高壓電纜耐壓試驗過程中局放測試方法和典型缺陷全面分析

1、高壓電纜耐壓試驗過程中局放測試方法和典型缺陷全面分析高壓電纜局放測試的背景1高壓電纜局放測試的原理2典型案例分析4成果及結(jié)論5技術(shù)展望6高壓電纜局放測試的方法3 高壓電纜的應(yīng)用情況一、高壓電纜局放測試的背景 交聯(lián)聚乙烯電纜因其具有電性能高、輸送容量大、重量輕、運行維護方便等優(yōu)點，佛山地區(qū)的高壓電纜線路全部使用了該類型的高壓電纜。高壓電纜的故障 一、高壓電纜局放測試的背景 高壓電纜故障的主要原因在于產(chǎn)品質(zhì)量和施工質(zhì)量，其中電纜附件占故障總量的90%，薄弱環(huán)節(jié)表現(xiàn)在電纜終端頭和中間接頭，主要由于設(shè)計不良、材料選擇不當(dāng)、安裝制作工藝不良三個方面的原因造成。高壓電纜局放測試的必要性 一、高壓電纜局放測

2、試的背景 GB 50150-2006 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)要求新竣工的電纜需要進(jìn)行耐壓試驗，高壓電纜交流耐壓等效電路如下圖，用C1、C2、C3組合模擬被試電纜的各個絕緣部件，在試驗過程中C1、C2、C3同時承受高電壓的考驗。 高壓電纜局放測試的必要性 一、高壓電纜局放測試的背景 交流耐壓試驗技術(shù)存在不足，體現(xiàn)在如下兩個方面：交流耐壓試驗只關(guān)注電纜整體能否完整承受試驗電壓的考驗，其判斷標(biāo)準(zhǔn)為電纜是否通過了交流耐壓試驗，缺少電纜在試驗過程中可能出現(xiàn)的局部損傷和破壞的監(jiān)測手段。如電纜內(nèi)部存在局部放電,但是電纜依然有可能能夠通過交流耐壓試驗，內(nèi)部有缺陷的電纜帶病運行，電纜安全運行存在一

3、定風(fēng)險。因此檢測高壓電纜在耐壓過程中的局放信號。高壓電纜局放測試的原理 二、高壓電纜局放測試的原理 在電纜耐壓試驗過程中，采用如下測試回路，就可利用脈沖電流法監(jiān)測電纜局部放電情況，測試原理如下圖。Cx為被試驗電纜，Ck為耦合電容器，在Cx、Ck的端部分別接入檢測阻抗Zm1、Zm2。Z為高頻阻波器，抑制電源中的干擾信號進(jìn)入局放測試回路，阻止局放信號進(jìn)入電源系統(tǒng)。 高壓電纜局放測試的原理 二、高壓電纜局放測試的原理 一旦被試電纜發(fā)生局部放電，耦合電容Ck瞬時對Cx充電，形成高頻的脈沖電流波形，脈沖電流波形達(dá)到納秒級別，其頻譜高達(dá)百兆以上，脈沖電流的幅值大小、發(fā)生的頻度反映電纜內(nèi)部局部放電的嚴(yán)重程度

4、。 利用局放監(jiān)測系統(tǒng)在耐壓過程可嚴(yán)密監(jiān)視局放信號隨電壓和時間變化的趨勢，掌握電纜缺陷嚴(yán)重程度的變化。 二、高壓電纜局放測試的原理 高壓電纜局部放電的嚴(yán)重程度通過其局部放電量來反映，要測試局放量必須對測試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。 在被試驗電纜Cx注入標(biāo)準(zhǔn)局放信號Qo以模擬被試對象發(fā)生了局部放電，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)局放信號注入時，檢測阻抗Zm1、Zm2輸出信號，測試系統(tǒng)M獲取局放信號的幅值大小、相位分布特征、頻譜特性等信息。 局放測試時參照校準(zhǔn)信息就可以計算出局放量的大小，對電纜局部放電的嚴(yán)重程度、局放類型評估，作出正確的判斷。三、高壓電纜局放測試的方法 交流耐壓試驗電源處理 高壓電纜交流耐壓采用的是變頻諧振裝置產(chǎn)生試

