5-14意大利TECHIMP XLPE電力電纜局放在線檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

1、全國(guó)第八次電力電纜運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及方法1 1 XLPE電力電纜局放在線檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究趙宇李華春王立薛強(qiáng)陳平（北京市電力公司電纜公司，100027）摘要局部放電測(cè)試技術(shù)對(duì)高壓電纜尤其是電纜附件的絕緣檢查是非常有效的方法1-3。本文主要介紹一種高壓電纜局放在線檢測(cè)系統(tǒng)（PDCheck）及其在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效地將放電信號(hào)從外界噪聲干擾中分離出來，并對(duì)每一類放電進(jìn)行識(shí)別，從而發(fā)現(xiàn)電纜設(shè)備的潛在缺陷。關(guān)鍵詞局部放電在線檢測(cè)信號(hào)分離放電識(shí)別1引言交聯(lián)聚乙?。╔LPE）電纜已經(jīng)在城市電網(wǎng)中運(yùn)行了將近二十年，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后XLPE絕緣的老化情況究竟怎樣，何時(shí)需要

2、進(jìn)行更換的問題亟待解決，而常規(guī)的預(yù)試方法無法進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前，社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的可靠性和連續(xù)性要求日益提高，因此，通過帶電局放檢測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)行中的高壓XLPE電纜進(jìn)行診斷檢測(cè)，了解系統(tǒng)運(yùn)行中電纜的絕緣狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷隱患，對(duì)于電纜的安全運(yùn)行具有重大意義。測(cè)量局部放電的方法很多，例如差分法、方向耦合法、電磁耦合法、超高頻電感耦合法等4，經(jīng)對(duì)比研究和綜合分析，許多學(xué)者認(rèn)為差分法和電磁耦合法的試驗(yàn)重復(fù)性較好5-6。由于寬頻帶電磁耦合法具有小巧靈活、操作安全、抗干擾能力強(qiáng)、能更加真實(shí)地反映脈沖波形等優(yōu)點(diǎn)27-8，正在被廣泛的研究和應(yīng)用。意大利TechImp公司局放在線檢測(cè)系統(tǒng)PDCheck就是采用電

3、磁耦合的方法。PDCheck利用高頻CT從接地線和交叉互聯(lián)線中提取信號(hào)，通過濾波、信號(hào)特征提取、頻譜分析等手段將放電脈沖信號(hào)從外界噪聲干擾中分離出來，并對(duì)放電類型進(jìn)行識(shí)別，達(dá)到發(fā)現(xiàn)電纜潛在缺陷的目的。2局放測(cè)試系統(tǒng)（PDCheck）介紹及測(cè)試原理PDCheck主要包括信號(hào)采集單元（主機(jī)）、高頻CT、同步線圈和專家診斷系統(tǒng)（軟件）四個(gè)部分。如圖所示。圖1信號(hào)采集單元（主機(jī)）圖2高頻CT圖3同步線圈信號(hào)采集單元主要有高頻檢測(cè)通道、同步輸入以及通訊接口。高頻檢測(cè)通道共有三個(gè)，可同時(shí)接收三相接地線或交叉互聯(lián)線上采集的PD信號(hào)，采樣頻率為100MHz,帶寬為16kHz-30MHz9這樣的采樣頻率和帶寬完

4、全滿足局放測(cè)試的要求。同步輸入端口接收同步線圈從電纜本體上采集來的參考相位信號(hào)，通訊接口通過光纖、光電轉(zhuǎn)換器與電腦的RS232串口通訊，將主機(jī)中的數(shù)據(jù)傳送至電腦中，再利用專家診斷系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分離、分類及放電模式識(shí)別。專家診斷系統(tǒng)是建立在一個(gè)龐大的局放特征數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的，數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)時(shí)間對(duì)大量局放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較總結(jié)后積累而成?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)將高頻CT卡在電纜終端或者中間接頭的接地線上，同步線圈卡在電纜本體或者接地線上并與信號(hào)采集單元連接，如圖4、圖5所示。圖4測(cè)試電纜終端設(shè)備連接示意圖中間接頭高頻CT同步線圈：圖5測(cè)試電纜中間接頭設(shè)備連接示意圖全國(guó)第八次電力電纜運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及方法圖

5、8試品2測(cè)試信號(hào)的分類譜圖 傳統(tǒng)的基于放電電流脈沖的局放檢測(cè)手段是基于IEC60270標(biāo)準(zhǔn)，頻帶局限于10200kHz,測(cè)量的是局放總量，最后繪出其放電相位一方電量一放電次數(shù)譜圖，以此進(jìn)行放電種類識(shí)別10。其信號(hào)采集和處理的方法不足以獲取足夠信息以區(qū)分局放與噪聲及不同種類的局放，抗噪聲能力較弱。PDCheck則是基于局放電流脈沖波形的局放檢測(cè)，它通過對(duì)放電的電流脈沖信號(hào)進(jìn)行高速（100MS/S）寬帶采樣獲取信號(hào)完整的時(shí)域波形，并針對(duì)不同放電及噪聲的差異提取多種信號(hào)特征,將不同的放電分離開來，再將其放電特征與專家?guī)熘械姆烹姟爸讣y”比較，運(yùn)用模糊邏輯的方法,判斷被測(cè)放電類型與已知放電類型的相似性，

