good-振蕩波測試系統(tǒng)在電纜局放測試定位中的典型案例分析_圖文

1、2008年12月第9卷第12期電力設(shè)備El ectri ca l Equi p m entD ec1200831振蕩波測試系統(tǒng)在電纜局放測試定位中的典型案例分析張皓,唐嘉婷,張立志,張彥輝,李譞,吳彤,趙宇(北京市電力公司電纜公司,北京市100027摘要:簡單介紹了電纜局部放電的原因和危害,以及振蕩波測試系統(tǒng)的工作原理。以某路電纜為例,重點介紹了振蕩波電纜局部放電(OW TS定位測試中的現(xiàn)場應(yīng)用,總結(jié)了OW TS測試、分析中的經(jīng)驗和技巧。關(guān)鍵詞:電纜;局部放電;振蕩波中圖分類號:T M855;T M726140引言在電力系統(tǒng)中,判斷電纜絕緣好壞的慣用測試方法是對被測電纜絕緣施加直流高壓,檢測直

2、流泄漏電流的大小。但是,這種方法僅能對電纜整體絕緣情況做出診斷,無法對電纜局部進(jìn)行測試和缺陷定位。更重要的是,直流耐壓試驗實際上是一種破壞性試驗,尤其對交聯(lián)聚乙烯(X L PE電纜,在研究去掉直流高壓之后的一段時期內(nèi),絕緣層的分子排列仍舊維持著極化狀態(tài)的分子排列,特別是在因老化而生成的各種樹枝結(jié)構(gòu)內(nèi),其分子排列更不容易恢復(fù)到施加直流高壓之前的狀態(tài)1,經(jīng)直流耐壓試驗測試合格的電纜,在重新投入運(yùn)行后很快發(fā)生絕緣擊穿事故的例子屢見不鮮。由于直流耐壓試驗存在加速XLPE電纜絕緣早期劣化以及大大縮短電纜運(yùn)行壽命等弊端,一些電纜使用量較大的發(fā)達(dá)國家在XLPE電力電纜的預(yù)防性試驗中相繼推出了振蕩波電壓試驗、

3、011Hz 超低頻電壓試驗和工頻電壓試驗方法2。2008年1月,北京市電力公司電纜公司嘗試采用振蕩波法電纜局部放電定位(O W TS測試技術(shù)對10k V電纜進(jìn)行了局部放電測試。在測試過程中發(fā)現(xiàn)某路電纜出現(xiàn)明顯的局放現(xiàn)象發(fā)生,本文將詳細(xì)闡述該電纜故障處前后局放測試結(jié)果,分析局放原因,并對O W TS測試、分析中的經(jīng)驗和技巧加以總結(jié)。1電纜局部放電的原因及危害X LPE電纜在制造和接頭操作過程中,絕緣層內(nèi)部易進(jìn)入雜質(zhì),出現(xiàn)微孔、半導(dǎo)電層突起和分層缺陷,以及油紙絕緣(P I L C電纜由于負(fù)荷過大或缺油而導(dǎo)致絕緣材料干燥,外護(hù)套被侵蝕后引起進(jìn)水。這些均會引起發(fā)生局部放電。長期的實踐證明,局部放電是造

4、成電力電纜絕緣被破壞的主要原因。首先,在局部放電的過程中,電離出來的電子、正負(fù)離子在電場力的作用下具有較大的能量,當(dāng)它們撞到絕緣內(nèi)空氣隙的絕緣壁時,足以打斷絕緣材料高分子的化學(xué)鍵,從而產(chǎn)生裂解。其次,在放電點上,介質(zhì)發(fā)熱可達(dá)到很高的溫度,甚至使得絕緣材料在放電點時被燒焦或熔化,溫度升高還會產(chǎn)生熱裂解或促使氧化裂解,同時溫度升高還會增大介質(zhì)的電導(dǎo)和損耗,因此產(chǎn)生惡性循環(huán),導(dǎo)致絕緣體破壞。第三,在局部放電過程中會產(chǎn)生許多活性生成物,腐蝕絕緣體,使得介質(zhì)性能劣化。第四,局部放電有可能產(chǎn)生具有較高能量的X射線和Y射線,促使高分子裂解。除此之外,連續(xù)爆破性的放電以及放電產(chǎn)生的高壓氣體都會使絕緣體產(chǎn)生微裂

