廣州供電公司震蕩波測(cè)試

用振蕩波電壓法檢測(cè)10kV電纜局部放電的試驗(yàn)研究陸國(guó)俊熊俊王勁黃炎光饒銳（廣東電網(wǎng)公司廣州供電局試驗(yàn)研究所廣州白云區(qū)510410）本文對(duì)近年廣州地區(qū)配網(wǎng)10kV電纜的運(yùn)行總體現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，指出配網(wǎng)10kV電纜的技術(shù)監(jiān)督重點(diǎn)應(yīng)該放在通過(guò)引入各項(xiàng)行之有效的新技術(shù)來(lái)降低絕緣故障率；簡(jiǎn)要介紹了振蕩波電壓法測(cè)試系統(tǒng)的主要原理、設(shè)備構(gòu)成及局部放電定位技術(shù)的原理；基于振蕩波電壓法檢測(cè)技術(shù)對(duì)一條退運(yùn)10kV交聯(lián)聚乙烯短電纜，通過(guò)人工設(shè)置各種模擬缺陷，對(duì)該系統(tǒng)的檢測(cè)效果進(jìn)行了初步分析，得出振蕩波電壓法對(duì)某些類(lèi)型的缺陷如錯(cuò)用絕緣膠帶等效果十分明顯，而對(duì)其他一些缺陷如壓接管表面存在毛刺等效果有待進(jìn)一步研究；研究也表明電纜終端缺陷的檢測(cè)可能會(huì)由于高壓線夾表面放電引入干擾受到影響，建議采取其他輔助檢測(cè)手段如開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)或?qū)Ω邏壕€夾進(jìn)行防電暈處理以提高全范圍檢測(cè)效果；最后，論文結(jié)合運(yùn)行現(xiàn)狀對(duì)廣州地區(qū)配網(wǎng)電纜絕緣狀態(tài)的技術(shù)監(jiān)督開(kāi)展方式進(jìn)行了初探。配網(wǎng)電纜振蕩波電壓法局部放電0引言隨著城市化進(jìn)程的加快，社會(huì)對(duì)城市環(huán)境的要求在不斷提高，送電線路入地化已成為未來(lái)城市供電的必然發(fā)展方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2009年8月底，廣州地區(qū)10kV電纜線路的總長(zhǎng)度已經(jīng)達(dá)到兩萬(wàn)公里。預(yù)計(jì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，電纜線路的需求量將進(jìn)一步加大。據(jù)悉，2002年?2005年廣州配電網(wǎng)電纜線路年均故障原因主要包括外力破壞或動(dòng)物造成短路事故、本體絕緣擊穿及電纜接頭爆炸分別占60%、25%、15%。根據(jù)了解，廣州配電網(wǎng)2009年僅8月份10kV交聯(lián)聚乙烯電纜故障一共發(fā)生了8起，其中7起為附件絕緣故障（全部為中間接頭），且有相當(dāng)部分的故障電纜投運(yùn)時(shí)間不超過(guò)3年。外力破壞等因素造成電纜故障需要有關(guān)部門(mén)通過(guò)與政府協(xié)調(diào)、立法等手段解決，配網(wǎng)10kV電纜的技術(shù)監(jiān)督重點(diǎn)應(yīng)放在如何盡早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，降低絕緣故障率，預(yù)防事故發(fā)生這方面。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)10kV電纜絕緣性能方面考核，相對(duì)有效地解決途徑是耐壓試驗(yàn)。但是耐壓試驗(yàn)仍存在幾個(gè)問(wèn)題：一是需要持續(xù)施加高于運(yùn)行電壓數(shù)倍的電壓，很可能對(duì)電纜造成損傷而引入新的缺陷；二是耐壓試驗(yàn)結(jié)果只有通過(guò)和擊穿兩種，某些隱蔽缺陷不易被發(fā)現(xiàn)，也不利于絕緣狀態(tài)的評(píng)估；三是現(xiàn)有耐壓設(shè)備試驗(yàn)過(guò)程可視化做得不夠，無(wú)法將局部放電與其發(fā)生位置聯(lián)系起來(lái)。由于存在上述三個(gè)問(wèn)題，因此，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)不利于運(yùn)行單位工作的有效開(kāi)展，10kV電纜絕緣狀態(tài)的評(píng)估需要尋找新的突破振蕩波電壓法檢測(cè)系統(tǒng)，即稱(chēng)為Oscillatingwaveformtestsystem(OWTS),或DampingACVoltage(DAC),是近幾年國(guó)內(nèi)外供電單位嘗試使用并替代交流耐壓方法的一種新興試驗(yàn)技術(shù)［2-6］。