6、從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每一類放電進(jìn)行甄別，進(jìn)而診斷設(shè)備絕緣狀態(tài)。圖6是專家診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程圖。波形數(shù)據(jù)（相位譜圖）#1模式#1hRIl干擾識(shí)別b局放種類識(shí)別（專家系統(tǒng)）模式#2圖6專家診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程圖由于采用電磁耦合技術(shù)，測(cè)試單元與高壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，而測(cè)量單元與電腦之間也采用了光纖連接，確保了操作人員的安全；該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，并能很好抑制噪聲，非常適合現(xiàn)場(chǎng)使用。3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的四個(gè)試品，具體參數(shù)如下:編號(hào)額定電壓（kV）電纜型號(hào)接頭類型接地方式運(yùn)行時(shí)間1220XLPE-1x2500mm2中間接頭交叉互聯(lián)接地2年2110YJLW02-1X800mm2空氣終端直接接地1年

7、3110XLPE-1X300mm2GIS終端護(hù)層保護(hù)接地18年435YJV22-3X240mm2空氣終端直接接地11年Z.DDE-Z1.00E-2r-1.COE-22.0CE-2190phaseDeg:;!l：1-12-5.OJE-3183FhszeBeg3&DcI.00H-0500I-LD-50DZ-L-IDDH-DSD003dII34圖7四種試品的相位譜圖從相位譜圖中可以看出，試品1、3中采集的信號(hào)均勻分布在所有象限，為外界傳來的噪聲干擾，試品2、4的信號(hào)較為復(fù)雜，可能存在放電信號(hào)，需要進(jìn)一步分析。首先，利用專家診斷系統(tǒng)通過計(jì)算得到其分類譜圖，試品2測(cè)試信號(hào)的分類譜圖如圖8所示:15.01

8、2.510.07.5-5.0-2.5-0.0-0.0500,01500,02500.0四種試品在運(yùn)行電壓下的相位譜圖如下:在分類譜圖中，我們可以看到，信號(hào)大致分為四類，將信號(hào)分為紅、綠、藍(lán)、白四個(gè)部分，四部分信號(hào)所對(duì)應(yīng)的相位譜圖及波形如下：2.IXE-20一、.Xs_I1F/Z.00E-2i.ooe-z100Phasepeg360O-n0E4PEO.三p0500100015002120TimenslDischargePulse-強(qiáng)-dE-c0500100015002120Timens1.0DE-2-2.0DE-2190Fhasm電|芟0DDischargePulse-D.0-II2120ooD

9、.D.smpB一a50010001500TimenslDischargePukeMapnBUJn-D.0-II2120.O.ODD50010001500TimenslD圖9各類信號(hào)所對(duì)應(yīng)的相位譜圖及信號(hào)波形全國(guó)第八次電力電纜運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及方法全國(guó)第八次電力電纜運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集圖13試品4各類信號(hào)所對(duì)應(yīng)的鑒定結(jié)果 圖10試品2各類信號(hào)所對(duì)應(yīng)的鑒定結(jié)果 信號(hào)A主要分布在2、4象限及過零點(diǎn)，信號(hào)頻率較低，判斷為遠(yuǎn)端傳來的電暈干擾信號(hào)；信號(hào)B幅值連續(xù)、相位集中，是典型的開關(guān)噪聲干擾；信號(hào)C散布在所有相位上，為高頻的噪聲干擾；信號(hào)D主要分布在過零點(diǎn)附近，呈包羅裝，對(duì)應(yīng)信號(hào)的波形為放電

10、衰減波形，對(duì)應(yīng)信號(hào)的頻率在5-8MHz左右，判斷該信號(hào)為電纜接頭中或者附近設(shè)備的內(nèi)部放電信號(hào)。考慮到該電纜運(yùn)行時(shí)間不到一年，而且已經(jīng)通過了交流耐壓實(shí)驗(yàn)，推斷缺陷為安裝過程中誤劃傷造成的電樹放電或接頭處覆蓋半導(dǎo)體均壓層時(shí)接觸不良存在的氣隙放電。圖9為專家診斷系統(tǒng)的判斷結(jié)果，與我們初期的判斷基本相同。其中信號(hào)A系統(tǒng)認(rèn)定為無效數(shù)據(jù)是由于信號(hào)波形對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有相似的“指紋”模版，無法進(jìn)行放電類型識(shí)別，這就需要由現(xiàn)場(chǎng)的操作人員根據(jù)設(shè)備電氣連接與機(jī)械構(gòu)造情況，經(jīng)過對(duì)其它相和相鄰設(shè)備測(cè)試后進(jìn)行綜合判斷。ABCD試品4信號(hào)的分類譜圖如下:800.0-LlllLUTL4llq=IE&円700.0-