5、,從而發(fā)展成電樹枝1。局部放電起始時只跨越絕緣間的一部分,但會不斷地破壞絕緣材料,最終導(dǎo)致絕緣被擊穿。電力電纜局部放電量與電力電纜絕緣狀況密切相關(guān),局部放電量的變化預(yù)示著電纜絕緣存在著可能危及電纜安全運(yùn)行的缺陷。因此,國內(nèi)外許多專家、學(xué)者及一些國際電力權(quán)威機(jī)構(gòu)一致推薦局部放電試驗為評價電力電纜絕緣狀況的最佳方法,并作為及時發(fā)現(xiàn)電纜故障隱患、預(yù)測電纜運(yùn)行壽命、保障電纜安全可靠運(yùn)行的重要手段。2OW T S系統(tǒng)原理圖1為O W TS系統(tǒng)的高壓發(fā)生和測試原理電路。直流電源首先對電容充電,之后閉合I G B T高壓開關(guān),通過設(shè)備電感與被測電纜電容發(fā)生諧振,在被測電纜端產(chǎn)生阻尼振蕩電壓。圖2為O W T

6、S系統(tǒng)采用的脈沖反射法進(jìn)行局部放電定位原理示意圖。測試一條長度為l的電纜,假設(shè)在距測試端x處發(fā)生局部放電,脈沖沿電纜向兩個相反方向傳播,其中一個脈沖(本文中稱為“入射波”經(jīng)過時間t1到達(dá)測試端;另一個脈沖(本文中稱為“反射波”向測試端對端傳播,并在對端反射后再向測試32電力設(shè)備第9卷第12期 圖1OW TS系統(tǒng)原理電路圖 圖2脈沖反射法原理示意圖端傳播,經(jīng)過時間t 2到達(dá)測試端。根據(jù)2個脈沖到達(dá)測試端的時間差t ,可計算局部放電發(fā)生的位置,即t 1=xv(1t 2=(l -x +lv (2x =l -12v (t 2-t 1l -12v t (3式中,v 為脈沖在電纜中傳播的波速。3實例分析以

7、某路電纜線路為例,說明O W TS 系統(tǒng)在現(xiàn)場中的應(yīng)用情況。被測電纜基本信息如下:電纜長度為1738m;電纜型號為YJV22-3×240mm 2;投運(yùn)時間是2007年;加壓步驟為0,015×U 0,017×U 0,019×U 0,110×U 0(3次,112×U 0,113×U 0,115×U 0(3次,117×U 0(3次,(210×U 0,110×U 0,0。其中,U 0為電纜額定電壓。311數(shù)據(jù)分析方法 (1若從信號波形中可明顯地分辨出一對“入射波”與“反射波”,則可初步判斷該信

8、號為局部放電信號,如圖3所示。 圖3一對“入射波”與“反射波”(2若在局放點定位圖上有集中的“點集合”,則可初步判斷該位置發(fā)生有局部放電現(xiàn)象,如圖4所示。此外,在測試波形圖中若有簇狀的“線集合”,則可懷疑該被測電纜發(fā)生局部放電,在數(shù)據(jù)分析時應(yīng)加以留意,如圖5所示。但是,如果波形圖中的簇狀“線集合”為有規(guī)律出現(xiàn),例如其出現(xiàn)頻率為2倍工頻,則這些簇狀“線集合”可能是由電力系統(tǒng)設(shè)備中諸如晶閘管二級管等電力電子元器件所引起,不要將其誤認(rèn)為是局部放電信號,如圖6所示。圖4人工分析的局放點定位圖中的“點集合”圖5測試波形圖中的簇狀“線集合”圖6晶閘管等元器件引起的波形圖(3數(shù)據(jù)分析中,軟件提供了自動分析的

