5-11 OWTS振蕩波電纜局放檢測和定位技術(shù)基本

全國第八次電力電纜運(yùn)行經(jīng)驗交流會論文集現(xiàn)場試驗及方法PAGE6PAGE1OWTS振蕩波電纜局部放電檢測和定位技術(shù)基本原理研究馮義1劉鵬1程序1涂明濤1王鵬2周作春2劉慶時2李華春3姜綠先3陳平3（1.北京市電力公司試驗研究院；2.北京市電力公司生產(chǎn)技術(shù)部；3.北京市電力公司電纜公司）摘要隨著城市電網(wǎng)電纜化率的程度不斷提高，社會發(fā)展和進(jìn)步對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OWTS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10kV配電電纜局部放電的位置且檢測本身不對電纜造成傷害。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。關(guān)鍵字OWTS電纜局部放電檢測和定位0前言近十年來，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，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，同時在電力電纜的安裝和運(yùn)行過程當(dāng)中也可能會產(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。北京市電力公司相關(guān)統(tǒng)計資料表明，電纜老化、附件質(zhì)量和工藝不良在10kV電纜故障中占有較大比重。隨著電纜運(yùn)行時間的不斷增長，潛伏的局部缺陷對城市電網(wǎng)可靠性的危害將會越來越突出，對供電質(zhì)量和公司形象造成的危害也會越來越大。因此，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)及時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新能源電網(wǎng)公司開展國際對標(biāo)的重要成果并參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，采用OWTS振蕩波電纜局部放電檢測和定位技術(shù)對10kV配電電纜進(jìn)行測試，能夠及時發(fā)現(xiàn)和定位潛伏性局部放電缺陷且不會對電纜造成傷害，可以大大提高供電可靠性。1OWTS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，可以大大降低電源的要求。但對XLPE電力電纜，由于其絕緣電阻較高，且交流和直流下電壓分布差別較大，直流耐壓試驗后，在XLPE電纜中，特別是電纜缺陷處會殘留大量空間電荷，電纜投運(yùn)后，這些空間電荷常造成電纜的絕緣擊穿事故[1、2]。采用超低頻（0.1Hz）電源進(jìn)行試驗，要求試驗時間長，電纜絕緣損傷較大，可引發(fā)電纜中的新的缺陷[3]。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，且試驗不會對電纜造成傷害[4]。OWTS振蕩波電纜局部放電檢測和定位裝置如圖1所示。檢測時可以靈活施加0—28kV的直流電壓，合上半導(dǎo)體開關(guān)后，被試電纜與電感產(chǎn)生阻尼振蕩。該裝置可以檢測的電力電纜電容范圍為0.05μF—2μF。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（近級），局部放電要求嚴(yán)（幾），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)要有一定的針對性[5、6]。（1）對于窄帶干擾，由于其頻域特征與局部放電信號的頻域特征有較大差異，而且頻帶十分窄，故大多采用頻域濾波的方法進(jìn)行抑制。（2）對于脈沖型干擾，由于它和局部放電信號非常相似，從單個波形上很難將它們區(qū)分開來。目前主要采取時延鑒別法進(jìn)行鑒別。時延鑒別法是利用外來干擾脈沖及發(fā)射波到達(dá)測量點的時間差與內(nèi)部放電及反射波到達(dá)測量點的時間差的不同進(jìn)行鑒別。（4）對于背景噪聲，由于其在時域中表現(xiàn)為無規(guī)律的隨機(jī)脈動，在頻域中則表現(xiàn)為在整個頻帶上均勻分布，因而單從頻域或時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問題[7、8]。OWTS振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、時延分析等抗干擾功能，可根據(jù)信號特點，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。（a）帶通濾波功能（b）小波分析功能圖2OWTS軟件抗干擾功能（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)對于電力電纜局部放電的定位，早期就有對電纜實行掃描式檢測查找局部放電點的技術(shù)，現(xiàn)在實際中采用的是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TDR法，其原理如圖4所示。圖4行波法定位原理a）接線圖b）檢測阻抗上的脈沖信號示意圖c）脈沖波在電纜上的傳播CDO--示波器PDS—局部放電測試儀其中，Ck為高壓電容，Zk為檢測阻抗，同時也做匹配阻抗，消除脈沖在高壓端的反射。設(shè)在時，在電纜處發(fā)生放電，送出的兩個脈沖按相反方向沿電纜傳播，時刻第一個脈沖到達(dá)測試儀，第二個脈沖在電纜遠(yuǎn)端反射后在時刻到達(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）就可以算出放電點離電纜近端（高壓端）的距離。（1）其中L為電纜長度，V為脈沖波在電纜中的速度，為兩個脈沖的時延，即。OWTS振蕩波電纜局部放電檢測和定位裝置采用該原理對電力電纜局部放電進(jìn)行定位，如圖5所示。（a）單個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某10/8.7kVXLPE三芯電纜進(jìn)行局部放電檢測和定位，該電纜全長383米，距離測試端100米處有一個熱縮中間接頭。檢測發(fā)現(xiàn)該電纜在1.7U0時放電量達(dá)到10000pC左右，0.5U0時放電量達(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。（a）方波標(biāo)定（b）加壓至9kV時電纜局部放電與施加電壓的關(guān)系（c）單個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，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)實踐證明，OWTS振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其進(jìn)行準(zhǔn)確定位，從而避免因為安裝工藝或電纜劣化導(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)聚乙烯新的試驗方法[J]，廣西電業(yè)，2004（8）：107-109[2]羅俊華等，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[3]張平康，韓伯鋒，XLPE電纜的試驗方法[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)，2006.03[5]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)會議論文集，pp1～15，October1991，桂林.[6]胡龍龍.數(shù)字信號處理方法在局部放電信號提取中的應(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：ASpatiallySelectiveNoiseFiltrationTechnique.IEEETransactiononImageProcessing，Vo