一起基于特高頻法的電纜局部放電帶電檢測(cè)與定位案例分析

1、一起基于特高頻法的電纜局部放電帶電 檢測(cè)與定位案例分析吳勇 袁軍芳 嚴(yán)波 王斌武 李忠群 馬鋼股份有限公司能源管控中心國(guó)網(wǎng)安徽省電力公 司武漢華威眾科電力有限公司摘要：在開展電纜局放測(cè)試研究時(shí)，將特高頻電磁耦合技術(shù)應(yīng)用到xlpe電纜的局部放 電檢測(cè)與定位中，信號(hào)釆集釆用電容式傳感器從電纜木體上獲取方式。測(cè)試中發(fā) 現(xiàn)762-14線路b相電纜戶外終端具有比較明顯的局部放電信號(hào)，采用短距離吋 差定位分析法，判定局放信號(hào)來源于b相終端，對(duì)該相終端進(jìn)行解體后發(fā)現(xiàn)應(yīng) 力錐內(nèi)外表而和尾部具有明顯的放電痕跡，驗(yàn)證了特高頻電纜局放檢測(cè)與定位 技術(shù)的有效性。特高頻技術(shù)在電纜局放檢測(cè)和定位中的開展應(yīng)用為電纜在線局放

2、 檢測(cè)研究提供了一個(gè)新的方向。關(guān)鍵詞：xlpe電纜;高頻;特高頻;局放定位;解體分析;作者簡(jiǎn)介：吳勇（1967-），男，高級(jí)工程師作者地址:安徽馬鞍山市天門山大 道中段馬鋼能源管控中心243000收稿日期:2017-04-24a case study of cable partial discharge live detection and location based on uhf methodwu yong yuan jun-fang yan bo wang bin-wu li zhong-qunmaans hanlronandste e1 co., ltd., energymanagem

3、ent and cont rol cent er; sta/te grid anhuielectrie power company; wuhan whvronk powercompany limited;abstract：during the research of cable partieil discharge ( pd) dctcction，ultrei high frequency ( uhf) electromagnetic coupling technology is applied to the xlpe cable pd detection and location. capa

4、citive sensor is used to obtain the pd signal from the cable body. 762-14 line b-phase cable outdoor terminal was found to be more obvious pd signal during the detection. the pd signal was determincd from b-phasc cable outdoor terminal by short distance timedelay localization analytical method after

5、 the disassembly of the phase terminal, it was found that the inner and outer surfaces and the tail of the stress cone had obvious discharge traces. it is verified tha t the detection and loca tion tech no logy of uhf cable pd is effec ti ve.the dcvclopment of pd detection and location tcchnology fo

6、r ui1f cables provides a new direction for the research of on-line pd detection of cables.keyword：xlpe cable; high frequency; ultra high frequency; pd location; disintegration analysis;received： 2017-04-240引言近年來，高壓交聯(lián)聚乙烯(xlpe)電力電纜在城市電力線路中的占比越來越大， 受重視程度口漸增高，在保障城市居民和生產(chǎn)用電屮起著舉足輕重的作用。國(guó)內(nèi) 從上世紀(jì)八九十年代開始大量使用110

7、 k v電壓等級(jí)的xlpe電纜，到現(xiàn)在還在 運(yùn)行的電纜已經(jīng)進(jìn)入預(yù)定壽命的“中年期”，甚至有相當(dāng)一部分電纜處于超負(fù) 荷“帶病”運(yùn)行狀態(tài)，加之受限于當(dāng)時(shí)的絕緣材料、生產(chǎn)工藝水平、附件安裝敷 設(shè)質(zhì)量和外力破壞等因素in,使得這一問題愈加突出，電纜及其附件故障率也 越來越高。國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和研究成果表明：電力電纜性能劣化或使用壽命極大程度上取決 于其絕緣介質(zhì)的老化，局部放電的變化預(yù)示著電纜絕緣可能存在危害電纜運(yùn)行 的缺陷，準(zhǔn)確測(cè)量電纜局部放電是判斷電纜絕緣品質(zhì)最直觀、理想、有效的方法 £21o目前，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者以及ieee、iec、cigre等國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)組織更一 致推薦局部放電檢測(cè)作為