9、功能,但新成果與技術(shù)應(yīng)用張皓等:振蕩波測試系統(tǒng)在電纜局放測試定位中的典型案例分析33其結(jié)果往往存在較大誤差。針對同一組數(shù)據(jù),人工分析和軟件自動分析得到的結(jié)果不同,如圖4和圖7所示。因此,數(shù)據(jù)分析需由具有大量測試經(jīng)驗和分析技巧的工作人員進(jìn)行分析,以保證數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。 圖7軟件自動分析的局放點定位圖312測試結(jié)果31211初測在電纜一端(記為a 端進(jìn)行局放測試,經(jīng)人工分析發(fā)現(xiàn),A 、C 兩相距a 端775m 處存在明顯局放,局放點定位圖如圖8所示,測試結(jié)果列于表1。 圖8初測局放點定位圖表1局部放電點初測結(jié)果 局放點距測試端距離相位局放起始P D I V PD max (P D I V PD

10、max(117×U 0時775mA117×U 05835pC 5835pCB 未控測到明顯局放未檢測到明顯局放未控測到明顯局放C110×U 02712PC3235PC31212對端復(fù)測在該電纜對端(記為b 端進(jìn)行復(fù)測,確認(rèn)初次測試結(jié)果,并且檢測時還發(fā)現(xiàn)B 相距b 端590m 處存在局放現(xiàn)象,其局放點定位如圖9所示,測試結(jié)果列于表2。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是初測時,所加最高電壓為117×U 0,復(fù)測時考慮到所測電纜為新投運(yùn)電纜,故將最高電壓提高至210×U 0,新發(fā)現(xiàn)的局放點起始局放電壓P D I V 為117×U 0,因而初測時此處局放點集

11、中現(xiàn)象不明顯;此外,新發(fā)現(xiàn)的局放點距此次測試端b 端590m ,即距初測測試端a 端1150m ,初測時局放位置距測試端較遠(yuǎn),由于波沿著電纜傳播時有衰減,故初測時局放現(xiàn)象不明顯。圖9復(fù)測局放點定位圖表2對端復(fù)測結(jié)果局放點距測試端距離/m相位局放起始P D I V PD max (P D I V PD max (210×U 0時975A115×U 05705pC 6662pCB 未檢測到明顯局放未檢測到明顯局放未檢測到明顯局放C 110×U 012871651590A未檢測到明顯局放未檢測到明顯局放未檢測到明顯局放B 117×U 068367359C未檢測

12、到明顯局放未檢測到明顯局放未檢測到明顯局放31213處缺后再次測試電纜經(jīng)處缺后,再次進(jìn)行局放測試,A 、B 、C 三相均未檢測到明顯局放,局放點定位圖如圖10所示。圖10處缺后再次測量局放點定位圖313問題接頭解剖由北京電力試驗研究院主持對引起局放電纜接頭進(jìn)行解剖,基本情況如下:(1電纜附件:預(yù)制冷縮型產(chǎn)品。34電力設(shè)備第9卷第12期(2解剖時發(fā)現(xiàn):電纜內(nèi)護(hù)套輕薄(112mm,有泥漬;鋼帶有銹蝕;一側(cè)銅屏蔽有褶皺、破損。(3施工工藝方面發(fā)現(xiàn)的問題:1附件壓接管壓接密實,每側(cè)3模,打磨較光滑。但壓鉗壓模使用較小,造成壓接處飛邊較寬,高2mm,寬2mm。2接管外包繞2層P VC絕緣膠帶,其中兩相為

13、綠色,一相為紅色。造成接管處應(yīng)力錐內(nèi)屏蔽與接管處高電位產(chǎn)生隔離,應(yīng)力錐內(nèi)屏蔽形成懸浮電位。3電纜屏蔽口處理圓整,絕緣經(jīng)過打磨,但其中一相(銅屏蔽有破損側(cè)絕緣圓整度差,距應(yīng)力錐口155mm處外屏蔽有損傷,損傷程度有待于進(jìn)一步分析。4應(yīng)力錐收縮尺寸均衡、居中,因其結(jié)構(gòu)原因,應(yīng)力錐外屏蔽與兩接口內(nèi)屏蔽(應(yīng)力錐口電氣連接已斷開。工藝要求用半導(dǎo)電帶纏繞各寬20mm。施工中,有兩相應(yīng)力錐口兩側(cè)半導(dǎo)電帶只繞包在屏蔽口,而用絕緣放水帶對接口處進(jìn)行密封處理,另一相應(yīng)力錐口單側(cè)半導(dǎo)電帶只繞包在屏蔽口,而用絕緣放水帶對接口處進(jìn)行密封處理,另一側(cè)按照工藝恢復(fù)了內(nèi)、外屏蔽。從而導(dǎo)致應(yīng)力錐外電極與電纜外屏蔽電氣上斷開。5