Oscillatingwaveformtechnology(OWT)出現(xiàn)至今約二十年的時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，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年至2007年之間為通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)而不斷完善的時(shí)期。近幾年，由于快速關(guān)斷開(kāi)關(guān)等技術(shù)得到了解決，美國(guó)、荷蘭、日本、新加坡及中國(guó)北京、濟(jì)南、上海等地的電力部門(mén)才開(kāi)始引入這種方法，也先后證明該方法在檢測(cè)電力電纜尤其是中壓電纜系統(tǒng)絕緣狀態(tài)的有效性。其中，荷蘭達(dá)夫科技大學(xué)的E.Gulski，F(xiàn).J.Wester，J.J.Smit等是研究振蕩波試驗(yàn)技術(shù)的代表者［6-18］。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，廣州電網(wǎng)近期引進(jìn)了10kV振蕩波電壓電纜局部放電檢測(cè)與定位系統(tǒng)，專(zhuān)門(mén)用來(lái)解決當(dāng)前10kV電纜的絕緣狀態(tài)診斷問(wèn)題，目前各項(xiàng)工作正有序展開(kāi)。本文首先簡(jiǎn)要說(shuō)明了振蕩波電壓法的基本原理和主要部件構(gòu)成，并利用該系統(tǒng)對(duì)一條退運(yùn)短電纜，通過(guò)人工設(shè)置若干常見(jiàn)絕緣缺陷，對(duì)該系統(tǒng)的檢測(cè)效果進(jìn)行了初步分析，以期為今后振蕩波電壓法檢測(cè)技術(shù)在廣州地區(qū)的使用提供一定參考。1基本原理和部件構(gòu)成試驗(yàn)原理振蕩波電壓試驗(yàn)方法的基本思路是利用電纜等值電容與電感線圈的串聯(lián)諧振原理，使振蕩電壓在多次極性變換過(guò)程中電纜缺陷處會(huì)激發(fā)出局部放電信號(hào)，通過(guò)高頻耦合器測(cè)量該信號(hào)從而達(dá)到檢測(cè)目的。振蕩波電壓試驗(yàn)接線圖如圖1所示，整個(gè)試驗(yàn)回路分為兩個(gè)部分：一是直流電源回路;二是電纜與電感充放電過(guò)程，即振蕩過(guò)程。這兩個(gè)回路之間通過(guò)快速關(guān)斷開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。部件構(gòu)成OWTS振蕩波電纜局部放電檢測(cè)和定位裝置如圖2所示。檢測(cè)過(guò)程中可以根據(jù)情況施加從0至28kV的直流電壓，合上半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)后，被試電纜與電感產(chǎn)生阻尼振蕩。該裝置可以檢測(cè)的電纜電容范圍為0.05mF至2pF。當(dāng)被測(cè)電纜較短時(shí)，為將振蕩頻率保持在一定范圍，需要在電纜上并聯(lián)一個(gè)電容。集成模塊圖1振蕩波電壓法檢測(cè)系統(tǒng)示意圖圖2OWTS-28M裝置外觀局部放電定位原理振蕩過(guò)程中，利用行波法對(duì)局放信號(hào)進(jìn)行定位。測(cè)試一條長(zhǎng)度為l的電纜，假設(shè)在距測(cè)試端x處發(fā)生局部放電，脈沖沿電纜向兩個(gè)相反方向傳播，其中一個(gè)脈沖經(jīng)過(guò)時(shí)間ti到達(dá)測(cè)試端;另一個(gè)脈沖向測(cè)試對(duì)端傳播，在電纜末端發(fā)生反射，之后再向測(cè)試端傳播，經(jīng)過(guò)時(shí)間t2到達(dá)測(cè)試端，如圖3所示。根據(jù)兩個(gè)脈沖到達(dá)測(cè)試端的時(shí)間差，可計(jì)算局部放電發(fā)生位置，即：TOC\o"1-5"\h\zt=x!v C1)t-聞十1 6I- IEJVx=1- -t,)=I---vM……C2- 2式中，v為電纜中的波速。-A人-A人J△圖3脈沖反射法原理示意圖脈沖反射法在10kV電纜找故障中被廣泛采用，所以這種方法很容易被操作人員掌握，非常方便現(xiàn)場(chǎng)推廣使用。準(zhǔn)確尋找入射波和放射波是提高局部放電定位準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。一般原則是入射波幅值大于放射波；入射波上升沿更加陡而反射波脈沖更寬[19-22]。