11、B00.0-500.0400.0-300.0500.0-100.0-Q.0-,0.Q2.55.Q7.510.Q12.5EquivsJsiktEiikdwiithMJe圖11試品4測(cè)試信號(hào)的分類譜圖分類譜圖中信號(hào)大致分為三類，所對(duì)應(yīng)的相位譜圖和波形如下:LUVPEE4n-pmtllir+udmbe-oi/im1TA黑色部分對(duì)應(yīng)信號(hào)E-Sn二它去bkinplitudeV占o(jì)opoiiiiiiiiEoCnowiiiii0i6卜樸、nplitadfiCi3-011-_L3.0EICl.CETCi0U+3Iimtn叮B紅色部分對(duì)應(yīng)信號(hào)1.ME+D5.WE-10-5.ODE-1nozto二21o-_re0

12、5a:l05l015Dlzici-ni-o-rlE書Mduv-O.OE+C1.CE+32.0I!+3Time,nslC綠色部分對(duì)應(yīng)信號(hào)圖12各類信號(hào)所對(duì)應(yīng)的相位譜圖及信號(hào)波形信號(hào)A主要分布在一、三象限，但頻率在2MHz以下，為同相的放電信號(hào)從遠(yuǎn)端傳來；信號(hào)B只有正放電，頻率在10MHz左右，波形為震蕩衰減波形，為近端的電暈放電，但由于放電相位在90120之間，應(yīng)為相鄰母線或者其它相電暈放電耦合而來；信號(hào)C分布在一、三象限，頻率在810MHz,波形為放電衰減波形，為本相電纜終端接頭的內(nèi)部放電，由于放電幅值在300mV以下，而且電纜終端已經(jīng)正常運(yùn)行了十多年無任何事故，近期也無過電壓、過電流等特殊工

13、況沖突，應(yīng)為電纜交聯(lián)聚乙稀絕緣的正常老化引起的放電，在運(yùn)行中要密切關(guān)注它的發(fā)展情況，如放電量長(zhǎng)期沒有變化則可以繼續(xù)運(yùn)行，如放電量隨時(shí)間不斷加大則需要進(jìn)行檢修。圖13為專家診斷系統(tǒng)的判斷結(jié)果，其中系統(tǒng)認(rèn)定信號(hào)A有80%內(nèi)部放電、20%電暈放電的可能。ItPtIdentifiratiwiPDIdemificationItPlIdenlnfi7HtminPDIdemification17x1nzEothhLnrULcturiiE|Q-ilj|vp4TTttacfn-*n-E3inl*tirEFIy占L3DLt陀LSsK-xd0Lsrmsl|rpilT1前l(fā)eLarDndpUFnSrITFirstlb

14、LevelTOC o 1-5 h zCwDnaDigcharfdL0-MSurfaceDischarglo.w*1nterBlBis-chox1_fl-MInvslIdABCSAcKifeJ4結(jié)論（1）系統(tǒng)采用寬通帶傳感器與高速寬帶采樣單元，可以錄入完整的足夠多的放電信息，為系統(tǒng)診斷提供有效的判斷依據(jù)。（2）通過對(duì)比不同放電脈沖信號(hào)之間及放電與干擾之間波形特征的差異，能夠有效分離聚類不同的放電脈沖，區(qū)別不同放電類型，并根據(jù)放電脈沖波形指紋特征通過模糊邏輯診斷方法對(duì)放電信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)試驗(yàn)人員的分析起到很好的輔助作用。（3）由于在線檢測(cè)設(shè)備處于運(yùn)行之中，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)復(fù)雜，在某個(gè)電纜接頭處測(cè)量到的

15、放電信號(hào)有可能是在其它設(shè)備中產(chǎn)生經(jīng)導(dǎo)體傳輸或耦合到該相的，所以測(cè)量到放電信號(hào)后需要對(duì)放電源進(jìn)行追蹤確認(rèn)；一般而言，近點(diǎn)放電信號(hào)的頻段都在5MHz以上。（4）不是所有的內(nèi)部放電都會(huì)導(dǎo)致電纜在短時(shí)間內(nèi)擊穿，在對(duì)電纜絕緣狀態(tài)分析的過程中應(yīng)考慮到電纜線路的具體情況，根據(jù)相應(yīng)情況做出綜合判斷，進(jìn)行狀態(tài)檢修。參考文獻(xiàn)1WorkingGroup21.09AfterlayingtestsonhighvoltageextrudedinsulationcablesystemJ.Electra,1997,173:33-41.羅俊華，馬翠姣，邱昌.XLPE電力電纜局部放電在線檢測(cè)J.高電壓技術(shù),1999,（4）:32

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