振蕩波電纜局放檢測和定位技術(shù)基本原理研究

1、振蕩波電纜局部放電檢測和定位技術(shù)基本原理研究隨著城市電網(wǎng)電纜化率的程度不斷提高，社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步對(duì)供電可靠性的要求也不斷提高，如何準(zhǔn)確掌握配電電纜的健康狀態(tài)，制定正確的檢修對(duì)策，避免因電纜本身質(zhì)量問題導(dǎo)致的突發(fā)性事故的發(fā)生，變得尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)，電纜的局部放電量與其絕緣狀況密切相關(guān)，局部放電量的變化預(yù)示著電纜絕緣可能存在危害電纜安全運(yùn)行的缺陷。目前，國際上應(yīng)用比較廣泛的振蕩波電纜局部放電檢測和定位技術(shù)，能夠有效檢測和定位配電電纜局部放電的位置且檢測本身不對(duì)電纜造成傷害。本文主要從該系統(tǒng)的電源技術(shù)、抗干擾技術(shù)、定位技術(shù)、典型案例等方面進(jìn)行介紹，為該技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用、改進(jìn)創(chuàng)新提供技術(shù)參考。近十

2、年來，擠塑型電力電纜特別是XLPE電力電纜由于其絕緣性能好、易于制造、安裝方便、供電安全可靠、有利于城市和廠礦布局等優(yōu)點(diǎn)，在城市電網(wǎng)中得到廣泛使用。但是這種電纜的絕緣結(jié)構(gòu)中往往會(huì)由于加工技術(shù)上的難度或原材料不純而存在氣隙和有害性雜質(zhì)，或者由于工藝原因在絕緣介質(zhì)與半導(dǎo)電屏蔽層之間存在間隙或半導(dǎo)電體向絕緣層突出，在這些氣隙和雜質(zhì)尖端處極易產(chǎn)生局部放電，同時(shí)在電力電纜的安裝和運(yùn)行過程當(dāng)中也可能會(huì)產(chǎn)生各種絕緣缺陷導(dǎo)致局部放電。由于XLPE等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料不斷老化最終導(dǎo)致絕緣擊穿，造成重大事故。根據(jù)北京市電力公司相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，電纜老化、附件質(zhì)量和工藝不良

3、在10kV電纜故障中占有較大比重。隨著電纜運(yùn)行時(shí)間的不斷增長，潛伏的局部缺陷對(duì)城市電網(wǎng)可靠性的危害將會(huì)越來越突出，對(duì)供電質(zhì)量和公司形象造成的危害也會(huì)越來越大。因此，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)及時(shí)檢測出電纜潛伏性缺陷的要求也越來越迫切。根據(jù)2007年北京市電力公司對(duì)新能源電網(wǎng)公司開展國際對(duì)標(biāo)的重要成果并參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，采用振蕩波電纜局部放電檢測和定位技術(shù)對(duì)配電電纜進(jìn)行測試，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位潛伏性局部放電缺陷且不會(huì)對(duì)電纜造成傷害，可以大大提高供電可靠性。振蕩波電源技術(shù)電力電纜由于其電容量大，很難在現(xiàn)場進(jìn)行工頻電壓下的局部放電檢測。過去充油電纜采用直流試驗(yàn)，可以大大降低電源的要求。但對(duì)XLPE電力電纜，

4、由于其絕緣電阻較高，且交流和直流下電壓分布差別較大，直流耐壓試驗(yàn)后，在XLPE電纜中，特別是電纜缺陷處會(huì)殘留大量空間電荷，電纜投運(yùn)后，這些空間電荷常造成電纜的絕緣擊穿事故12。采用超低頻（0.1Hz）電源進(jìn)行試驗(yàn)，要求試驗(yàn)時(shí)間長，電纜絕緣損傷較大，可引發(fā)電纜中的新的缺陷網(wǎng)。振蕩波電壓是近年來國內(nèi)外研究較多的一種用于XLPE電力電纜局部放電檢測和定位的電源。該電源與交流電源等效性好，作用時(shí)間短、操作方便、易于攜帶，可有效檢測XLPE電力電纜中的各種缺陷，且試驗(yàn)不會(huì)對(duì)電纜造成傷害4。OWTSI蕩波電纜局部放電檢測和定位裝置如圖1所示。檢測時(shí)可以靈活施加028kV的直流電壓，合上半導(dǎo)體開關(guān)后，被試電

