配網(wǎng)電纜現(xiàn)場診斷方法(譯文)

配網(wǎng)電纜現(xiàn)場診斷方法（譯文）2021-9-4FrankPetzold1,EdwardGulski2,PaulP.Seitz3,BenQuak3,HubertSchlapp1

1SebaKMT,Dr-HerBert-Iann-Stresse6,96148Baunach,Germany

2DelftUniversityofTechnology,Mekelweg4,2628CDDelft,TheNetherlands

3SeitzInstrumentsAG,Mellingerstrasse12,5443Niederrohrdoft,Switerland摘要：本文論述了電纜局放診斷設(shè)備在配電網(wǎng)絡(luò)中的重要作用。在考慮了電纜分布參數(shù)及衰減的情況下對電纜局放特性參數(shù)進行討論。以DAC電壓對XLPE和PILC電纜進行局放測試的現(xiàn)場經(jīng)驗并對資產(chǎn)管理提出相應(yīng)的要求及指導意見。主要的困難是在可靠性方面對電纜的局放進行風險評估。如果用統(tǒng)計的方法取得足夠多關(guān)于電纜和附件的PD診斷數(shù)據(jù)，那就可以資產(chǎn)管理提供局放的參考值和預防指導。

索引：電力電纜，局部放電，局放脈沖衰減，散布，相關(guān)規(guī)定，資產(chǎn)管理。

一、

簡介

目前電力市場供求的快速發(fā)展對配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了很高的要求。配電部門需要賠償客戶的損失，而且資產(chǎn)管理機構(gòu)也要求必須掌握中壓電纜狀態(tài)的詳細資料。在低場強下電纜及電纜附件內(nèi)部的缺陷或者絕緣老化可能會導致電纜故障，配網(wǎng)電纜中的很多故障都是由電纜缺陷部位的局放發(fā)展過來的，這些缺陷主要集中在電纜附件上。很多事例表明，電纜絕緣中越來越多的缺陷降低了配網(wǎng)運行的可靠性。使用阻尼振蕩電壓（DAC）對電力電纜配電網(wǎng)絡(luò)進行測試可提供電纜絕緣的相關(guān)信息，并幫助管理部門決定是否替換有缺陷的部分。由此可見，PD局放對于電網(wǎng)維護的成本控制起到很大的作用。

二、

局放診斷的重要參數(shù)

關(guān)于局放缺陷在XLPE和PILC電纜中形成的機理在很多出版物中都有較詳細的描述。對電纜管理人員來說，最重要的是在運行電壓下是否有持續(xù)的局放發(fā)生。其次需要關(guān)注的就是電纜由于接地故障或開關(guān)故障而運行在過電壓條件下的狀況。如果發(fā)生上述故障且電纜沒有接地，那么電纜就會在高達1.7U0的電壓下運行幾個小時。最后要考慮的就是在運行電壓下，電纜中存在的持續(xù)的局放對電纜運行產(chǎn)生的風險的評估。

一般來說判斷電纜局放狀況常常通過三個參數(shù)，PDIV，即局放起始電壓；PDEV即局放熄滅電壓和PDVALUE即局放水平。通常以U0電壓下的數(shù)值作為參考。在根據(jù)電纜的絕緣類型，附件設(shè)計以及局放定位（本體，接頭和終端）來對電纜運行風險進行評估的方面，已經(jīng)積累了相當多的經(jīng)驗。局放的幅度也表征了它的危險程度。

脈沖會由于自身的頻率而造成在電纜中傳播時的低通特性。這意味著脈沖的高頻部分將被很大程度地削弱，使脈沖的幅值減小。另外，在長電纜中傳播時，脈沖會分解為不同的頻段。這樣使得只有原始脈沖的低頻部分被接收，它的影響因素很多，如電纜類型和長度，混合電纜的類型和接頭數(shù)量等。

配網(wǎng)中的情形有所不同。長達十多公里的電纜，混合電纜的轉(zhuǎn)接頭，有時候非常接近新裝的開關(guān)柜，又有時僅以很短的電纜連接兩個變電站。為了應(yīng)對這種情況，最新的局放診斷系統(tǒng)應(yīng)該具備下列特點：