14、電纜接頭中心向后015m距離內(nèi),電纜未保持成一條直線。6恢復(fù)銅屏蔽連接時,銅網(wǎng)兩側(cè)未分別固定,而是將三相共同固定,固定不規(guī)范。7恢復(fù)接頭填充時,應(yīng)包繞P VC帶(透明,施工中包繞的是絕緣防水帶接頭,填充有錯誤。8恢復(fù)外護(hù)套時,工藝要求包繞絕緣放水帶2層,施工中在2層放水帶中間搭接包繞了1層P VC,破壞了接頭的整體防水性。314局放產(chǎn)生原因分析經(jīng)接頭解剖后,分析局放可能由如下幾個原因誘發(fā):(1接管外包P VC帶,使應(yīng)力錐內(nèi)屏蔽產(chǎn)生懸浮電位,形成不穩(wěn)定因素,易產(chǎn)生局放。(2施工中硅脂凝結(jié)成晶體,分布在接管、絕緣、應(yīng)力錐內(nèi)屏蔽間。(3應(yīng)力錐內(nèi)接管與兩側(cè)絕緣段彎曲,影響應(yīng)力錐抱緊度,易產(chǎn)生局放。(4

15、應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否有缺陷,有待于進(jìn)一步分析。(5銅屏蔽有破損,造成各相外屏蔽有破損點,屬嵌入式損壞,損壞程度應(yīng)進(jìn)一步分析。4結(jié)論(1對于新投運(yùn)的電纜,可以將電壓最高加到210倍額定電壓,有利于將隱患在第一時間排查清楚,防患于未然。(2對電纜加高壓后,若出現(xiàn)局放,加壓至最高預(yù)設(shè)值后應(yīng)逐漸降壓,尤其是110倍額定電壓時的局放情況,以確保經(jīng)局放測試后電纜的絕緣性能不被劣化。(3數(shù)據(jù)分析和測試操作應(yīng)由同一個人或了解測試現(xiàn)場情況的有經(jīng)驗人員完成,這樣有利于綜合考慮電纜的情況和測試現(xiàn)場的環(huán)境影響,以排除干擾因素。(4局部放電通常具有以下4個特征,也是判斷電纜局部放電的“四要素”:放電量與放電頻率隨電壓的升

16、高而升高。放電信號波形可明顯分辨出“入射波”與“反射波”。波形圖有代表局放的簇狀“線集合”,定位圖上有集中的“點集合”。局放相位具有典型的“180°”原則,即在振蕩電壓第一、三象限處有對稱分布的局放點集合。(5P D I V在測試過程中不能準(zhǔn)確地獲取,因此在數(shù)據(jù)分析結(jié)束后,根據(jù)局放點信息確定各相的P D I V,并記錄在報告中,以便日后查詢時能快速、準(zhǔn)確地了解該線路的局放情況。5參考文獻(xiàn)1顧媛媛.電力電纜局部放電信號理論及處理研究D.廣東工業(yè)大學(xué),2007:11216.2羅俊華,馬翠姣,邱毓昌,等.35kV及以下XLPE電力電纜試驗方法的研究J.電網(wǎng)技術(shù),2000,24(12:582

17、61.收稿日期:2008207216作者簡介:張皓(19832,女,碩士,助理工程師,主要從事電纜狀態(tài)監(jiān)測工作;唐嘉婷(19792,女,碩士,助理工程師,主要從事電纜狀態(tài)監(jiān)測工作。(責(zé)任編輯趙楊Typ i ca l C a se Ana l ys is o f O sc ill a ti ng W a ve Te s t S ys tem i n C a b l e P a rti a lD ischa rge Te s t a nd Lo ca li za ti o n i n Pow e r C a b l eZ HANG Hao,T ANG J ia2ting,Z HANG L i2zhi,ZHANG Yan2hui,L I Xuan,W u Tong,Zhao Yu(Power Cable Operati on Company of Beijing Electric,Beijing100027,ChinaAb s tra c t:The paper intr oduced the cause and har m of partial discharge in power cable,and p rinci p le of O scillating W ave Test Syste m,then takes exa mp