5、纜與電感產(chǎn)生阻尼振蕩。該裝置可以檢測的電力電纜電容范圍為0.05fF-2fFro1k半導(dǎo)體開關(guān)DC電源O.36kV1一一一一M5k-W15感電被試電維顯示控制單元濾波器1PD戕合單元圖1OWTS振蕩波電纜局部放電檢測和定位裝置2抗干擾技術(shù)由于電纜的電容量大(近F5、6o級(jí))，局部放電要求嚴(yán)(幾pC),而電力電纜局部放電測量中不可避免的存在著環(huán)境噪聲和外部干擾，局部放電信號(hào)往往湮沒于這些噪聲和干擾中，使測量變得非常困難，抗干擾手段的提高顯得尤為重要。這些干擾按其時(shí)域和頻域特征的不同，可分為窄帶干擾、脈沖型干擾和背景噪聲三類。由于干擾強(qiáng)弱、頻域特性的不同，抗干擾技術(shù)要有一定的針對(duì)性(1) 對(duì)于窄帶

6、干擾，由于其頻域特征與局部放電信號(hào)的頻域特征有較大差異，而且頻帶十分窄，故大多采用頻域?yàn)V波的方法進(jìn)行抑制。(2) 對(duì)于脈沖型干擾，由于它和局部放電信號(hào)非常相似，從單個(gè)波形上很難將它們區(qū)分開來。目前主要采取時(shí)延鑒別法進(jìn)行鑒別。時(shí)延鑒別法是利用外來干擾脈沖及發(fā)射波到達(dá)測量點(diǎn)的時(shí)間差與內(nèi)部放電及反射波到達(dá)測量點(diǎn)的時(shí)間差的不同進(jìn)行鑒別。(4)對(duì)于背景噪聲，由于其在時(shí)域中表現(xiàn)為無規(guī)律的隨機(jī)脈動(dòng)，在頻域中則表現(xiàn)為在整個(gè)頻帶上均勻分布，因而單從頻域或時(shí)域都不能有效地抑制。在小波去噪算法提出之前，往往采用時(shí)域平均的方法來抑制這種隨機(jī)性的背景噪聲，但效果并不理想。小波去噪算法的出現(xiàn)可以比較有效地解決這個(gè)問題7、

7、8。OWT藤蕩波電纜局部放電檢測和定位裝置具有帶通濾波、小波分析、時(shí)延分析等抗干擾功能，可根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)，方便的進(jìn)行放電脈沖的取舍，如圖2所示。該裝置還可以生成清晰的局部放電圖形(如電壓波形與局部放電信號(hào)關(guān)系圖、三維譜圖等)，以便確定局部放電的類型，如圖3所示。HkU：EVXWi野iFMiAKEfhm尉EF誦丁丁3gnIQ&mAmptjdt722pC（a）帶通濾波功能（b）小波分析功能圖2OWTS軟件抗干擾功能10000raKi-Oscillat4hgiWaveTestSystemOWTSOffice10112*_=LCDR,L|L一i-L.-d.1I1IIi!IIIIII1FIiLIUtilh

8、口JiOMltiiif3DDisplayOWTSCffig（a）電壓波形與放電關(guān)系（b）三維譜圖分析圖3OWTS軟件圖形顯示功能3定位技術(shù)對(duì)于電力電纜局部放電的定位，早期就有對(duì)電纜實(shí)行掃描式檢測查找局部放電點(diǎn)的技術(shù)，現(xiàn)在實(shí)際中采用的是70年代發(fā)展起來利用局部放電脈沖在電纜上的傳播特性，用10MHz以上的高頻掃描示波器進(jìn)行定位測量的方法，該法也叫行波法或TDRt,其原理如圖4所示。0XL|1vvcv12112.二圖4行波法定位原理a）接線圖b）檢測阻抗上的脈沖信號(hào)示意圖c）脈沖波在電纜上的傳播CDO-示波器PDS一局部放電測試儀其中，Ck為高壓電容，Zk為檢測阻抗，同時(shí)也做匹配阻抗，消除脈沖在高

