10kV电缆振荡波局放检测技术探讨与应用

10kV电缆振荡波局放检测技术探讨与应用

陈加文

（深圳供电局有限公司广东.深圳518000）

摘要：目前电力电缆在城市电网已经得到广泛使用，电力生产人员迫切需要研究和掌握电缆在投产和运行阶段的绝缘状态诊断技术。本文收集了大量运行资料，对电缆缺陷的主要类型和局放诊断方法进行了归类分析，在此基础上将振荡波电压下的局部放电检测作为主要研究方向，具有较强的可操作性和针对性。通过典型案例，说明10KV电缆震荡波局放检测技术能够快速、准确地检测电缆局放点，确定电缆缺陷情况，以便尽早采取措施，防止缺陷演变为故障。为电力企业提高供电可靠性，降低运营成本具有重要意义。

关键词：振荡波电压法；电缆缺陷；局部放电检测；

引言

随着经济发展和现代化水平的不断提高，城市配电电网近年有了迅猛的发展，而电力电缆作为城市中压配网的主要载体，其是否正常运行直接影响到用户供电的安全。因此及时发现电缆的绝缘缺陷，例如局部放电，对于保障用户供电可靠性有着重要意义。本文通过一起电缆局部放电案例对震荡波测试技术进行详细的探讨。

一、OWTS振荡波局放检测技术原理

1、OWTS振荡波电源技术

电力电缆由于其电容量大，很难在现场进行工频电压下的局部放电检测。过去充油电缆采用直流试验，可以大大降低电源的要求。但对XLPE电力电缆，由于其绝缘电阻较高，且交流和直流下电压分布差别较大，直流耐压试验后，在XLPE电缆中，特别是电缆缺陷处会残留大量空间电荷，电缆投运后，这些空间电荷常造成电缆的绝缘击穿事故。而超低频（0.1Hz）试验要求试验时间长，电缆绝缘损伤较大，容易引发电缆新的缺陷。

振荡波电压是近年来国内外研究较多的一种用于XLPE电力电缆局部放电检测和定位的电源。该电源与交流电源等效性好，作用时间短、操作方便、易于携带，可有效检测XLPE电力电缆中的各种不同程度的缺陷，且试验对电缆绝缘损伤较小。

2、振荡波试验原理

振荡波电压试验方法的基本思路是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理，使振荡电压在多次极性变换过程中在电缆缺陷处会激发出局部放电信号，通过高频耦合器测量该信号从而达到检测目的，而当被测电缆较短时，为将振荡频率保持在一定范围需要在电缆上并联一个电容。振荡波电压试验接线图如图（1）所示。

3、定位技术

对于电力电缆局部放电的定位，早期就有对电缆实行扫描式检测查找局部放电点的技术，现在实际中采用的是70年代发展起来利用局部放电脉冲在电缆上的传播特性，用10MHz以上的高频扫描示波器进行定位测量的方法，该法也叫行波法或TDR法。

其中，Ck为高压电容，Zk为检测阻抗，同时也叫做匹配阻抗，消除脉冲在高压端的反射。设在t0时，在电缆x处发生放电，送出的两个脉冲按相反方向沿电缆传播，t1时刻第一个脉冲到达测试仪，第二个脉冲在电缆远端反射后在t2时刻到达测试仪（如图2）。由于电缆中电脉冲的传播速度相对于确定的电缆绝缘型式是已知的常数，所以根据式（1）就可以算出放电点离电缆近端（高压端）的距离。

（1）其中L为电缆长度，V为脉冲波在电缆中的速度，为两个脉冲的时延，即。

OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置采用该原理对电力电缆局部放电进行定位，如图2所示。

二、振荡波局放应用情况

1、振荡波局放检测诊断

振荡波局放诊断主要分两步，首先根据检测生成的振荡波形与局放脉冲图，观察放电量与放电次数，分析脉冲信号与电压振荡波形周期的关系、脉冲幅值与电压幅值的相关性几个方面，由此可以初步判断电缆是否存在局放。然后对采集到的脉冲信号进行鉴别筛选，电缆若存在局放，局放脉冲的直射脉冲和反射脉冲必然成对的出现，因此对采集到的脉冲信号进行分析，比较直射脉冲和反射脉冲的形状、衰减、时差等，将符合局放特征的疑似信号组进行提取，根据各组信号的时差描绘出电缆的局放定位统计图。如果疑似信号组在统计图上出现集中性，则电缆在信号集中的位置极有可能存在局放缺陷。