8、電纜及其附件絕緣狀況評(píng)價(jià)的最佳方法51。因此， 為避免電纜事故的頻繁發(fā)生，在事故出現(xiàn)前及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜隱患，有效的局部放 電檢測(cè)手段必不可少。目前，110 kv及以上電力電纜局部放電檢測(cè)方法主要有高頻（330 mhz）脈沖 電流法和特高頻（300 mhz3 ghz）電磁耦合法。選擇何種檢測(cè)方法、檢測(cè)設(shè)備, 因地制宜，取決于特定條件下選取該檢測(cè)方法及設(shè)備的有效性和對(duì)電纜狀態(tài)評(píng) 價(jià)的準(zhǔn)確性。電纜戶外終端局放檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)噪聲較強(qiáng)，且電暈及噪聲頻率范圍多集 中在30 mhz以下，對(duì)傳統(tǒng)的高頻脈沖電流法干擾較大。另外，高頻脈沖電流法 采用的傳感器為高頻ct,測(cè)試時(shí)需將傳感器安裝到接地線上，而戶外終端的接 地箱，

9、考慮安全因素，安裝位置往往很高，對(duì)高頻檢測(cè)方法造成了比較大的困 難，所以高頻脈沖電流法在戶外電纜終端的局放檢測(cè)中有比較大的局限性。因此 本案例屮選擇特高頻電磁耦合法對(duì)電纜戶外終端進(jìn)行局放帶電檢測(cè)。1特高頻局部放電檢測(cè)與定位方法特高頻電磁耦合檢測(cè)技術(shù)是近兒年應(yīng)用于電纜運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的局放檢測(cè)方法。目前已 經(jīng)證實(shí)，xlpe電纜或電纜附件內(nèi)部發(fā)牛的局部放電信號(hào)頻帶最高可達(dá)ghz童1， 遠(yuǎn)大于高頻局放檢測(cè)信號(hào)采集能力的極限。特高頻電磁耦合法可以精確采集頻率 在500 k iizl giiz范圍內(nèi)全頻段的信號(hào)。特高頻電磁耦合技術(shù)所用電容式傳感 器為柔性金屬電極，在電纜本體上纏繞成環(huán)狀時(shí)，與電纜金屬屏蔽層形成耦

10、合 電容，可以耦合到電纜內(nèi)部放電信號(hào)，而不再?gòu)慕拥鼐€中獲取，避免了接地極 傳來的干擾信號(hào)，提高了原始信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。一般情況下電纜局放檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng) 的典型噪聲多局限在30 mhz以下及850 mhq1. 2 ghz （射頻通訊信號(hào)）之間，因 此特高頻電磁耦合局部放電檢測(cè)技術(shù)可有效地在甚高頻與特高頻頻段進(jìn)行信噪 分離。針對(duì)局部放電信號(hào)在xlpe電纜中的傳播特性的長(zhǎng)期研究表明6-7:xlpe電力電 纜具有低通濾波特性，隨著頻率增加，各頻率分量的衰減倍率也迅速增加，傳 輸距離迅速衰減。特高頻電磁耦合局部放電檢測(cè)技術(shù)，基于其強(qiáng)大的硬件條件， 能夠獲得更準(zhǔn)確的信號(hào)時(shí)域特征與更豐富的信號(hào)頻域特征，其高速采集