9、壓端的反射。設(shè)在to時(shí)，在電纜x處發(fā)生放電，送出的兩個(gè)脈沖按相反方向沿電纜傳播,t1時(shí)刻第一個(gè)脈沖到達(dá)測試儀,第二個(gè)脈沖在電纜遠(yuǎn)端反射后在t2時(shí)刻到達(dá)測試儀（如圖4）。由于電纜中電脈沖的傳播速度相對(duì)于確定的電纜絕緣型式是已知的常數(shù)，所以根據(jù)式（1）就可以算出放電點(diǎn)離電纜近端（高壓端）的距離X。2(1)其中L為電纜長度，V為脈沖波在電纜中的速度，T為兩個(gè)脈沖的時(shí)延，即Tt2t1。OWTS1蕩波電纜局部放電檢測和定位裝置采用該原理對(duì)電力電纜局部放電進(jìn)行定位，如圖5所示。（a）單個(gè)脈沖分析及定位情況（b）放電量及放電位置圖5脈沖分析及定位情況4典型案例分析利用該裝置對(duì)某10/8.7kVXLPE三芯電

10、纜進(jìn)行局部放電檢測和定位，該電纜全長383米，距離測試端100米處有一個(gè)熱縮中間接頭。檢測發(fā)現(xiàn)該電纜在1.7U。時(shí)放電量達(dá)到10000pC左右，0.5U。時(shí)放電量達(dá)到1000pC左右，定位發(fā)現(xiàn)放電缺陷就在接頭處。測試情況如圖6所示。-供餐用也與L”M4丹陽高*5班屯$，4.n。#5-F瓜件七重黑莓覆03U卑曲磨米國出(a)方波標(biāo)定(b)加壓至9kV時(shí)電纜局部放電與施加電壓的關(guān)系,=uC二二二二tBl-fe-，.7n.tE與.jJJ酒11(c)單個(gè)脈沖分析及定位情況(d)放電量及放電位置圖6某10kV電纜現(xiàn)場測試情況經(jīng)過解體分析，該電纜內(nèi)、外半導(dǎo)電管端口不整齊有突起，且端部未纏繞半導(dǎo)電帶形成坡口

11、,外屏蔽層剝離不整齊，有突起是造成嚴(yán)重局部放電的原因，如圖7所示。(a)(b)(c)(d)圖7電纜解體圖片(a)外屏蔽剝削不整齊，有突起，未打磨；(b)黑色熱縮管是半導(dǎo)電材料，紅色熱縮管是絕緣材料。黑色熱縮管端部不整齊，且未用半導(dǎo)電帶做過渡形成坡口，熱縮管表面有凹陷，不平滑。(c)里層黑色熱縮管與電纜導(dǎo)體接觸，表面有凹陷，不平滑。(d)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。5小結(jié)實(shí)踐證明，OWTS1蕩波電纜局部放電檢測和定位裝置通過采用振蕩波電源技術(shù)、時(shí)延鑒別等抗干擾技術(shù)、行波法定位技術(shù)可以在現(xiàn)場有效檢測出10kV配電電纜的局部放電水平并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位，從而避免因?yàn)榘惭b工藝或

12、電纜劣化導(dǎo)致的突發(fā)性事故的發(fā)生，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。參考資料：1饒強(qiáng)，交聯(lián)聚乙烯新的試驗(yàn)方法J,廣西電業(yè)，2004(8):107-1092羅俊華等，35kV及以下XLPE電力電纜試驗(yàn)方法的研究J,電網(wǎng)技術(shù)，2000.243張平康，韓伯鋒，XLPE電纜的試驗(yàn)方法J,高電壓技術(shù)，2004.30(增)4楊連殿等，振蕩波電壓在XLPE電力電纜檢測中的應(yīng)用J,高電壓技術(shù)，2006.035邱昌容等.絕緣測試技術(shù)進(jìn)展.第二屆全國電氣絕緣測試技術(shù)會(huì)議論文集，pp115,October1991,桂林.6胡龍龍.數(shù)字信號(hào)處理方法在局部放電信號(hào)提取中的應(yīng)用，碩士學(xué)位論文，西安：西安交通大學(xué)，2002.7 XuY.S.,WeaverJ.B.,HealyD.M.,Jr.,andLuJ.WaveletTransformDomainFilters: