高壓電纜耐壓試驗(yàn)過程中局放測(cè)試方法和典型缺陷全面分析

1、高壓電纜耐壓試驗(yàn)過程中局放測(cè)試方法和典型缺陷全面分析高壓電纜局放測(cè)試的背景1高壓電纜局放測(cè)試的原理2典型案例分析4成果及結(jié)論5技術(shù)展望6高壓電纜局放測(cè)試的方法3 高壓電纜的應(yīng)用情況一、高壓電纜局放測(cè)試的背景 交聯(lián)聚乙烯電纜因其具有電性能高、輸送容量大、重量輕、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，佛山地區(qū)的高壓電纜線路全部使用了該類型的高壓電纜。高壓電纜的故障 一、高壓電纜局放測(cè)試的背景 高壓電纜故障的主要原因在于產(chǎn)品質(zhì)量和施工質(zhì)量，其中電纜附件占故障總量的90%，薄弱環(huán)節(jié)表現(xiàn)在電纜終端頭和中間接頭，主要由于設(shè)計(jì)不良、材料選擇不當(dāng)、安裝制作工藝不良三個(gè)方面的原因造成。高壓電纜局放測(cè)試的必要性 一、高壓電纜局放測(cè)

2、試的背景 GB 50150-2006 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求新竣工的電纜需要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，高壓電纜交流耐壓等效電路如下圖，用C1、C2、C3組合模擬被試電纜的各個(gè)絕緣部件，在試驗(yàn)過程中C1、C2、C3同時(shí)承受高電壓的考驗(yàn)。 高壓電纜局放測(cè)試的必要性 一、高壓電纜局放測(cè)試的背景 交流耐壓試驗(yàn)技術(shù)存在不足，體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：交流耐壓試驗(yàn)只關(guān)注電纜整體能否完整承受試驗(yàn)電壓的考驗(yàn)，其判斷標(biāo)準(zhǔn)為電纜是否通過了交流耐壓試驗(yàn)，缺少電纜在試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的局部損傷和破壞的監(jiān)測(cè)手段。如電纜內(nèi)部存在局部放電,但是電纜依然有可能能夠通過交流耐壓試驗(yàn)，內(nèi)部有缺陷的電纜帶病運(yùn)行，電纜安全運(yùn)行存在一

3、定風(fēng)險(xiǎn)。因此檢測(cè)高壓電纜在耐壓過程中的局放信號(hào)。高壓電纜局放測(cè)試的原理 二、高壓電纜局放測(cè)試的原理 在電纜耐壓試驗(yàn)過程中，采用如下測(cè)試回路，就可利用脈沖電流法監(jiān)測(cè)電纜局部放電情況，測(cè)試原理如下圖。Cx為被試驗(yàn)電纜，Ck為耦合電容器，在Cx、Ck的端部分別接入檢測(cè)阻抗Zm1、Zm2。Z為高頻阻波器，抑制電源中的干擾信號(hào)進(jìn)入局放測(cè)試回路，阻止局放信號(hào)進(jìn)入電源系統(tǒng)。 高壓電纜局放測(cè)試的原理 二、高壓電纜局放測(cè)試的原理 一旦被試電纜發(fā)生局部放電，耦合電容Ck瞬時(shí)對(duì)Cx充電，形成高頻的脈沖電流波形，脈沖電流波形達(dá)到納秒級(jí)別，其頻譜高達(dá)百兆以上，脈沖電流的幅值大小、發(fā)生的頻度反映電纜內(nèi)部局部放電的嚴(yán)重程度

4、。 利用局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在耐壓過程可嚴(yán)密監(jiān)視局放信號(hào)隨電壓和時(shí)間變化的趨勢(shì)，掌握電纜缺陷嚴(yán)重程度的變化。 二、高壓電纜局放測(cè)試的原理 高壓電纜局部放電的嚴(yán)重程度通過其局部放電量來反映，要測(cè)試局放量必須對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。 在被試驗(yàn)電纜Cx注入標(biāo)準(zhǔn)局放信號(hào)Qo以模擬被試對(duì)象發(fā)生了局部放電，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)局放信號(hào)注入時(shí)，檢測(cè)阻抗Zm1、Zm2輸出信號(hào)，測(cè)試系統(tǒng)M獲取局放信號(hào)的幅值大小、相位分布特征、頻譜特性等信息。 局放測(cè)試時(shí)參照校準(zhǔn)信息就可以計(jì)算出局放量的大小，對(duì)電纜局部放電的嚴(yán)重程度、局放類型評(píng)估，作出正確的判斷。三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 交流耐壓試驗(yàn)電源處理 高壓電纜交流耐壓采用的是變頻諧振裝置產(chǎn)生試

