浅析电力电缆局部放电检测技术

浅析电力电缆局部放电检测技术

蔡传雄

珠高电气检测有限公司519085

摘要：目前常规的电力电缆检测手段已经不能满足我们对电缆竣工试验及日常运行可靠性的要求。于是更多的目光集中于电缆局部放电检测的研究及探索当中，电力电缆局部放电在线监测及离线监测技术正逐步得到推广和运用。本文针对电力电缆产生故障和局部放电的原因，阐述了在线监测的重要作用，并分析了几种在线监测方法。

关键词：电力电缆；耐压试验；局部放电；在线监测；离线监测；

引言

随着城市电网建设的不断扩大，交联聚乙烯绝缘电力电缆（以下简称交联电缆）的使用也日益广泛，对于交联电缆的检测手段也在不断深入及推进。目前在上海地区对于电力电缆使用的检测手段以耐压试验为主，耐压试验包括：直流耐压——用于35kV及以下电缆和超高压充油电缆的耐压试验；交流耐压——用于110kV及以上电缆的耐压试验。现在高压交联电缆已经基本摒弃直流耐压的试验方法，而改用交流变频串联谐振的耐压方式。

随着对电网运行可靠性要求的不断提升，对电力电缆的运行要求也随之而不断地提高。然而目前耐压试验的检测手段是否能为电网运行提供可靠的保障呢？其自身是否存在检测的局限性呢?从实际使用过程中来看，耐压试验的通过并不一定能确保电缆在未来若干年运行的高可靠性。

因此，为了更好更有效地检测电缆的状况，对电缆局放检测技术的研究和运用正在探索和深入当中。

一、电力电缆产生故障及局部放电的原因

电力电缆一般都是由交联聚乙烯（XLPE）制作的，正常工作寿命一般是二三十年，但是它们经常处于条件恶劣的地下，使得寿命受到了很大影响。XLPE电缆长期受土壤和水分的浸润，极易被腐蚀，而且材料本身或制作时的缺陷会使得绝缘层很快老化，甚至出现短路等故障，破坏电力系统的正常运行。XLPE电缆出现故障的原因主要有以下几个方面：

（1）绝缘老化：包括化学反应引起的热老化、化学性老化，由于空隙部分产生电晕的电气老化，水分侵蚀呈现的水树枝老化等，可以通过测量电缆介质损耗角的正切值、直流漏电电流等来判断老化程度，后者一般只能停电检测，而前者可以通过在线监测方式实现。

（2）机械损伤：一般由外力造成，如在运输、挖土等过程中产生的破坏，例如，一些车辆超载导致地面振动，就会使得道路附近电缆收到破坏。

（3）过电压：电缆内部电流电压过大或电缆遭受雷击产生的过电压超出了电缆所能承受的允许值而破坏了电缆绝缘层，产生击穿现象。

（4）材料本身或工艺存在缺陷：电缆在制造过程中绝缘层上出现裂纹、褶皱或缺口等，电缆附件制造时出现强度不够、砂眼或者不符合规范等缺陷。

二、电力电缆局放带电检测

目前，局部放电检测被公认为是一种最有效的绝缘诊断方法，带电检测应用中更是如此，目前大量运行的设备缺乏有效的检测手段而导则事故频发，电力电缆尤其如此，近年来电力电缆在城市化建设中得到了大量的应用，但其绝缘状态检测缺乏有效的手段，国内外对电力电缆的局放带电检测做了大量的研究，目前已经取得了很好的成果。电力电缆中发生局部放电时，其产生的脉冲为是单极性脉冲，上升时间很短，并且脉冲宽度也很窄。脉冲从产生的位置两边传播，由于在电缆中传播时的衰减和散射，当到达测量点时，脉宽增加，幅值减小。一般情况下，在测量时能检测到比较好的脉冲波形，其保留了很多与源波形相同的特性。图1给出了一段典型的电缆局放脉冲波形。

如果上升时间和脉冲宽度在电缆局部放电脉冲的通常范围内，那么就可以把该脉冲看成是电缆局部放电。一般来说，电缆局部放电的上升时间在几十纳秒到微秒级之间，而脉宽一把小于10个微秒。脉冲的上升时间和脉宽取决于电缆端部的脉冲波形，也取决于检测电路。由于检测电路的不确定性，同样使得上升时间和脉冲宽度随之变化，例如当其包含一个大电感时，脉冲的上升时间就会迟缓，并且脉冲宽度也会变大。然而，在脉冲的起始位置，上升时间却是一个很有价值的特征量。对于利用高频电流传感器（HFCT）的带电局部放电检测，其检测电路通常有较大的带宽（>20MHz），这种简单的方法还是能得到较为满意的测量结果的。

图2所示为用于变电站XLPE电缆检测的高频电流传感器，传感器可以夹绕在接地线之上的每个线芯上，也可以将电流传感器夹绕在接地线上。

三、现场电缆局放检测

本单位采用PDS-G1500型局放检测系统对变电站进行巡检，成功发现了多个潜在的电缆放电缺陷。下面给出一个变电站现场检测电缆的实例。

在变电站巡检的过程中，我们在该变电站电缆层的接地线中发现了明显的放电信号，经时延对比测试，确定放电来自其中一根编号为3581的电力电缆。

如图3所示，为该电缆A、B、C两相同步测试时的波形。由图3可以看到，该电缆三相都能测到明显的放电脉冲，AC相信号极性相同，

幅值大小基本一致，B相信号极性与其他两相相反，信号幅值大约为其他两相的2倍，说明局放信号发生在B相电缆设备上。

如图3中还可以看出，信号的上升沿在十纳秒级，说明测试时传感器的位置离局放源不远，信号传播过程中高频信号没有损失。从信号波形看，在信号起始沿后面的波形不平滑，明显是几个波形叠加而成，最近的信号叠加在十纳秒级，说明局放源离开电缆终端很近，与电缆终端相连的设备结构有不是阻抗突变的情形导则了多次反射信号叠加在一起造成了局放信号毛刺状特征。后经停电解体维护确认局放源在电缆终端和开关柜的连接部位。

四、结束语

状态检修是设备检修的发展方向，而带电线检测又是其中的主要手段。结合PDS-G1500型局放检测系统，本文介绍了电缆局部放电在线检测方法，该方法操作简单，在实际应用中有较高的实用价值。

参考文献：

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