第12講-電力電纜局放在線檢測(cè)

第12講電力電纜的

在線檢測(cè)與故障診斷

唐志國Telhp);51971617(o)辦公室：教5樓D325Email：tangzhyguo@163.com高電壓與電磁兼容研究所主要內(nèi)容電力電纜基本知識(shí)電力電纜發(fā)展背景、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分類，運(yùn)行情況等電力電纜的絕緣特征量、劣化機(jī)理電力電纜的檢測(cè)與故障診斷技術(shù)直流泄漏電流檢測(cè)介質(zhì)損耗角正切tgδ的在線檢測(cè)局部放電在線檢測(cè)技術(shù)電力電纜基本知識(shí)背景電力電纜主要用于發(fā)電廠、變電所、工礦企業(yè)的動(dòng)力引入/出線過海、過江、過鐵路等特殊部位，多采用電纜20世紀(jì)80年代初，隨著XLPE電纜的廣泛應(yīng)用，電力電纜與GIS一起成為城網(wǎng)改造的兩項(xiàng)重要舉措。電力電纜與架空線路相比，優(yōu)點(diǎn)是受氣候影響小，節(jié)省空間、安全可靠、隱蔽耐用，但成本較高tanδ法：從電壓互感器取電壓，用電流傳感器測(cè)流經(jīng)電纜絕緣的工頻電流，通過裝置測(cè)出電纜絕緣的tanδ，此信息反映出絕緣缺陷的平均程度。目前對(duì)介質(zhì)損耗角正切來衡量電纜絕緣老化還存在不同看法，有研究者認(rèn)為，僅能反映電纜吸水受潮的程度。低頻法低頻成分法：由于水樹的存在，在電纜絕緣電流中還有低頻成分，其頻譜在10Hz尤其在3Hz以下?？蓽y(cè)低頻電流進(jìn)行診斷，低頻電流是nA級(jí)。低頻疊加法：將7.5Hz20V的低頻電壓在線加于電纜，在接地線中測(cè)微電流，算出電阻。低頻成分電流頻譜低頻疊加法測(cè)得的絕緣電阻與擊穿電壓的關(guān)系電纜局部放電的檢測(cè)與油紙絕緣相比，XLPE電纜對(duì)局部放電非常敏感。局部放電會(huì)在XLPE電纜絕緣內(nèi)引起電樹枝擊穿，它是最危險(xiǎn)的劣化形式之一。電纜對(duì)局部放電要求非常嚴(yán)格，不超過10pC例如在3.2mm厚的XLPE電纜模型上實(shí)驗(yàn)時(shí)，擊穿電壓為36kV，當(dāng)已形成擊穿通道時(shí)，相應(yīng)的局放量僅為3pC，5.6s后增至500pC，隨即發(fā)生擊穿。電纜發(fā)生局部放電的部位大多在接頭和終端部位。電纜局部放電監(jiān)測(cè)的主要困難是現(xiàn)場嚴(yán)重的干擾。電纜接頭盒上的監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)頻率可大于10M，可用差動(dòng)平衡電路和極性鑒別電路來抗干擾。電纜接頭盒上的監(jiān)測(cè)

高頻脈沖電流法傳感器采用寬帶羅哥夫斯基線圈電容分壓器法電容分壓器監(jiān)測(cè)

靈敏度取決于分壓比：C1/(C1+C2)高頻脈沖電流法和電容分壓器法較適合現(xiàn)場使用。電容分壓器法靈敏度最高，且有利于故障的定位。但其缺點(diǎn)是需要破壞電纜屏蔽層，在連接盒上插入內(nèi)電極等，在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)還有一定困難。感應(yīng)傳感器法：原理：當(dāng)電纜屏蔽由多股螺旋狀帶繞成時(shí)，局放電流在屏蔽線上的電流可分為沿電纜和圍繞電纜的分量，切向電流產(chǎn)生軸向磁場，該磁力線在電纜外側(cè)，用線圈制成特高頻傳感器裝在電纜外。特點(diǎn)：方便安裝，可定位，400M測(cè)量頻率。感應(yīng)傳感器法VHF測(cè)量方法美國愛迪生公司研究發(fā)現(xiàn)：在帶狀屏蔽電纜中，局放信號(hào)中的甚高頻分量可被測(cè)到的距離為400－600m之內(nèi)，超高頻分量可被測(cè)到的距離為2m之內(nèi)。三、XPLE電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)研究1、VHF鉗形傳感器的研制電流傳感器的幅頻特性曲線VHF檢測(cè)系統(tǒng)組成及檢測(cè)效果驗(yàn)證VHF傳感器與局部放電儀測(cè)試結(jié)果對(duì)比檢測(cè)靈敏度小于5pC檢測(cè)效果優(yōu)于常規(guī)檢測(cè)法2、UHF傳感器的研制3、分析軟件4、模擬裝置整體接線圖局部放電模型氣泡放電尖板放電滑閃放電懸浮放電尖板放電氣泡放電滑閃放電懸浮放電基于信號(hào)波形特征分析的局放檢測(cè)四、現(xiàn)場測(cè)試情況1、現(xiàn)場測(cè)量系統(tǒng)