11、的特點(diǎn) 可實(shí)現(xiàn)在短距離內(nèi)定量分辨同步差分信號(hào)的時(shí)間延遲，適合于電纜附件的局部 放電故障檢測(cè)，針對(duì)性更強(qiáng)，效率更高。采用短距離時(shí)差定位方法，通過在電纜 木體上兩個(gè)相距25 m的傳感器采集到的信號(hào)時(shí)間延遲結(jié)合信號(hào)幅值衰減對(duì)電纜 附件進(jìn)行局部放電定位，并能夠有效判定噪聲信號(hào)的來源，可避免傳統(tǒng)tdr定 位方法長(zhǎng)距離反射引入過多不確定影響因素的缺點(diǎn)。一般xlpe電纜屮電磁信號(hào) 的傳播速度約為0. 198 m/nsll,這樣的傳播速度下短距離時(shí)差定位要求采集 設(shè)備的采樣率在2 gs/s以上12。因此，要對(duì)電纜局放信號(hào)或環(huán)境干擾信號(hào)進(jìn) 行定位，對(duì)采集設(shè)備木身的硬件條件要求是非常高的。由于局放信號(hào)的高頻分量在

12、傳輸過程中衰減較大，因此特高頻電磁耦合檢測(cè)法 測(cè)試中，傳感器越靠近電纜終端效果愈佳，如圖1所示。電纜終端xlpe電纜傳感器a *=7局放檢測(cè)儀傳感器b !o圖1時(shí)差定位法判定信號(hào)來源下載原圖2局部放電信號(hào)的發(fā)現(xiàn)2015年12月，馬鋼股份有限公司利用特高頻電纜局放檢測(cè)儀對(duì)轄區(qū)內(nèi)電纜線路 進(jìn)行局部放電普測(cè)，檢測(cè)方法如圖2。電容式數(shù)據(jù)采集傳感器安裝在接近待測(cè)電 纜終端的電纜本體上，同類型環(huán)境傳感器放置于距離數(shù)據(jù)傳感器安置點(diǎn)2、3 m 的環(huán)境中。工頻信號(hào)傳感器安置在同相電纜本體上，用來檢測(cè)該相50 hz工頻信 號(hào)，以便確定電纜的相位。圖2屯纜終端局放檢測(cè)示意圖下載原圖開展局放檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，762-14電

13、纜線路b相瓷套戶外終端存在密集型嚴(yán)重放電, 詳盡的測(cè)試譜圖和分析結(jié)果如圖3圖6所示。原始放電量-相位譜圖反映測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)真實(shí)情況，包含放電信號(hào)和噪聲信號(hào)， 但無法僅以此來判斷是否存在局放信號(hào)，需要結(jié)合放電置信區(qū)間、放電可信度、 周期放電概率及平均放電量等參量綜合分析判斷曲。譜圖顯示存在異常數(shù)據(jù)， 放屯置信區(qū)間內(nèi)有成簇狀的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其吋域波形為長(zhǎng)度小于2 n s的瞬吋脈沖信 號(hào)。同步觸發(fā)采集時(shí)，測(cè)量點(diǎn)信號(hào)（黑色波形）和環(huán)境信號(hào)（灰色波形）存在明 顯差異，對(duì)應(yīng)頻譜測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)在30200 mhz和210300mhz存在頻率高峰，而環(huán) 境中無此頻段的脈沖信號(hào)，證明此信號(hào)來自測(cè)量的762-14電纜線路。結(jié)

14、合數(shù)據(jù)6 000 -od/嘲毎罡-6 000處理分析結(jié)果:放電可信度高達(dá)81%,周期放電概率為100%,平均放電量為3476 p c,可以確定該測(cè)量點(diǎn)處存在密集型嚴(yán)重放電，放電是否來自于該終端需 進(jìn)行進(jìn)一步的定位。4 000-2 000-0-2 000 -4 000 -90180270相位/（。）° 0 _iiiiiii0.01123456789時(shí)域特征參數(shù)圖4放電置信區(qū)間下載原圖hp 迪w3 500-3 000-2 500-2 000-1 500-i 000-500-0-圖5時(shí)域與頻譜信號(hào)下載原圖一3 476 100806040200平均放電量/pc 周期放電概率/%放電可信度/%