5、驗電源，變頻柜是裝置的核心部件，變頻柜通過晶閘管的整流和逆變獲取試驗所需的頻率，在電源變換過程中引入了大量的高頻脈沖電流成份。三、高壓電纜局放測試的方法 變頻諧振系統(tǒng)輸出的電源不能直接作為電纜局放試驗的電源直接施加于被試對象進(jìn)行局部放電測試，必須采取有效措施對試驗電源進(jìn)行預(yù)處理，通過設(shè)置串聯(lián)電抗、防暈導(dǎo)線、均壓環(huán)進(jìn)行對試驗電源質(zhì)量進(jìn)行改善，其電氣原理所下圖所示。 交流耐壓試驗電源處理 三、高壓電纜局放測試的方法 電纜終端的局放測試回路如下圖，當(dāng)被試電纜內(nèi)部發(fā)生了局部放電時，耦合電容瞬時對電纜終端充電，形成高頻的脈沖充電電流波形，脈沖電流的幅值、發(fā)生的頻度反映了電纜內(nèi)部局部放電的嚴(yán)重程度，通道1

6、、通道2兩個傳感器將局放信號傳送至局放診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。 電纜終端局放測試回路 三、高壓電纜局放測試的方法 在電纜的中間接頭，測試原理如圖所示，一側(cè)電纜的鎧裝與電纜導(dǎo)體之間存在電容Ca，另一側(cè)電纜的導(dǎo)體與鎧裝之間存在電容Cb，如果在電纜的中間接頭發(fā)生局部放電，那么形成兩個電容C1和C2，此時Ca和Cb就會通過導(dǎo)體向C1和C2充放電，從而形成局放電流回路，在兩側(cè)電纜屏蔽層橋接一個高頻低阻的電容臂C0和高頻電流傳感器，就可以檢測到局放的脈沖電流信號。電纜終端局放測試回路 三、高壓電纜局放測試的方法 高壓電纜局放測試的技術(shù)難點 測試系統(tǒng)靈敏度要求高 高壓電纜發(fā)生局放時產(chǎn)生的脈沖信號微弱，要求傳感

7、器及測試系統(tǒng)有相當(dāng)高的檢出靈敏度。現(xiàn)場干擾因素復(fù)雜 在現(xiàn)場實施電纜局放試驗時干擾信號會嚴(yán)重影響電纜局放的檢測和診斷，主要有臨近試驗現(xiàn)場的運行設(shè)備產(chǎn)生的電暈或者局部放電信號、交流耐壓試驗裝置自身的局部放電信號、交流耐壓試驗回路的引線產(chǎn)生的電暈信號三個方面的因素。 因此甄別并排除干擾信號、提取有效的信息并根據(jù)其特征診斷電纜的絕緣狀態(tài)是一項具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。三、高壓電纜局放測試的方法 高壓電纜局放測試的技術(shù)難點 對測試人員的要求高 高壓電纜局放的信號主要集中在0-30MHz范圍內(nèi)，信號頻帶較寬，加上現(xiàn)場存在一定的干擾信號，測試人員通過信號抑制、識別、分類、提取、判斷等技術(shù)手段，準(zhǔn)確的解析復(fù)雜的電

8、子信號成份實現(xiàn)電纜的狀態(tài)診斷。這項技術(shù)要求測試人員熟練使用示波器、頻譜儀、濾波器等電子設(shè)備，并具備高頻電子信號分析判斷能力。國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有明確的指引 高壓電纜局放測試是目前國內(nèi)比較新的技術(shù)應(yīng)用課題，國內(nèi)僅有北京供電局進(jìn)行過類似嘗試，佛山局在這一技術(shù)領(lǐng)域走在了國內(nèi)前列。三、高壓電纜局放測試的方法 局放診斷判據(jù) 我局從2010年開始探索電纜局放技術(shù)的應(yīng)用研究，在長達(dá)兩年的時間里，我們的專業(yè)團隊通過反復(fù)的理論分析、實驗室驗證、現(xiàn)場測試、與國內(nèi)外專家的交流，目前在高壓電纜局放測試領(lǐng)域取得了較大突破，并總結(jié)了一套診斷判據(jù)：（1）、通過大量的試驗室模擬和現(xiàn)場測試結(jié)果顯示：局放信號的相位與試驗電源的