5、驗(yàn)電源，變頻柜是裝置的核心部件，變頻柜通過晶閘管的整流和逆變獲取試驗(yàn)所需的頻率，在電源變換過程中引入了大量的高頻脈沖電流成份。三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 變頻諧振系統(tǒng)輸出的電源不能直接作為電纜局放試驗(yàn)的電源直接施加于被試對(duì)象進(jìn)行局部放電測(cè)試，必須采取有效措施對(duì)試驗(yàn)電源進(jìn)行預(yù)處理，通過設(shè)置串聯(lián)電抗、防暈導(dǎo)線、均壓環(huán)進(jìn)行對(duì)試驗(yàn)電源質(zhì)量進(jìn)行改善，其電氣原理所下圖所示。 交流耐壓試驗(yàn)電源處理 三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 電纜終端的局放測(cè)試回路如下圖，當(dāng)被試電纜內(nèi)部發(fā)生了局部放電時(shí)，耦合電容瞬時(shí)對(duì)電纜終端充電，形成高頻的脈沖充電電流波形，脈沖電流的幅值、發(fā)生的頻度反映了電纜內(nèi)部局部放電的嚴(yán)重程度，通道1

6、、通道2兩個(gè)傳感器將局放信號(hào)傳送至局放診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。 電纜終端局放測(cè)試回路 三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 在電纜的中間接頭，測(cè)試原理如圖所示，一側(cè)電纜的鎧裝與電纜導(dǎo)體之間存在電容Ca，另一側(cè)電纜的導(dǎo)體與鎧裝之間存在電容Cb，如果在電纜的中間接頭發(fā)生局部放電，那么形成兩個(gè)電容C1和C2，此時(shí)Ca和Cb就會(huì)通過導(dǎo)體向C1和C2充放電，從而形成局放電流回路，在兩側(cè)電纜屏蔽層橋接一個(gè)高頻低阻的電容臂C0和高頻電流傳感器，就可以檢測(cè)到局放的脈沖電流信號(hào)。電纜終端局放測(cè)試回路 三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 高壓電纜局放測(cè)試的技術(shù)難點(diǎn) 測(cè)試系統(tǒng)靈敏度要求高 高壓電纜發(fā)生局放時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)微弱，要求傳感

7、器及測(cè)試系統(tǒng)有相當(dāng)高的檢出靈敏度?，F(xiàn)場(chǎng)干擾因素復(fù)雜 在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施電纜局放試驗(yàn)時(shí)干擾信號(hào)會(huì)嚴(yán)重影響電纜局放的檢測(cè)和診斷，主要有臨近試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生的電暈或者局部放電信號(hào)、交流耐壓試驗(yàn)裝置自身的局部放電信號(hào)、交流耐壓試驗(yàn)回路的引線產(chǎn)生的電暈信號(hào)三個(gè)方面的因素。 因此甄別并排除干擾信號(hào)、提取有效的信息并根據(jù)其特征診斷電纜的絕緣狀態(tài)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 高壓電纜局放測(cè)試的技術(shù)難點(diǎn) 對(duì)測(cè)試人員的要求高 高壓電纜局放的信號(hào)主要集中在0-30MHz范圍內(nèi)，信號(hào)頻帶較寬，加上現(xiàn)場(chǎng)存在一定的干擾信號(hào)，測(cè)試人員通過信號(hào)抑制、識(shí)別、分類、提取、判斷等技術(shù)手段，準(zhǔn)確的解析復(fù)雜的電

8、子信號(hào)成份實(shí)現(xiàn)電纜的狀態(tài)診斷。這項(xiàng)技術(shù)要求測(cè)試人員熟練使用示波器、頻譜儀、濾波器等電子設(shè)備，并具備高頻電子信號(hào)分析判斷能力。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有明確的指引 高壓電纜局放測(cè)試是目前國(guó)內(nèi)比較新的技術(shù)應(yīng)用課題，國(guó)內(nèi)僅有北京供電局進(jìn)行過類似嘗試，佛山局在這一技術(shù)領(lǐng)域走在了國(guó)內(nèi)前列。三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 局放診斷判據(jù) 我局從2010年開始探索電纜局放技術(shù)的應(yīng)用研究，在長(zhǎng)達(dá)兩年的時(shí)間里，我們的專業(yè)團(tuán)隊(duì)通過反復(fù)的理論分析、實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、與國(guó)內(nèi)外專家的交流，目前在高壓電纜局放測(cè)試領(lǐng)域取得了較大突破，并總結(jié)了一套診斷判據(jù)：（1）、通過大量的試驗(yàn)室模擬和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示：局放信號(hào)的相位與試驗(yàn)電源的

