電壓測量中，快速形成局部放電條件。在對電力電纜實施有效測試時，一旦遇到缺陷點，會立即在振蕩波電壓刺激下形成局部放電信號。隨著信號激發(fā)效用的展現(xiàn)，更易實現(xiàn)缺陷點的精準定位。以10kV 聚乙烯電力電纜為例，在定位時需要參照下述公式得知局部放電點與測試點間距（x）。

圖1 振蕩波檢測技術(shù)原理圖

即：X=L-V △t/2，其中L、△t、V 分別指代的是電力電纜總長、局部脈沖前后相隔時間差值、振蕩波傳播速度（多高于160m/μs 且低于172m/μs）。待獲取相隔距離后，能夠指引測試人員立即獲取定位點。其中，需格外注意的是，在測試前需對纜線絕緣電阻值進行測定，若未達到30MΩ 的標準，則不予以開展此次測試，達標后記錄具體的測量點位，以便憑借振蕩波波速等相關(guān)參數(shù)確認缺陷點位置。為了增加測試結(jié)果的可靠性，強化測試效果，還應當依據(jù)額定電壓，對其實施成倍數(shù)電壓值的測量，便于提高測定位置的準確度。

在不同電力電纜絕緣老化場景中的應用存在些許差異，此處列舉35kV（含以下）電纜與110kV（含以上）電纜。前者的應用步驟如下：第一，確認待測電纜處于停電狀態(tài)，而后對其實施充分放電，精準記錄三相絕緣電阻值（多＞30MΩ），并且需要以時域脈沖反射儀確定接頭點與長度參數(shù)，將振蕩波檢測儀連接到待測電纜中，開啟后納入?yún)?shù)值；第二，對儀器進行校對，檢測無誤后檢查接線可靠性，包括接地線是否與負極接電纜連接等。于校對環(huán)節(jié)需要判斷是否存在大偏差問題。若待測纜線屬于油紙電纜，要求波速在160m/μs 左右，若超出標準范圍需要二次檢測；第三，開展加壓測試，在不同電壓等級下，為其選擇適合的加壓次數(shù)，記錄三相絕緣電阻檢測值，做好記錄事項，之后整理出技術(shù)檢測報告。通常對于新投運的電纜，隨著0U 增加至1U，需要由1次加壓上升為3次加壓，而后降為1次加壓，直到達到1.5U 再次進行3次加壓，在其達到2U 加壓標準時，理應對熄火電壓予以測量。

后者在以此項技術(shù)進行檢測時，前幾項步驟均存在相似性，但在后幾項步驟上有明顯差異。在屏蔽接地上需要對電纜兩端進行連接，按照電纜屏蔽同相原則予以操作。應用振蕩波檢測技術(shù)時，其波速要求也不一致，若屬于油紙電纜，要求最高波速控制在166m/μs 以內(nèi)。至于加壓測試環(huán)節(jié)，隨著從0U 逐漸增加到2U，多設(shè)有明確的檢測目標。如0U對應1次加壓，主要是辨明待測電纜周邊是否存在噪音污染。而在0.5～0.9U，各自加壓3次，判斷加壓過程是否出現(xiàn)局部放電，保持1U 電壓狀態(tài)時分析局部放電發(fā)生狀況，此時也要保持3次加壓，而后升為1.1U，觀察在1.5U 加壓流程中是否產(chǎn)生局部放電。直到加壓1.6U，依據(jù)耐壓狀態(tài)檢修依據(jù)確定是否符合安全運行規(guī)定，始終保持3次持續(xù)加壓，在達到2U 最高電壓時，主要是觀察耐壓交接情況。在參照上列檢測步驟落實技術(shù)內(nèi)容時，即可獲取可信度較高的檢測數(shù)據(jù)，用于輔助檢測員找準電纜維修方向。

3.2 現(xiàn)場測試電纜局部放電

電力電纜測試階段，需要為其提供局部放電環(huán)境。而振蕩波的釋放，能在現(xiàn)場測試中通過局部放電信號的有效激發(fā)，促使測試人員憑借電纜相關(guān)參數(shù)求取放電量q（局部）。具體可根據(jù)下述公式予以計算：

q ≈Ca△Ua，其中Ca、△Ua分別指代的是電容與氣隙放電時，檢測區(qū)域內(nèi)兩端壓降。而后能夠從中掌握局部放電量，并根據(jù)局部放電量確定與檢測端相隔的局部放電位置。若能及早采用此項技術(shù)在現(xiàn)場展開局部放電測試工作，即可提高測試效率[2]。

以某10kV 變電所測試現(xiàn)場獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)為例，以此展現(xiàn)此項技術(shù)的實際作用。測試人員在對電纜不同位置進行絕緣電阻測量時，其中A 相為34.9GΩ，對應的B 相為38.9GΩ，而C 相則為40GΩ。經(jīng)過此項技術(shù)的實際應用發(fā)現(xiàn)A 相偏高，甚至在繪制放電量分布圖時發(fā)現(xiàn)與測試端相距330m處出現(xiàn)了局部放電情況，且B 相偏高，得知出現(xiàn)局部放電位置存在缺陷，在實施絕緣改進措施后，繼續(xù)觀察局部放電量，表明原有的缺陷點位置已經(jīng)重新獲取了絕緣性能。究其根本，之所以在該變電所存在電纜缺陷問題，源于建設(shè)期間纜線遭遇碰撞損傷，周邊環(huán)境不夠干燥。