2主要操作步驟測(cè)試的主要步驟有：①絕緣電阻測(cè)量;②行波測(cè)距（確定電纜長(zhǎng)度及接頭位置）；③將OWTS系統(tǒng)按照說(shuō)明書(shū)要求接線；④局部放電量校準(zhǔn)；⑤試驗(yàn);⑥結(jié)束試驗(yàn);⑦評(píng)估電纜狀態(tài)。為了獲得一個(gè)合理的局部放電起始電壓(PDIV)及局部放電水平⑴口Level),建議采取謹(jǐn)慎的加壓方式。一些案例的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜，局部放電起始電壓低于或高于運(yùn)行電壓分別約占29%、36%。與油紙絕緣型電纜相比，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯電纜缺陷需要更高的施加電壓，甚至超過(guò)2U0。某些案例中實(shí)測(cè)結(jié)果也指出對(duì)于10kV交聯(lián)聚乙烯電纜的交接試驗(yàn)，振蕩波電壓可以加至2.0U0;對(duì)于10kV交聯(lián)聚乙烯電纜的預(yù)防性試驗(yàn)考核，振蕩波電壓可以加至1.7U0。振蕩電壓從0.1U0開(kāi)始施加，升壓間隔可取0.1?0.5U0。當(dāng)進(jìn)行交接試驗(yàn)后，需要將振蕩電壓調(diào)至運(yùn)行電壓U0下，以確認(rèn)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后的電纜絕緣性能未受到影響。整個(gè)試驗(yàn)操作較簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是如何分析采集到的數(shù)據(jù)。制定試驗(yàn)方案是進(jìn)行各種特殊高壓試驗(yàn)的基本要求，其中應(yīng)包含各項(xiàng)安全措施和試驗(yàn)結(jié)果預(yù)想兩個(gè)基本內(nèi)容。為使后續(xù)工作盡可能有效，局部放電相關(guān)特征量的分析應(yīng)盡可能豐富以利于狀態(tài)評(píng)估。3模擬試驗(yàn)試品參數(shù)與檢測(cè)回路電纜型號(hào)為YJV-3X70mm2-8.7/15kV,長(zhǎng)度351m；實(shí)測(cè)電容值：0.217uF,為退運(yùn)電纜，運(yùn)行時(shí)間不詳。檢測(cè)回路示意圖如圖4所示。距離測(cè)試端242m左右有一個(gè)中間接頭，分別在三相設(shè)置不同類(lèi)型的缺陷。其中，A相設(shè)置的缺陷是接頭錯(cuò)用絕緣膠帶；B相設(shè)置的缺陷是壓接管表面有毛刺、飛邊；C相設(shè)置的缺陷是接頭主絕緣表面有鹽水，分別如圖5a、b、c所示。工塌E 技1IP??圖4檢測(cè)回路示意圖a接頭錯(cuò)用絕緣膠帶b壓接管表面有毛刺、飛邊c接頭主絕緣表面有鹽水

圖5接頭內(nèi)部設(shè)置的不同缺陷試驗(yàn)結(jié)果接頭錯(cuò)用絕緣膠帶對(duì)A相從0.1U0開(kāi)始施加電壓，在U0和1.7U0時(shí)重復(fù)施加多次，保存。圖6a中為18kV時(shí)一組典型的局部放電圖譜，局部放電幅值明顯且重復(fù)較強(qiáng)。圖6b為經(jīng)過(guò)行波定位分析得出的局部放電定位圖譜，結(jié)果表明與初始設(shè)計(jì)的缺陷位置吻合，但在測(cè)試端也出現(xiàn)集中性局部放電。a典型局部放電圖譜b局部放電定位圖譜圖6A相局部放電檢測(cè)結(jié)果壓接管表面有毛刺、飛邊

對(duì)B相從0.1U0開(kāi)始施加電壓，在U0和1.7U0時(shí)重復(fù)施加多次，保存。圖7a中為27kV時(shí)一組典型的局部放電圖譜，圖中結(jié)果表明局部放電幅值很小，主要表現(xiàn)背景干擾噪聲。圖7b為經(jīng)過(guò)行波定位分析得出的局部放電定位圖譜，結(jié)果表明在測(cè)試端有集中性放電，而實(shí)際未在該位置設(shè)置缺陷。而在缺陷設(shè)置處，局部放電定位結(jié)果表明此處的局部放電強(qiáng)度較小且不集中。a典型局部放電圖譜b局部放電定位圖譜圖7B相局部放電定位結(jié)果接頭主絕緣表面有鹽水對(duì)C相從0.1U0開(kāi)始施加電壓，在U0和1.7U0時(shí)重復(fù)施加多次，保存。圖8a中為24kV時(shí)一組典型的局部放電圖譜，圖中結(jié)果表明局部放電幅值很小，主要表現(xiàn)為在首個(gè)振蕩周期內(nèi)局部放電幅值較高且集中，但此后若干振蕩周期內(nèi)主要表現(xiàn)為背景干擾噪聲。圖8b為經(jīng)過(guò)行波定位分析得出的局部放電定位圖譜，結(jié)果表明在測(cè)試端有集中性放電，而實(shí)際未在該位置設(shè)置缺陷。而在缺