9、相位具有180度或360度的相位特征，同時(shí)發(fā)生在一定寬度的相位上。（2）、在測(cè)試中若發(fā)現(xiàn)存在多種信號(hào)源，需運(yùn)用帶通濾波器分別提取不同頻帶的脈沖信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)分析；（3）、局放傳感器采集到的高頻脈沖信號(hào)的波形和頻譜是否具有典型局放特征（脈沖波形上升沿一般為幾十納秒）； (4)、必要時(shí)，將實(shí)際測(cè)試局放波形與利用模擬局放源對(duì)測(cè)試回路進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)的波形進(jìn)行反復(fù)類比，觀察其信號(hào)的相似性；（5）、極性判別法：運(yùn)用脈沖波形的極性鑒別局放源的位置； 三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 交流耐壓時(shí)進(jìn)行局放測(cè)試的優(yōu)點(diǎn) 1、在進(jìn)行電纜耐壓試驗(yàn)過程中同時(shí)進(jìn)行局放測(cè)試，由于電纜耐壓試驗(yàn)電源采用異頻電源，工頻信號(hào)在試驗(yàn)電源的相位圖譜

10、上不具有相關(guān)性，只有試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部的局放信號(hào)可能在試驗(yàn)電源的相位圖譜上具有相關(guān)性，利用這一點(diǎn)可有效排除運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)。試驗(yàn)裝置自身的局放信號(hào)是晶閘管的開通關(guān)閉造成，一般集中在特定相位，這類干擾在一定程度上可通過“開相位窗”予以排除；2、高電壓狀態(tài)下局放測(cè)試的靈敏度高，高壓電纜交流耐壓時(shí)所施加的電壓為2U0，利于將電纜內(nèi)部的缺陷檢出。 （1）、對(duì)于在1U0下不產(chǎn)生局放信號(hào)的缺陷，在2U0下激發(fā)下產(chǎn)生局放，缺陷才可能被發(fā)現(xiàn)。 (2)、對(duì)于同樣的電纜缺陷，電壓越高，產(chǎn)生的局放信號(hào)越大，檢出的靈敏度越高。 3、局放的提前發(fā)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行安全、設(shè)備檢修的影響。 通過局放測(cè)試，可以在電纜投運(yùn)前發(fā)現(xiàn)缺陷，施

11、工人員有足夠的時(shí)間和空間查明原因、消除缺陷，避免電纜帶病投入運(yùn)行后重復(fù)停電，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。 三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 截至目前，我局引進(jìn)的電纜局放測(cè)試系統(tǒng)有三套，測(cè)試精度均達(dá)到了國(guó)際上現(xiàn)有商業(yè)測(cè)試裝置精度要求的最高標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試系統(tǒng)針對(duì)電纜局放測(cè)試的特殊環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，具備強(qiáng)大的分析功能，全部能夠在赫茲至30M赫茲的寬頻帶信號(hào)進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)了局放信號(hào)的頻譜特征、相位特征、特定頻帶下局放分量、放電密度等重要信息的分析、處理，并且三套測(cè)試系統(tǒng)各有所長(zhǎng)，可靈活搭配使用，對(duì)于復(fù)雜的測(cè)試問題互相應(yīng)證提高測(cè)試的可靠性。測(cè)試系統(tǒng)引進(jìn)以來，安排專門人員開展研究和學(xué)習(xí)，多次組織廠家技術(shù)人員進(jìn)行理論講解、

12、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操、實(shí)驗(yàn)室模擬局放培訓(xùn)，培養(yǎng)了多名掌握電纜局放測(cè)試的技術(shù)骨干。我局現(xiàn)有局放測(cè)試裝置情況 局放測(cè)試系統(tǒng)三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 SPD局放檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)處理主要由硬件實(shí)現(xiàn)，信號(hào)波形保持較真實(shí)。檢測(cè)時(shí)信號(hào)經(jīng)電容臂從電纜終端耦合,通過傳感器PDD 將信號(hào)檢取，送到高通濾波器HPF濾波, 再送到局放測(cè)試主機(jī)PDM，通過一系列的濾波、放大及模、數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，去除干擾信號(hào)，得到所需信號(hào)送至后臺(tái)分析軟件進(jìn)行判定,主要是從頻率f、相位、頻度n、電量q、時(shí)間t五個(gè)因素判斷，在軟件上可以清楚地看到這幾個(gè)量的大小，以及之間的相互關(guān)系，通過它們之間的關(guān)系，對(duì)存在的可疑局放的可能性作一個(gè)分析。 局放測(cè)試系統(tǒng)三、

13、高壓電纜局放測(cè)試的方法 MPD600 局放診斷系統(tǒng)側(cè)重于由軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的分析處理，具備頻譜分析功能，在頻譜圖上可連續(xù)自由選擇濾波器中心頻率及帶寬，屏蔽干擾信號(hào)的影響，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電平的大小在一定程度上可排除干擾因素。 局放測(cè)試系統(tǒng)三、高壓電纜局放測(cè)試的方法 PDCHECK診斷系統(tǒng)與前面兩個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于沒有設(shè)置帶通濾波器來排除干擾信號(hào)的影響，而是對(duì)超過觸發(fā)電平的所有脈沖信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算出每個(gè)脈沖的脈沖寬度及中心頻率，根據(jù)這兩個(gè)特征量將脈沖進(jìn)行分類，采取這種方式可以最大限度的排除干擾，得到真實(shí)局放信號(hào)的幅值會(huì)較大，檢測(cè)靈敏度好。 電纜基本情況說明四、典型缺陷分析 110kV雷平聯(lián)甲、乙線電纜

