基于联合带电检测方法的电缆终端局部放电检测研究

基于联合带电检测方法的电缆终端局部放电检测研究

孙泽文，李欣，胡海宁，欧阳进

摘要：随着电缆的大量投入运行，在运行检修中出现了大量因电缆头安装工艺不到位导致的故障。带电检测作为不停电的检测技术能在电缆故障潜伏期发现隐患缺陷，能有效避免突发性故障的发生。本文分析了电缆故障的原因，介绍了红外检测、紫外检测两种带电检测方法，在现场实测工作中运用此检测方法对10千伏某变电站电缆头成功进行了检测。结果表明，该带电检测方法在发现电缆局部放电致热缺陷的有效性和准确性。

关键词：电缆，发热，局部放电，带电检测

1.问题的提出

目前，热缩电缆头和冷缩电缆头以其优越的绝缘强度和运行可靠性等优势,广泛应用于中低压供电线路。但在运行维护中发现了大量由于电缆头安装工艺细节疏漏造成的各种故障，暴露的这些问题是和不同种类的电缆头的技术特点直接相关的[1]。带电检测可及时发现电力设备潜伏性运行隐患，避免突发性故障的发生，是电力设备安全、稳定运行的重要保障手段[2-3]。

因此，通过对电缆采取带电检测手段，是基于不停电保证供电可靠性，有效发现电缆隐患，避免电缆故障停电的有效手段。

2.电缆头发热及带电检测分析

2.1电缆头发热原因

电力电缆故障一般主要指电缆本体、中间连结盒及终端头在运行中发生闪落、对地击穿或相间短路，严重时发生爆炸。引起电缆损伤的原因主要有：

1）机械损伤，电缆因直接受外力作用可引起损伤，因震动可引起金属护套疲劳损伤。

2）绝缘受潮，终端连结盒设计与施工不良引起水分侵入，或者铅护套因腐蚀等。

3）绝缘老化，浸渍剂在电、热的作用下，可引起绝缘介质化学分解，使介质损耗增大，并导致局部过热击穿等。

4）护套腐蚀，造成密封老化，引起铅护套磨损或龟裂，使局部绝缘损伤、受潮或劣化等。

5）过电压，雷击或其他原因造成的过电压，可以引起电缆分布发生变化，以致造成电缆击穿。

6）过热、过载或散热不良，可以造成电力电缆的热击穿。

7）设计和施工不良，如防水层不严，屏蔽带处理不当；施工时铅封、包扎不良，电缆弯曲过度造成损坏等。

8）材质缺陷，如金属部件内部存在微小裂痕及其他缺陷等。

上述原因将会造成介损增大或绝缘受潮老化。介损增大以后根据发热功率公式P=U2ωctgδ可知，会导致电缆本体及电缆头整体发热。绝缘受潮老化以后，造成分布电压变化或泄漏电流增大，引起电缆温度分布随着分布电压或泄漏电流相应改变，根据发热功率P=UI可知将会引起发热（属于电压效应发热）[4]。

2.2电缆头局部放电原因

电缆主要包括电缆本体和接头，一般放电较严重的部位是电缆头以及电缆固定处。

造成电缆局部放电的本质原因是绝缘体局部区域的电场强度达到击穿场强，造成放电。在铺设电缆时，由于安装电缆的质量原因造成绝缘薄弱，电缆固定处因机械磨损造成绝缘失效，造成局部电缆老化，引起发热，严重时会导致击穿放电[7]。

3带电检测方法

3.1红外检测仪的检测原理


红外热成像仪工作的基本原理是根据各种物体表面不同的红外辐射进行探测，在红外底片上形成目标物体表面温度分布的图像。红外热像仪在电力系统中的应用，主要是测量电力设备表面温度分布情况，以此来判断设备运行状态，对温度异常的设备采取处理措施，保障电力设备的安全运行。

3.2紫外检测仪的检测原理

电力设备放电时，空气中的电子不断吸收和释放能量，而当空气发生放电时，电子从高级能态跃迁到低级能态，发射出光谱线波长主要分布在280nm~400nm的紫外波段。利用紫外线感光效用，在紫外成像仪的成像部分使用特殊的感光胶片，使得紫外光子在感光胶片上形成影像。紫外成像能够检测到电力设备电场不均匀导致的电晕放电，能精确定位放电位置、直观观测放电的发展趋势[6]。

4.现场运用与效果评价

4.1现场应用

2017年6月,试验人员发现某110kV变电站10kV#3接地站用变高压侧电缆终端出现发热现象，如图1所示，#3接地站用变的A、C相电缆终端出现局部发热，根据发热的特征，初步判断为电压制热型缺陷。

图1#3接地站用变电缆发热红外图

4.2检测分析

在发现电缆发热后，试验人员再次进行精确测温，确认了发热部位，#3接地站用变高压侧发热部位在电缆头A、C指套上部电缆绝缘层，与正常B相的温差达到6℃，发热部位均为环状。

随后使用紫外成像仪进行了检测。紫外成像发现在电缆终端发热部位有明显的放电现象。综合分析为电缆终端不符合要求产生不均匀电场，电场畸变引起局部放电，导致发热现象。

4.3处理结果

停电检查发现电缆外绝缘并没有破坏，发热部位外表面有一圈放电痕迹，与红外图像中的环状发热相符。按照工艺要求重新制作了电缆头，发热缺陷消除。

4.4效果评价

加强电缆终端的带电检测。试验人员应使用精确度达标的红外测温仪，要求多角度、阴天或夜间拍摄，并准确记录负荷情况。对怀疑异常的电缆头，可结合多种手段如紫外检测仪进行诊断。

5结论

1.采用红外测温、紫外成像检测技术可以直观地观测到高压电力设备发热和电晕放电的情况，且不影响设备的运行状态，可用于日常巡检工作，有助于及时发现设备放电缺陷并消缺。

2.电缆终端头的质量存在气隙缺陷时，气隙处电场分布局部集中，容易产生局部放电，严重时引发设备事件，因此要求电缆接头在设计以及制作时一定要规范。

参考文献

[1]杨爱华.高压终端电缆头故障原因分析及对策[J].中国设备工程,2011,4：29-31

[2]钱金菊.紫外成像检测技术在高压电力设备带电检测中的应用[J].广东电力,2016,29(4):115-121.

[3]杨丰源.基于压缩感知的高压直流电缆局部放电模式识别[J/OL].高电压技术,2017,43(02):446-452.

[4]王运生.红外技术诊断电缆头过热缺陷[J].高电压技术,2004,(S1):105-106.

[5]常文治,李成榕,苏錡,葛振东.电缆接头尖刺缺陷局部放电发展过程的研究[J/OL].中国电机工程学报,2013,33(07):192-201+1.

[6]李浪.高压电力电缆故障原因分析和试验方法的研究[D].西安,西安交通大学，2013.