陷設(shè)置處，局部放電定位結(jié)果表明此處的局部放電強(qiáng)度較小且不集中。￡]BW<WpCtf4MTr加IWIKTa典型局部放盤(pán)圖譜陷設(shè)置處，局部放電定位結(jié)果表明此處的局部放電強(qiáng)度較小且不集中?！闿BW<WpCtf4MTr加IWIKTa典型局部放盤(pán)圖譜b扃部放電定位圖譜圖8C相局部放電定位結(jié)果4口 *J?HI■.rJXGR-儲(chǔ)出1*!：■W鬲4阻號(hào)》叩8?0^「印重1分析與討論總體分析通過(guò)利用振蕩波電壓法檢測(cè)人工設(shè)置三種在施工過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷，結(jié)果表明：對(duì)于新做的缺陷，振蕩波電壓法對(duì)某些類(lèi)型的缺陷如錯(cuò)用絕緣膠帶等效果十分明顯，而對(duì)其他一些缺陷如壓接管表面存在毛刺等效果則有待進(jìn)一步研究。這種情況是實(shí)際情況一致的，因?yàn)槟承┮氲娜毕菪枰?jīng)過(guò)一定時(shí)間的發(fā)展才能激發(fā)局部放電。從模擬試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，用振蕩波電壓法進(jìn)行電纜入網(wǎng)前或投運(yùn)前的考核有其優(yōu)點(diǎn)，但是否能替代耐壓試驗(yàn)方法則有待進(jìn)一步實(shí)踐。從模擬試驗(yàn)結(jié)果可以看到，三種缺陷條件下的測(cè)試均在測(cè)試端發(fā)現(xiàn)了集中性局部放電，而實(shí)際未在該位置進(jìn)行缺陷布置。后經(jīng)過(guò)尋找原因發(fā)現(xiàn)是由于高壓線夾處在一定電壓激發(fā)了表面放電，從而引入到測(cè)試過(guò)程中影響了對(duì)真實(shí)局部放電位置的判斷。建議采取其他輔助檢測(cè)手段如開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)技術(shù)或?qū)Ω邏壕€夾進(jìn)行防電暈處理以覆蓋整個(gè)檢測(cè)范圍。在對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)利用振蕩波檢測(cè)系統(tǒng)提供的自動(dòng)分析局部放電定位功能效果并不是十分理想，有可能出現(xiàn)誤定位的情況。建議利用手動(dòng)分析對(duì)局部放電波形進(jìn)行逐個(gè)定位以提高準(zhǔn)確度，兩種結(jié)果的對(duì)比如下圖9a和b示。a利用自動(dòng)分析功能得到的局部放電定位圖譜b利用手動(dòng)分析功能得到的局部放電定位圖譜圖9使用兩種手段得到的局部放電定位圖譜技術(shù)監(jiān)督對(duì)策近年，廣州電網(wǎng)10kV運(yùn)行電纜總長(zhǎng)度呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，日常的維護(hù)工作量非常大。一個(gè)配電部可能需要管理的電纜總長(zhǎng)

度為2000多公里。對(duì)每條電纜進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)不現(xiàn)實(shí)，電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)需要建立以用戶為導(dǎo)向結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的資產(chǎn)管理思路：①?gòu)V州電網(wǎng)10kV電纜檢測(cè)技術(shù)研究投入重點(diǎn)應(yīng)放在交聯(lián)聚乙烯電纜上;②各類(lèi)重要用戶、大用戶等的供電電纜進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)和維護(hù)；③盆式曲線兩端部的電纜（投運(yùn)不超過(guò)3年或超過(guò)10年）進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤和檢測(cè)，如圖10[23-25]。中謝⑷工--中謝⑷工--可話^01一仝rH-u藥圖10全國(guó)電纜絕緣故障率隨運(yùn)行時(shí)間的變化4結(jié)論①本文對(duì)近年廣州地區(qū)配網(wǎng)10kV電纜的運(yùn)行總體現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，指出配網(wǎng)10kV電纜的技術(shù)監(jiān)督重點(diǎn)應(yīng)該放在通過(guò)引入各項(xiàng)行之有效的新技術(shù)來(lái)降低絕緣故障率;基于振蕩波電壓法檢測(cè)技術(shù)對(duì)一條退運(yùn)10kV