9、相位具有180度或360度的相位特征，同時發(fā)生在一定寬度的相位上。（2）、在測試中若發(fā)現(xiàn)存在多種信號源，需運用帶通濾波器分別提取不同頻帶的脈沖信號進(jìn)行單獨分析；（3）、局放傳感器采集到的高頻脈沖信號的波形和頻譜是否具有典型局放特征（脈沖波形上升沿一般為幾十納秒）； (4)、必要時，將實際測試局放波形與利用模擬局放源對測試回路進(jìn)行校準(zhǔn)時的波形進(jìn)行反復(fù)類比，觀察其信號的相似性；（5）、極性判別法：運用脈沖波形的極性鑒別局放源的位置； 三、高壓電纜局放測試的方法 交流耐壓時進(jìn)行局放測試的優(yōu)點 1、在進(jìn)行電纜耐壓試驗過程中同時進(jìn)行局放測試，由于電纜耐壓試驗電源采用異頻電源，工頻信號在試驗電源的相位圖譜

10、上不具有相關(guān)性，只有試驗系統(tǒng)內(nèi)部的局放信號可能在試驗電源的相位圖譜上具有相關(guān)性，利用這一點可有效排除運行設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號。試驗裝置自身的局放信號是晶閘管的開通關(guān)閉造成，一般集中在特定相位，這類干擾在一定程度上可通過“開相位窗”予以排除；2、高電壓狀態(tài)下局放測試的靈敏度高，高壓電纜交流耐壓時所施加的電壓為2U0，利于將電纜內(nèi)部的缺陷檢出。 （1）、對于在1U0下不產(chǎn)生局放信號的缺陷，在2U0下激發(fā)下產(chǎn)生局放，缺陷才可能被發(fā)現(xiàn)。 (2)、對于同樣的電纜缺陷，電壓越高，產(chǎn)生的局放信號越大，檢出的靈敏度越高。 3、局放的提前發(fā)現(xiàn)對運行安全、設(shè)備檢修的影響。 通過局放測試，可以在電纜投運前發(fā)現(xiàn)缺陷，施

11、工人員有足夠的時間和空間查明原因、消除缺陷，避免電纜帶病投入運行后重復(fù)停電，影響電網(wǎng)的正常運行。 三、高壓電纜局放測試的方法 截至目前，我局引進(jìn)的電纜局放測試系統(tǒng)有三套，測試精度均達(dá)到了國際上現(xiàn)有商業(yè)測試裝置精度要求的最高標(biāo)準(zhǔn)。測試系統(tǒng)針對電纜局放測試的特殊環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，具備強大的分析功能，全部能夠在赫茲至30M赫茲的寬頻帶信號進(jìn)行分析和處理，實現(xiàn)了局放信號的頻譜特征、相位特征、特定頻帶下局放分量、放電密度等重要信息的分析、處理，并且三套測試系統(tǒng)各有所長，可靈活搭配使用，對于復(fù)雜的測試問題互相應(yīng)證提高測試的可靠性。測試系統(tǒng)引進(jìn)以來，安排專門人員開展研究和學(xué)習(xí)，多次組織廠家技術(shù)人員進(jìn)行理論講解、

12、現(xiàn)場實操、實驗室模擬局放培訓(xùn)，培養(yǎng)了多名掌握電纜局放測試的技術(shù)骨干。我局現(xiàn)有局放測試裝置情況 局放測試系統(tǒng)三、高壓電纜局放測試的方法 SPD局放檢測系統(tǒng)的信號處理主要由硬件實現(xiàn)，信號波形保持較真實。檢測時信號經(jīng)電容臂從電纜終端耦合,通過傳感器PDD 將信號檢取，送到高通濾波器HPF濾波, 再送到局放測試主機PDM，通過一系列的濾波、放大及模、數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，去除干擾信號，得到所需信號送至后臺分析軟件進(jìn)行判定,主要是從頻率f、相位、頻度n、電量q、時間t五個因素判斷，在軟件上可以清楚地看到這幾個量的大小，以及之間的相互關(guān)系，通過它們之間的關(guān)系，對存在的可疑局放的可能性作一個分析。 局放測試系統(tǒng)三、