2、检测情况及使用方法

在现场对电缆进行局放检测和定位技术性较强，需要掌握一定的技巧，遵循正确的步骤，才能够准确的排除干扰，得到正确的结论。现场应用OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置一般应遵循以下步骤。

第一步：测量电缆绝缘电阻，通过比较相间绝缘电阻的大小和历史变化情况，可以判断电缆绝缘是否存在受潮、老化等缺陷。

第二步：测量电缆长度及接头位置。实际应用中，经常会遇到电缆原始资料不全或资料错误的问题，给测量带来很大的干扰。因此在测量时，必须应用电缆测距仪，重新测量电缆长度和接头位置，这样可以提高测试的准确性。

第三步：正确输入电缆信息，如电缆路程、调度号、起点、终点、长度、接头编号及位置、U0大小等。

第四步：正确连接测试电路，校对放电量并测量波速。放电量校对时，应从100nC开始，逐步校对到100pC，目的是为了在加压测量过程中能够根据信号大小调整量程，以便得到正确的视在放电量。校对时应注意测量波速，对XLPE电缆来说，波速一般为170m/us。长电缆测量时，信号衰减较大，经常看不到反射波，这时可以利用波速来进行近似的校对。

第五步：摘除校对单元，逐步升高电压进行测量和数据保存。升压一般按照U0、0.5、0.7、1.0、1.3、1.5、1.7U0倍的方式进行，目的是为了正确找到局放的起始电压，为故障判断打下基础。测量时应注意保存各项电压测试数据。

第六步：对保存下来的数据进行分析判断和定位，生成试验报告。

三、现场试验经验

1、影响OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置检测准确性的因素主要有5个：

（1）在校准测量时，校对捕捉波形的波速偏差较大；

（2）测试数据的准确性，主要是由于外界随机脉冲型干扰进入检测系统，或加压端子连接不好，产生放电脉冲；

（3）在分析判断时入射波和反射波的选择不正确；

（4）在测试过程中未及时改变量程；

（5）高压试验电缆长度过长。

2、针对以上五个影响因素，我们积累的试验经验有：

（1）确保校对的准确性，在测试捕捉校对波形时波速为170m/us，一般不超过±2m；

（2）为确保测试数据的准确性，在试验前，应该注意试验端子安全距离是否足够，接线连接良好，表面是否清洁、光滑，对试验起重要的作用。环境噪声会对测量形成干扰，所以测量时尽量避开噪音的影响。

（3）对数据进行分析判断时，选择反射波的波形比入射波宽、幅值比入射波小，波形的形状基本相似。

（4）测试时应及时改变量程，对超量程保存下来的数据进行处理时，应手动调整入射波的起点，避免误判。

（5）当200m以下长度的电缆振荡波局放试验时，由于试验的振荡频率过大，需要在电缆上并联一个电容，才能提高测试的准确性。

（6）测试的电缆长度为1.5km以下时，检测的结果比较准确。电缆长度为1.5km～2.5km时，建议从电缆两端分别进行检测，以保证检测的灵敏度和有效性。当电缆长度大于2.5km时，振荡波检测的数据准确性降低，可能无效。建议在对长电缆进行振荡波检测前，向电缆注入标准脉冲，根据反射脉冲的衰减程度对检测的有效性进行初步评价。若反射脉冲衰减严重，则该电缆利用振荡波法进行局放检测的灵敏度和有效性不高。

3、检测不同的典型图例

四、OWTS技术典型案例分析

1、电缆中间接头工艺存在问题局放案例分析

2011年02月24日平湖站10kV平辅线F47华昌环开至草平环开的电缆振荡波局放检测，电缆型号为YJV22－3×300mm2，电缆长度460m，2个中间接头。对该电缆进行第一次振荡波试验，数据分析发现检测结果为123m处的1#中间接头位置出现有集中局放点，且局放实测值达到2300PC。根据测试经验电缆确定为局放严重，需更换该中间接头。试验分析结果确认后，向领导汇报进行电缆中间接头缺陷消缺。

（1）数据分析

首先对采集到的数据进行分析，再根据现场绝缘等测试综合判断更准确。在不同施加电压下，A、B、C相分析计算，介质损耗基本不随电压变化。第一次检测结果表明在距离测试端123m位置存在集中性放电现象，如图4所示。该位置正好是中间接头所在处。从图4可以看出，在123m位置的局放值已达到2300PC，三相累积放电次数已经达到了142次（图5所示），这是需立即更换中间接头的原因。