現(xiàn)場中大一線和中大二線中間接頭井中的中間接頭分布情況2、現(xiàn)場測(cè)量的線路數(shù)五條110kV高壓XLPE電力電纜21個(gè)中間接頭（其中12個(gè)充油式中間接頭，9個(gè)預(yù)制式中間接頭）澆注式中間接頭充油中間接頭測(cè)試現(xiàn)場測(cè)試現(xiàn)場3、現(xiàn)場測(cè)量結(jié)果一號(hào)井中大二線B相160PC一號(hào)井中大二線A相約160PC一號(hào)井中大二線C相約300PC二號(hào)井中大一線A相約50PC二號(hào)井中大一線B相約50PC電力電纜局部放電檢測(cè)的難點(diǎn)對(duì)中壓電纜局部放電測(cè)試及其故障定位已被全世界接受，同時(shí)要求做出廠非破壞性試驗(yàn)。而測(cè)試?yán)щy在于，在工頻條件下，對(duì)幾公里長的電纜進(jìn)行充電測(cè)試需要很大的能量，該充電系統(tǒng)包含多個(gè)設(shè)備，系統(tǒng)繁重復(fù)雜，不利于現(xiàn)場檢測(cè)。替代方法：超低頻檢測(cè)技術(shù)。以0.1Hz正弦波形電壓作為為局放激發(fā)源

，可用于電介質(zhì)損耗角測(cè)量，局部放電測(cè)量/故障定位。缺點(diǎn)：電源極性轉(zhuǎn)換頻率很低，轉(zhuǎn)換時(shí)電壓曲線斜率也低，這樣就需要加很高的電壓并且測(cè)試較長的時(shí)間才能激發(fā)并采集到足夠多的局放數(shù)據(jù)，因此對(duì)電纜的損傷就比較大，并引發(fā)電纜中的新缺陷，增加電纜擊穿的幾率。

技術(shù)介紹----試驗(yàn)電壓的產(chǎn)生試驗(yàn)電壓的產(chǎn)生：直流電源對(duì)被試電纜電容充電，之后通過設(shè)備電感與被試電纜電容發(fā)生諧振，在被試電纜端產(chǎn)生阻尼振蕩電壓。

直流充電LC振蕩+++++++++++++++技術(shù)介紹----基于行波原理的故障源定位局部放電的定位——波反射原理一對(duì)“入射波”與“反射波”電纜局部放電振蕩波檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)：局部檢測(cè)在振蕩波測(cè)試電壓下進(jìn)行，振蕩電壓頻率范圍為50Hz~500Hz，電場強(qiáng)度分布和正常工作狀態(tài)一樣。結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，適用于現(xiàn)場檢測(cè)。測(cè)試時(shí)間短，不會(huì)對(duì)被測(cè)電纜造成任何損壞。特色：試驗(yàn)電壓的產(chǎn)生局部放電的定位放電量的校準(zhǔn)與測(cè)量適用于電力電纜局部放電的現(xiàn)場檢測(cè)振蕩波檢測(cè)技術(shù)在北京地區(qū)的使用情況北京市電力公司自2008年1月份以來，利用OWTS振蕩波局放檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行10kV電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)，先后發(fā)現(xiàn)排除潛在性隱患多起，對(duì)確保第29屆北京奧運(yùn)會(huì)、第13屆殘奧會(huì)和60周年大慶期間重要用戶的安全可靠供電發(fā)揮了重要作用。實(shí)踐證明，OWTS電纜局放檢測(cè)和定位系統(tǒng)可以有效檢測(cè)10kV配電電纜的局放水平并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位，特別是針對(duì)投運(yùn)前的電纜和運(yùn)行時(shí)間較長的老舊電纜進(jìn)行檢測(cè)，可以促進(jìn)安裝工藝的提高和避免電纜因長期運(yùn)行逐漸劣化引起突發(fā)性事故的發(fā)生，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。北京地區(qū)振蕩波實(shí)測(cè)案例利用OWTS裝置對(duì)某10/8.7kVXLPE三芯電纜進(jìn)行局部放電檢測(cè)和定位,該電纜全長383m,距離測(cè)試端100m處有一個(gè)熱縮中間接頭。經(jīng)局部放電振蕩波檢測(cè),發(fā)現(xiàn)該電纜在1.7UN時(shí)放電量達(dá)到10000pC