13、高壓電纜局放測試的方法 MPD600 局放診斷系統(tǒng)側(cè)重于由軟件實現(xiàn)對信號的分析處理，具備頻譜分析功能，在頻譜圖上可連續(xù)自由選擇濾波器中心頻率及帶寬，屏蔽干擾信號的影響，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電平的大小在一定程度上可排除干擾因素。 局放測試系統(tǒng)三、高壓電纜局放測試的方法 PDCHECK診斷系統(tǒng)與前面兩個系統(tǒng)的優(yōu)勢在于沒有設(shè)置帶通濾波器來排除干擾信號的影響，而是對超過觸發(fā)電平的所有脈沖信號進(jìn)行分析，計算出每個脈沖的脈沖寬度及中心頻率，根據(jù)這兩個特征量將脈沖進(jìn)行分類，采取這種方式可以最大限度的排除干擾，得到真實局放信號的幅值會較大，檢測靈敏度好。 電纜基本情況說明四、典型缺陷分析 110kV雷平聯(lián)甲、乙線電纜

14、由雷崗戶外場至益禾戶外場，全長都為，600M處有一中間頭。 2012年2月中旬，兩條電纜同時竣工，通過耐壓試驗后投入運行，但110kV雷平聯(lián)甲線B相電纜的益禾場終端在充電兩個小時后發(fā)生爆炸。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測試四、典型缺陷分析 在雷崗戶外場、益禾戶外場、以及中間接頭處分別進(jìn)行局放測試，耐壓裝置的高壓試驗導(dǎo)線使用防暈導(dǎo)線，在兩側(cè)的電纜終端以及電容分壓桿上均使用均壓罩或均壓環(huán)來抑制電暈放電，并在電抗器高壓側(cè)與電纜終端間串入一小電抗，抑制高頻信號進(jìn)入被試電纜。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測試四、典型缺陷分析在電容分壓桿上注入1000pC信號進(jìn)行測試系統(tǒng)校準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)：1、通道1上收到的信號如左圖所

15、示，幅值為470mV；2、通道2上收到的信號如右圖所示，幅值為320 mV。3、兩個通道的脈沖信號極性相反。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測試四、典型缺陷分析 雷崗戶外場側(cè)A相檢測到局放信號，幅值約64pC，信號主頻約為9MHz左右，而且在10MHz以上還有相當(dāng)?shù)墓β?，從極性上看與電壓的極性一致，從圖譜判斷為電纜頭側(cè)局放信號，電纜頭解體后發(fā)現(xiàn)有電纜主絕緣有明顯的爬電痕跡。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測試四、典型缺陷分析 雷崗戶外場側(cè)B相在50kV電壓下發(fā)生強烈的局部放電，幅值達(dá)到9500pC，信號最高頻率成分在40MHz。從極性上看與電壓的極性一致，從圖譜特征判定為電纜終端局放信號，電纜頭解體后發(fā)現(xiàn)

16、有電纜主絕緣有明顯的爬電痕跡。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測試四、典型缺陷分析 雷崗戶外場C相在運行電壓下沒有檢測到明顯的局部放電信號，但是在解剖時卻發(fā)現(xiàn)了爬電痕跡，分析其原因為：1、電纜放電痕跡是在交接試驗時施加2U0的情況下形成的，在進(jìn)行局放試驗時施加，所加1U0電壓未能激發(fā)局放，因此未能測到任何局放信號。2、因此，在交接試驗時同時進(jìn)行局放試驗是有必要的。 110kV雷平聯(lián)乙線局放測試四、典型缺陷分析 1、按照相同的測試方法對益禾戶外的三相電纜終端進(jìn)行局放測試，發(fā)現(xiàn)A相存在128PC的放電量，而B、C兩相沒有明顯局放信號。2、對電纜終端進(jìn)行解體，檢查情況與測試結(jié)果吻合。 110kV雷平聯(lián)乙線缺陷原因四、典型缺陷分析 檢查人員對發(fā)生爬電痕跡的電纜頭進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，電纜絕緣層表面發(fā)生爬電痕跡的部位都有一個明顯的平面，電纜的截面圖如下圖； 110kV雷平聯(lián)乙線缺陷原因四、典型缺陷分析1、發(fā)生故障的電纜終端為干式套管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如中圖，這種結(jié)構(gòu)要求電纜本體的外絕緣必須有良好的圓整度，才能保證套管絕緣層與電纜絕緣層依靠自生的彈性緊密結(jié)合。2、電纜表面的平面使套管內(nèi)部絕緣層的交界面上形成了空氣間隙，空氣間隙一方面加劇電場的畸變，另一方面本身絕緣強度較低，在一定的電壓作用下就會在空氣間隙處發(fā)生局部放電甚至擊穿。五