（2）缺陷分析处理

对现场中间接头进行解剖，发现该中间头制作工艺存在缺陷，半导体层开剥尺寸错误、绝缘层端没有倒角（如图6所示），绝缘层与压接管之间的间隙稍偏大。且发现中间接头包扎的半导体受潮溶解后，在电缆运行发热时其内部存有少的气体热膨胀致使溶液流向绝缘表面，形成爬电通道，产生局部放电。以上电缆中间接头经重新制作消缺后，对该电缆再次检测，该局放点已完全消失，且未发现新的局放点。对该中间接头更换后复测，如图7所示，原有的集中性局部放电区域已经消失，且未发现新的缺陷。

2、安装工艺粗糙及材料质量问题引起局部放电案例

2011年02月27日奥林站10kV奥龙线F08进行振荡波局放电检测和定位，该电缆全长1433米，电缆型号为YJV22－3×300mm2，共4个电缆中间接头。经过检测发现距离测试端750米处中间接头产生局部放电。（如：图8）

局放缺陷的电缆中间接头，经解剖分析结果是工艺粗糙及材料质量问题。绝缘体及半导体开剥不平整，并且没有全角。接线管压接变形严重，且没有打磨毛刺。电缆中间接头内部的半导体溶解在主绝缘体的表面导致爬电，从而产生局部放电现象。

如图9所示。

3、系统提示加压错误案例

2011年03月07日岗头站F15龙富线龙富一环开至龙富二环开电缆振荡波局放检测，电缆长度3000米，电缆型号为YJV22－3×300mm2，共11个中间接头。敷设时间为2010年，带负荷运行一年时间，三相绝缘分别为A：50兆欧B：160兆欧C：20兆欧。根据规程，三相绝缘不平衡且绝缘水平偏低.通过振荡波局放检测进行到加压时，系统提示加压出现错误，判断该电缆已经击穿。

（1）当加压到0.7倍U0（瞬间电压8.7kV）时，系统提示加压出现错误，判断该电缆已经电缆击穿。如图10所示

五、根据我们的经验建议电缆检修维护可采取方案：

电缆中间接头局放量：

（1）新投运XLPE电缆最高试验电压2U0，中间接接头局放超过300pC应及时进行更换；

（2）老旧XLPE电缆最高试验电压1.7U0，中间接头局放超过500pC应及时进行更换。

电缆终端头局放量：

新投运及老旧XLPE电缆最高试验电压2U0，终端超过5000pC时，应在带电情况下采用超声波、地电波、红外等手段进行状态监测；本体超过100pC应及时进行更换。

本体局放量：

（1）新投运XLPE电缆最高试验电压2U0，本体超过100pC应及时进行更换；

（2）老旧XLPE电缆最高试验电压1.7U0，本体超过300pC~应及时进行更换。

结束语

实践证明，振荡波法电缆局部放电定位系统（OWTS）的使用方便快捷，能够有效排除现场杂散信号的干扰，准确反应局放信号从而进行定位，适用现场巡检；采用固定电感和电缆谐振产生正弦振荡波进行加压，其波形及频率接近工频，且电压持续时间小于100ms，不会对电缆产生伤害；根据局放点信息数据，能够确定各相电缆的局放起始电压（Pp）和最大局放量（PDMax），能记入电脑建立档案，可以随时调用档案对电缆的运行状况进行评估。因此，振荡波法电缆局部放电定位技术（OWTS）是一种安全、可靠的技术，该测试设备对电缆的本体、附件质量、接头工艺等均有良好的检测效果，可以推广使用。

参考资料：

[1]史传卿.电力电缆讲座第三讲[J].供用电，2001，10，18（5）．

[2]朱德恒，严璋.高电压绝缘[M].清华大学出版社，1992年2月，200~232.

[3]饶强，交联聚乙烯新的试验方法[J]，广西电业，2004（8）：107-109

[4]罗俊华等，35kV及以下XLPE电力电缆试验方法的研究[J]，电网技术，2000.24

[5]张平康，韩伯锋，XLPE电缆的试验方法[J]，高电压技术，2004.30（增）

[6]李在友．电力电缆的在线检测技术综述[J]．电气开关，2010，3

[7]张红，李树军．交联聚乙烯电缆在线监测的研究[J].山东农业大学学报，2010，6：

[8]杨连殿等，振荡波电压在XLPE电力电缆检测中的应用[J]，高电压技术，2006.03

[9]XuY.S.，WeaverJ.B.，HealyD.M.，Jr.，andLuJ.WaveletTransformDomainFilters：ASpatiallySelectiveNoiseFiltrationTechnique.IEEETransactiononImageProcessing，Vol.3，No.6，November1994