左右;0.5UN時(shí)放電量達(dá)到1000pC

左右。經(jīng)定位檢測(cè),發(fā)現(xiàn)放電缺陷就在中間接頭處。在電纜測(cè)試端注入放電量為1000pC

的脈沖信號(hào)時(shí)系統(tǒng)采集到的波形加壓至1.7UN時(shí)采集到的放電波形系統(tǒng)分析軟件中對(duì)單個(gè)脈沖進(jìn)行分析和定位的界面定位結(jié)果顯示。幾乎所有的放電脈沖都集中在100m位置,即中間接頭位置,放電量可以達(dá)到10000pC。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證外屏蔽剝削不整齊,有突起,未打磨。外層熱縮管是半導(dǎo)電材料,黑層熱縮管是絕緣材料。外層熱縮管端部不整齊,未用半導(dǎo)電帶做過渡形成坡口,且熱縮管表面有凹陷,不平滑里層熱縮管與電纜導(dǎo)體接觸,有凹陷,不平滑。里層熱縮管與電纜導(dǎo)體接觸,表面有凹陷,不平滑。內(nèi)、外半導(dǎo)電熱縮管的端部均沒有用半導(dǎo)電帶纏繞形成坡口。測(cè)試結(jié)論振蕩波測(cè)試系統(tǒng)使用方便,適合現(xiàn)場使用,可以有效排除現(xiàn)場環(huán)境噪聲和外部信號(hào)的干擾,能夠準(zhǔn)確檢測(cè)電纜的局放情況。實(shí)踐證明,OWTS

的電纜局部放電檢測(cè)和定位裝置通過采用振蕩波電源技術(shù),作用時(shí)間短、操作方便、易于攜帶,可有效檢測(cè)XLPE電纜中的各種缺陷,且試驗(yàn)不會(huì)對(duì)電纜造成傷害。行波定位技術(shù)可以在現(xiàn)場有效檢測(cè)出10kV

配電電纜的局部放電水平并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位。廣東省電網(wǎng)公司的使用情況為切實(shí)將狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作落到實(shí)處，根據(jù)主網(wǎng)穩(wěn)定、配網(wǎng)可靠的電網(wǎng)資產(chǎn)管理思路以及全面施行創(chuàng)先工作的有關(guān)要求，廣東省電網(wǎng)公司引進(jìn)了10kV振蕩波電壓電纜局部放電檢測(cè)與定位系統(tǒng)，專門用來解決當(dāng)前10kV電纜的絕緣狀態(tài)診斷問題。2009年9月17至20日，廣州市電力試驗(yàn)研究所組織有關(guān)技術(shù)人員開展基于振蕩波電壓法的10kVXLPE電纜局部放電檢測(cè)與定位的初步試驗(yàn)研究工作。試驗(yàn)時(shí)在真實(shí)電纜試品上人為設(shè)置各類常見的故障模型，用振蕩波檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果與預(yù)置故障源進(jìn)行對(duì)比，從而判定振蕩波檢測(cè)系統(tǒng)的有效性。驗(yàn)證結(jié)果總結(jié)振蕩波檢測(cè)技術(shù)是電纜局部放電檢測(cè)的新方法。上世紀(jì)九十年代初至九十年代末期為實(shí)驗(yàn)室摸索階段，2000年