——檢測并定位長電纜中被高度分散的信號

——對發(fā)生在電纜終端頭附近的局放具備較高的分辨率

圖1.不同距離上脈沖散播和衰減的模型

由于局放放大器具有一定的動態(tài)范圍，與測試長電纜上畸變的信號相比，高帶寬的測試儀器對較短電纜測試更容易。測試較長電纜時，儀器應(yīng)該調(diào)整為低通模式，這樣便于監(jiān)測局放。

三、

改進的局放技術(shù)

改進后的震蕩電壓可以生成頻率在50~500Hz之間的幾十個震蕩波形，近幾年里已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。這種震蕩波測試系統(tǒng)（OWTS）依據(jù)IEC60270標準設(shè)計，可用于電力電纜的診斷和對局放的現(xiàn)場檢驗。由于共振原理，由電纜和系統(tǒng)共同作用的震蕩電壓波形與運行電壓很接近。另外很重要的一點就是由于電壓作用時間比較短，整個測試過程是無損的。經(jīng)過7年實際使用經(jīng)驗的積累，新一代的OWTSM系列被研發(fā)出來。（圖2）

圖2.OWTSM28系統(tǒng)，峰值28kV，70kg，筆記本無限局域網(wǎng)控制

除了系統(tǒng)實現(xiàn)小型化和輕量化，系統(tǒng)硬件得到最佳優(yōu)化外，對局放周期脈沖的帶寬自動選擇處理的新技術(shù)也應(yīng)用到其中。測試系統(tǒng)的輸入阻抗和帶寬選擇都被一同設(shè)計到系統(tǒng)中，可以通過手動和自動進行選擇。圖3顯示高、低帶寬之間的區(qū)別，圖中是以校準器發(fā)射的脈沖在高衰減的EPR電纜中傳播的軌跡。末端反射在低帶寬選擇的情況下（圖3A）要明顯好于在高帶寬選擇的情況（圖3B）。同樣，在測試長電纜或衰減較大的電纜（如PILC，混合等）時也會得到相同的結(jié)果。

A

3MHz帶寬

B

25MHz帶寬

圖3.不同帶寬設(shè)定的影響

另一方面，高帶寬設(shè)置比較適合用于短電纜或者局放故障靠近遠端終端頭的情況。當設(shè)置為40MHz時，系統(tǒng)可以以非常高的精度測試距對端幾米遠的局放故障。如圖4，5。在圖4的脈沖反射圖形中，系統(tǒng)可以清晰地分辨間隔很近的兩次反射波形。

圖4.距對端15米的局放反射波形

圖5.據(jù)對端15米的局放集中圖

四、

OWTS典型局放故障示例

測試對象的信息是否明了對局放分析的準確性有很大影響。電纜絕緣類型、長度以及接頭類型對評定電纜的PDIV、PDEV、PDIV、電纜局放水平以及電纜在2U0時局放水平等參數(shù)非常重要。除了電纜參數(shù)和電纜局放的集中程度外，地網(wǎng)干擾也要考慮到最后的結(jié)果中。劇烈局放在XLPE和PILC電纜中會有幾百PC的差異。所以當?shù)鼐W(wǎng)干擾在100PC以下的時候可以不進行考慮。從圖6充油接頭的局放圖形中可以很容易分辨出缺陷類型，如孔穴（圖6）或干燥紙層間放電（圖7）。

圖6.充油電纜局放圖形

圖7.紙絕緣干燥紙層間放電

對于充油電纜接頭來說，局放長時間超過10nc也不算危險。而如圖8在絕緣層上的集中局放則會在不久后導致?lián)舸?/p>

圖8.油紙電纜820米的接頭局放和1180米的紙絕緣局放

圖9.嚴重損壞的PILC電纜上的局放

另一種典型故障就是由于外力破壞導致電纜護套嚴重變形。圖9顯示的是靠近轉(zhuǎn)接頭位置的局放，在U0電壓下已經(jīng)達到了60nc.檢視后發(fā)現(xiàn)接頭沒有故障，但接頭附近的電纜鉛包卻發(fā)生了嚴重的變形。如圖10。