15、圖6量化檢測(cè)結(jié)果下載原圖3局放源的判定對(duì)該762-14電纜線路b相電纜終端進(jìn)行精確測(cè)量并對(duì)局放信號(hào)的來源方向進(jìn)行 了定位研究。局放信號(hào)來源方向判定測(cè)試示意如圖7所示，將兩只相同的特高頻電容式傳感 器（a和b）同吋安裝在該相電纜本體上同步采集信號(hào)，間隔2m左右，a傳感器 離電纜終端較近。測(cè)量結(jié)果如圖8所示。架空線橫擔(dān)特高頻傳感器十特高頻傳感器 一工頻測(cè)量傳感 ”特高頻、一.|放檢測(cè)77 / /時(shí)域lx 10-71 5x10-72x10-72.5x10-73x10-73.5x10-74x10-74.5x10-時(shí)間/s圖8信號(hào)方向判定下載原圖從圖8時(shí)域譜圖來看，黑色波形超前灰色波形，表明局放信號(hào)傳輸

16、先通過a傳感 器，再通過b傳感器。根據(jù)電磁信號(hào)在電纜中的傳播速度0. 198 m/ns,可計(jì)算 兩信號(hào)傳輸?shù)膮奸g差為10. 1 ns,從吋域譜圖中讀出兩波形時(shí)間差約為9. 4 ns, 兩者大致無誤，可判定該放電信號(hào)來自電纜終端。4解體分析為確保安全牛產(chǎn)，公司于2016年3月對(duì)762-14電纜線路b相終端進(jìn)行停電檢修 更換，并對(duì)問題終端進(jìn)行了解剖分析。解剖發(fā)現(xiàn)電纜終端應(yīng)力錐外表面存在明顯 的爬電痕跡，進(jìn)一步解剖應(yīng)力錐后發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力錐內(nèi)壁有沿面爬屯痕跡，應(yīng)力錐 與電纜絕緣屏蔽層搭接處存在明顯放電碳化痕跡，如圖9所示。圖9電纜終端解體圖片 下載原圖5修復(fù)后測(cè)試問題終端更換修復(fù)后，2016年8月使用特高

17、頻電磁耦合局放檢測(cè)技術(shù)再次對(duì)b 相電纜終端進(jìn)行局放檢測(cè)。復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，第一次普測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的特征局放信號(hào)己 經(jīng)消失，放電置信區(qū)間中無疑似局放信號(hào)，修復(fù)后量化檢測(cè)結(jié)果顯示放電可信 度為0,周期放電概率為0,平均放電量為0,即檢測(cè)結(jié)果為無放電。6結(jié)論根據(jù)本次電纜局部放電現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)案例，對(duì)比分析特高頻電磁耦合檢測(cè)法前后兩 次的檢測(cè)結(jié)論和解體結(jié)果，總結(jié)如下：(1) 特高頻電磁耦合檢測(cè)技術(shù)適用于電纜終端的局部放電帶電檢測(cè)；(2) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，可判定基于特高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)的短距離時(shí)差定 位技術(shù)可有效地預(yù)定位電纜附件局部放電源位置，口該技術(shù)可延伸應(yīng)用于噪聲 源的定位，有效提高電纜局放檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。參

18、考文獻(xiàn)1 羅俊華，邱毓昌，楊黎明.10rv及以上電力電纜運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)分析j高電 壓技術(shù)，2003, 29 (6) : 14-16.2 羅俊華，邱毓昌，馬翠嬌基于局部放電頻譜分析的xlpe電力電纜在線監(jiān)測(cè) 技術(shù)j電工電能新技術(shù)，2002, 21 (1) : 38-40.3 ieee std 400. 3一2006 ieee guide for partial discharge testing of shielded power cable systems in a field environments.4 boggs s, densley john. funddments of partial discharge in the context of field cable restingj electrical insulation magazinc, ieee, 2000, 165 : 13-18.5 羅俊華，邱毓昌，馬翠嬌基于局部放電頻譜分析的xlpe電力電纜在線監(jiān)測(cè) 技術(shù)j電工電能新技術(shù)，2002, 21 (1) : 38-40.6 段乃欣，趙中原，邱毓昌，等.xlpe電纜中局部放電脈沖傳播特性的實(shí)驗(yàn)研 究j 高壓電器，2002, 38 (4) :16-1 &7 徐陽，鐘立