按照上述局部放電檢測，還要聯(lián)合分析軟件對產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)予以整理，其中可以根據(jù)放電量、波形特征對電纜是否出現(xiàn)絕緣老化情況予以判定。一般包括三種不同情形，即局部放電源為同一個，此時會產(chǎn)生相似波形、局部放電源為多個，波形幅值隨著衰減度增加而變小，波形位置臨近，則很難從中判別波形特征，應當以標定波形為參照物予以觀察。在使用軟件分析波形時，若集中性明顯，且分布著密集點，則屬于此處對應的局部放電位置為缺陷點，需要維修員及時加以修復。只有針對局部放電情況做好精準分析與科學測試工作，才能順利實現(xiàn)故障定位，為電纜性能的提升提供依據(jù)，滿足絕緣電纜安全使用需求。

3.3 檢測電纜缺陷解體現(xiàn)象

振蕩波檢測技術(shù)在測試電力電纜性能時，在絕緣老化上的有效測試，還可表現(xiàn)在對電纜缺陷解體現(xiàn)象的合理分析，以此指引測試人員根據(jù)測試結(jié)果，提出對應的電纜修復措施。以10kV 變電所測試項目為例，以400m 長度為纜線全長，在連接期間未見接頭，其中對應的三項放電量分別為1600Pc、1100Pc、5700Pc。而后參照8.5kV 額定電壓對三相缺陷情況進行檢測，其中明顯C 相產(chǎn)生的局部放電量偏高，此時可以根據(jù)測試結(jié)果繪圖。經(jīng)過測試后對缺陷點位置進行解體操作，便于查明缺陷原因。從相關(guān)研究資料分析得知：解體后絕緣層存在打磨不到位情況，致使半導體層呈現(xiàn)不均勻分布狀態(tài)。正因為此項原因，才導致該纜線出現(xiàn)局部異常放電現(xiàn)象。為了妥善解決此項問題，需要對其進行更換，并在后續(xù)制作電纜時，完善制作流程，保證電纜絕緣性能得以提升。考慮到電纜出現(xiàn)缺陷的可能性較多，故而在結(jié)合測試結(jié)果，對電纜實施解體分析，更能獲取可靠的缺陷點成因分析結(jié)果，需要引起測試人員對電纜絕緣老化傾向的高度重視，并保證此項技術(shù)在測試過程中表現(xiàn)出優(yōu)良效能。

此外，在電纜缺陷解體測試中，最常見的原因包含工藝因素、運行因素，在確定缺陷成因后，需要圍繞相關(guān)測試結(jié)果，編制電纜優(yōu)化維護計劃，用于指導測試人員找準改進方向，促進電力電纜在變電站供配電服務中具備實踐價值，也能為電氣設(shè)備的安全運行給予必要支撐。鑒于此，在以振蕩波檢測技術(shù)檢測電力電纜絕緣老化及其缺陷點位置時，務必梳理好測試思路，查明電纜缺陷原因后，改善技術(shù)應用效果。

3.4 快速確定放電缺陷位置

振蕩波測試技術(shù)在電力電纜定位中具有顯著作用。實際上，該技術(shù)是通過振蕩波的有效傳播，對缺陷點進行定位。只有掌握缺陷點位置，才能明晰電力電纜改進方向，增強電纜維護措施的可行性。將缺陷點局部放電位置設(shè)為x，則對應的振蕩波在傳播期間首個放電脈沖到位時間為t1，經(jīng)反射后形成的脈沖波傳播時間設(shè)為t2，則對應的t2數(shù)值在確定中，可以利用t2=2L-x/V 進行計算。于展現(xiàn)技術(shù)作用時，也要充分進行振蕩波抗干擾設(shè)計。在此項技術(shù)實際應用中會形成阻尼振蕩波，此時電壓波會對磁場耦合作用造成負面影響，且電纜中會以基波頻率呈現(xiàn)瞬時狀態(tài)。對于長度越長的電纜，本身產(chǎn)生的干擾度會較高，此時應當確定好適合的振蕩頻率。

根據(jù)相關(guān)研究可知，在大型變電站中，可以將振蕩頻率控制在100kHz。雖然這一點同常規(guī)認知存在出處，但就實際應用成果分析，此項振蕩頻率的可操作性更強。于抗干擾設(shè)計中，對于振蕩波測試技術(shù)中影響實際應用作用的關(guān)鍵參數(shù)還包括重復率。在對應的頻率指引下，要想展現(xiàn)出技術(shù)特性，應當充分考慮阻尼振蕩波的影響因素，即頻率、能量值等，促使在測試中，該技術(shù)可以為缺陷點位置的確定提供可靠依據(jù)。待獲取缺陷點距離測試點間隔距離后，可用作參考依據(jù)，對電纜完好程度予以測定。

綜上所述，以振蕩波檢測技術(shù)開展電力電纜絕緣老化與缺陷點定位工作，是目前提高絕緣測試與定位時效性的重要途徑。據(jù)此，應當憑借此項技術(shù)的信號激發(fā)、局部放電測試、缺陷解體檢測、放電缺陷位置確定等作用，擴大技術(shù)應用范圍，便于在技術(shù)手段干預下，維護電力電纜運行質(zhì)量，抑制纜線老化現(xiàn)象。