圖10.PILC電纜外力破壞導致變形引起局放故障

圖11.鉛護層腐蝕，絕緣油泄露，紙層間發(fā)生局放

在配網(wǎng)中使用的PILC電纜其使用年限往往能超過60年。如果電纜的外護套沒有變形，并且其一直運行在設(shè)計電壓下，那么這條電纜仍然可以再用幾十年。但往往在落差較大或強腐蝕性（圖11）的環(huán)境中會造成紙絕緣層絕緣油變干。

這些電纜的可靠性下降，并且在運行中頻頻出現(xiàn)故障。通過PD測試可以對這些臨界缺陷進行定位來替換掉缺陷部分，以此來提高整個系統(tǒng)的可靠性（圖12）。

圖12.PILC電纜由于腐蝕使絕緣油泄露而引起的局放

局放的發(fā)生大多數(shù)是由于制作接頭或終端頭的技術(shù)手段不合格。盡管在近20年的時間里冷、熱縮接頭的結(jié)構(gòu)和制作工藝不斷地得到發(fā)展，但仍有大量的錯誤備件被安裝在配電網(wǎng)絡(luò)中。這些配件一般能用5~10年，直到某天突然增加的故障率會表明這種“時間炸彈”開始爆發(fā)了。有時技術(shù)的原因也會引起最初的缺陷。連接頭的生產(chǎn)廠家直接對公共設(shè)施供貨，最終用戶必須選擇他們需要的接頭，可能成千上萬的不合乎尺寸要求的配件被用在接頭上（如圖13）。

圖13.錯誤的接頭尺寸導致導體和絕緣間空隙產(chǎn)生局放

圖14.20kV電纜中因熱縮接頭的錯誤安裝導致的局放

由局放產(chǎn)生的性能下降是顯而易見的。在正常運行電壓下，局放水平已經(jīng)高達幾千pC，但令人驚奇的是，這種熱縮接頭的絕緣材料在這種放電水平下竟能工作5~10年。PD診斷對電纜缺陷定位來說是一個極佳的方法（圖14）。

正常的運行條件下，XLPE電纜及其附件應(yīng)該不存在局放。當?shù)鼐W(wǎng)噪聲在100PC范圍內(nèi)時應(yīng)仔細分析噪聲對測試結(jié)果的影響，并盡量降低它的干擾。有時由于地網(wǎng)噪聲經(jīng)常改變，所以需要把測試延遲到以后。而油紙電纜就算在運行電壓下發(fā)生幾千PC的離散局放也可以看作對電網(wǎng)沒有損害。圖[3，4]表明，經(jīng)常做周期性的檢驗，可以監(jiān)測電纜上局放缺陷點的發(fā)展。由于局放物理上的隨機性，所以一種測量局方程度并定位的基于統(tǒng)計分析的方法就顯得很重要。U0時產(chǎn)生的局放嚴重程度是一個很重要的信息。由于電纜材料不盡相同，特性也不同，為了進行電網(wǎng)的風險評估，對于PILC電纜來說也有其他一些標準用于PE/XLPE電纜上。7年多來積累的關(guān)于臨界放電值或發(fā)展趨勢等相關(guān)經(jīng)驗為電網(wǎng)運營商提供很好的參考。對被測電纜相關(guān)資料的掌握也很重要。例如，即便是PD水平比較低的油紙電纜上的一個接頭，也可能引起接地短路故障。如果在局放監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)只有這一個接頭影響著局放，那么只需替換掉這個接頭，便可排除故障。錯誤的安裝操作將根據(jù)停電的特征以及PD測試的特征參數(shù)，特別是局放起始電壓來評估。以3到6個月為周期，經(jīng)常檢查局放起始電壓及局放水平的發(fā)展趨勢對一些特別案例是很有幫助的。從過去的局放試驗，線路結(jié)構(gòu)，運行電壓，維修經(jīng)驗和故障統(tǒng)計等多方面來進行評估，而不只是從電纜重要與否，這樣最才能對于維修或替換得出準確的結(jié)論。（圖15）

圖15.PD測試結(jié)果的全面評估

五、

結(jié)論

對電力電纜無損條件下的評估總結(jié)為以下幾方面：

1.