14、由雷崗戶外場(chǎng)至益禾戶外場(chǎng)，全長(zhǎng)都為，600M處有一中間頭。 2012年2月中旬，兩條電纜同時(shí)竣工，通過耐壓試驗(yàn)后投入運(yùn)行，但110kV雷平聯(lián)甲線B相電纜的益禾場(chǎng)終端在充電兩個(gè)小時(shí)后發(fā)生爆炸。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測(cè)試四、典型缺陷分析 在雷崗戶外場(chǎng)、益禾戶外場(chǎng)、以及中間接頭處分別進(jìn)行局放測(cè)試，耐壓裝置的高壓試驗(yàn)導(dǎo)線使用防暈導(dǎo)線，在兩側(cè)的電纜終端以及電容分壓桿上均使用均壓罩或均壓環(huán)來抑制電暈放電，并在電抗器高壓側(cè)與電纜終端間串入一小電抗，抑制高頻信號(hào)進(jìn)入被試電纜。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測(cè)試四、典型缺陷分析在電容分壓桿上注入1000pC信號(hào)進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)：1、通道1上收到的信號(hào)如左圖所

15、示，幅值為470mV；2、通道2上收到的信號(hào)如右圖所示，幅值為320 mV。3、兩個(gè)通道的脈沖信號(hào)極性相反。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測(cè)試四、典型缺陷分析 雷崗戶外場(chǎng)側(cè)A相檢測(cè)到局放信號(hào)，幅值約64pC，信號(hào)主頻約為9MHz左右，而且在10MHz以上還有相當(dāng)?shù)墓β?，從極性上看與電壓的極性一致，從圖譜判斷為電纜頭側(cè)局放信號(hào)，電纜頭解體后發(fā)現(xiàn)有電纜主絕緣有明顯的爬電痕跡。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測(cè)試四、典型缺陷分析 雷崗戶外場(chǎng)側(cè)B相在50kV電壓下發(fā)生強(qiáng)烈的局部放電，幅值達(dá)到9500pC，信號(hào)最高頻率成分在40MHz。從極性上看與電壓的極性一致，從圖譜特征判定為電纜終端局放信號(hào)，電纜頭解體后發(fā)現(xiàn)

16、有電纜主絕緣有明顯的爬電痕跡。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測(cè)試四、典型缺陷分析 雷崗戶外場(chǎng)C相在運(yùn)行電壓下沒有檢測(cè)到明顯的局部放電信號(hào)，但是在解剖時(shí)卻發(fā)現(xiàn)了爬電痕跡，分析其原因?yàn)椋?、電纜放電痕跡是在交接試驗(yàn)時(shí)施加2U0的情況下形成的，在進(jìn)行局放試驗(yàn)時(shí)施加，所加1U0電壓未能激發(fā)局放，因此未能測(cè)到任何局放信號(hào)。2、因此，在交接試驗(yàn)時(shí)同時(shí)進(jìn)行局放試驗(yàn)是有必要的。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測(cè)試四、典型缺陷分析 1、按照相同的測(cè)試方法對(duì)益禾戶外的三相電纜終端進(jìn)行局放測(cè)試，發(fā)現(xiàn)A相存在128PC的放電量，而B、C兩相沒有明顯局放信號(hào)。2、對(duì)電纜終端進(jìn)行解體，檢查情況與測(cè)試結(jié)果吻合。 110kV雷平聯(lián)乙線缺陷原因四、典型缺陷分析 檢查人員對(duì)發(fā)生爬電痕跡的電纜頭進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，電纜絕緣層表面發(fā)生爬電痕跡的部位都有一個(gè)明顯的平面，電纜的截面圖如下圖； 110kV雷平聯(lián)乙線缺陷原因四、典型缺陷分析1、發(fā)生故障的電纜終端為干式套管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如中圖，這種結(jié)構(gòu)要求電纜本體的外絕緣必須有良好的圓整度，才能保證套管絕緣層與電纜絕緣層依靠自生的彈性緊密結(jié)合。2、電纜表面的平面使套管內(nèi)部絕緣層的交界面上形成了空氣間隙，空氣間隙一方面加劇電場(chǎng)的畸變，另一方面本身絕緣強(qiáng)度較低，在一定的電壓作用下就會(huì)在空氣間隙處發(fā)生局部放電甚至擊穿。五