對電纜及附件等的局部放電檢測，電壓應(yīng)逐步加到1.7U0，之后進行分析。

2.

運用DAC技術(shù)的OWTSM系統(tǒng)具備高分辨率的帶寬特點，并且，對于分離后的局放信號也有很高的動態(tài)測試能力。

3.豐富的測試經(jīng)驗為維修決定提供依據(jù)

生產(chǎn)車間工作流程一、目的1）更好的使生產(chǎn)車間員工及新員工了解工作，熟悉工作內(nèi)容。2）確保產(chǎn)品符合規(guī)定要求的同時能準時完成各項工程。3）規(guī)范生產(chǎn)車間工作及人員配置。二、適用范圍適用于本公司生產(chǎn)車間三、定義1）加工流程：生產(chǎn)車間接到生產(chǎn)任務(wù)后，從領(lǐng)料加工到加工完成入庫的一個加工過程。2）檢驗流程：生產(chǎn)車間接到供應(yīng)到貨報驗單（外協(xié)件/外購件）后，從領(lǐng)料試驗到試驗完成入庫的一個檢驗過程。四、流程明細1、加工流程①生產(chǎn)計劃接到供應(yīng)部門下達的業(yè)務(wù)訂單及研發(fā)聯(lián)系單，根據(jù)訂單要求、生產(chǎn)能力、設(shè)備狀況下達的生產(chǎn)加工任務(wù)單及加工圖紙到各個班組。訂單中特殊產(chǎn)品安排外協(xié)加工。②班組接到生產(chǎn)加工任務(wù)單后結(jié)合圖紙到半成品/產(chǎn)成品領(lǐng)料并簽字確認。③各班組長根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備狀況、物料狀況安排生產(chǎn)加工，操作工根據(jù)作業(yè)指導書、圖紙、進行加工，加工首檢需檢驗檢查各個后進行批量加工。（加工記錄、試驗記錄，首檢各個確認記錄）④批量加工過程檢驗巡檢，加工完成操作工自檢。（巡檢記錄、自檢記錄）⑤加工完成檢驗進行終檢，終檢合格憑生產(chǎn)加工單移交半成品/產(chǎn)成品并簽字確認。（終檢記錄、試驗記錄）⑥生產(chǎn)過程檢驗首檢、巡檢、終檢、操作工自檢出現(xiàn)的不合格品先隔離，等待檢驗處理（報廢、待定、翻修）2、外協(xié)件/外購件檢驗流程①檢驗班組接到供應(yīng)部開具的到貨報驗單后（外協(xié)件/外購件），檢驗組組長根據(jù)到貨數(shù)量、檢驗能力、設(shè)備狀況下達檢驗加工單。②檢驗人員依據(jù)加工單、作業(yè)指導書、進行產(chǎn)品檢驗。（檢驗記錄）③檢驗合格后憑生產(chǎn)加工單移交半成品/產(chǎn)成品并簽字確認。④檢驗、試驗過程中出現(xiàn)的不合格品先進行標記，再隔離放置；然后進行不合格品的臺賬登記，最后出不合格品質(zhì)量報告給外協(xié)外購的廠家，把不合格品退還給廠家。生產(chǎn)車間工作職責按照綜合計劃部下達的生產(chǎn)作業(yè)計劃，將生產(chǎn)任務(wù)分解到班組，并監(jiān)督其按計劃實施，隨時掌握生產(chǎn)進度，保質(zhì)、保量、按時、安全地完成各項生產(chǎn)計劃、新產(chǎn)品試制計劃；對綜合計劃部下達的生產(chǎn)計劃應(yīng)做好合理安排，做好生產(chǎn)前的各項準備工作，組織原材料、配件、半成品、成品、輔助材料等資源，并協(xié)調(diào)設(shè)備、場地等，保證生產(chǎn)任務(wù)的完成。負責車間區(qū)域內(nèi)的6