高压电缆局部放电检测技术分析范文

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《电力安全技术杂志》2016年第9期

摘要：

介绍了国家电网公司高压电缆竣工试验技术标准，探讨了高压电缆竣工试验过程中试验电源和供电电源的的技术要求。提出了竣工试验时应采用分布式局部放电的检测方法实施带局部放电检测的交流耐压试验技术标准，有利于发现电缆及附件中存在的微小局部放电缺陷，提高投运电缆的优良率。

关键词：

高压电缆；交流耐压；局部放电；竣工试验

0引言

高压电缆的交流耐压试验具有一定局限性，有些重大施工缺陷无法被发现。而对高压电缆进行局部放电检测是对交流耐压试验的有益补充，可以发现电缆附件中微小的局部放电缺陷。2015年2月，国家电网公司颁布了《电力电缆线路试验规程》技术标准。技术标准要求在66kV及以上电压等级的电缆线路竣工验收时，开展交流耐压试验的同时应开展局部放电(以下简称局放)检测。这一技术标准为国网下属各电力公司高压电缆线路竣工验收时提供了技术依据，可有力保障高压电缆线路投运后的安全稳定运行。

1试验电源系统的技术要求

高压电缆竣工试验时采用高压变频谐振电源给电缆线路加压。目前高压变频谐振试验系统分为2类：无局放谐振试验系统和未考虑局放检测要求的试验系统。高压变频谐振试验系统原理如图1所示。无局放谐振试验系统的电抗器及高压连接部分在设计上遵守额定电压下无局放的要求，除了变频器本身在脉冲调制过零点存在尖脉冲外，其他部件在额定电压下不产生局放背景。未考虑局放检测要求的谐振试验系统，在试验频率和很低的输出电压下就可以检测到电源系统自身的局部放电。这些放电信号主要来自于高压电抗器内部放电，在15kV下有超过5nC的放电。由于电抗器的放电是在与电缆相同频率的电压下产生，且信号极强，掩盖了电缆及附件的放电谱图，无法实现电缆线路的局放检测。因此，带局放检测的交流耐压试验的高压谐振试验系统，必须遵守电源系统自身在额定电压下无局放的设计要求，防止电源系统自身的局放信号掩盖电缆及附件的局放信号。

2试验电源供电容量和供电方式选择

试验电源可分为变压器供电和柴油发电车供电2种方式。大多数情况下，试验现场无法提供开展交流耐压试验时所需要的变压器供电电源，因此有必要配备合适的柴油发电车。供电电源的容量与试验容量和谐振系统的品质因素(Q值)相关。谐振系统的品质因素越高，对同样长度的电缆试验时，所需的供电容量就越低。变压器供电方式提供试验电源时一般采用箱式变压器。在现场电源不能满足试验要求时，一般采用柴油发电车供电。选用柴油发电车容量时需要考虑到其内部损耗，要求比变压器供电容量高出2倍左右。

3高压电缆局放信号特征分析

3.1放电量小随着高压电缆生产工艺的提高，线路中存在重大缺陷的可能性不断降低。根据近5年来国内局放检测经验，高压电缆线路中的局放缺陷一般属于微小放电级别。在220kV电缆线路竣工试验中检测到的放电缺陷，放电量只相当于几十个pC级别。

3.2高频信号传播衰减率高

高压电缆的内外半导电层对高频信号存在很强的衰减，电缆中高频信号的衰减率大于90%/km。因此，电缆线路的局放检测必须采用多点检测方法。传统的检测方法采用从电缆端头检测线路局放，这种方法不再适用于电缆线路局放检测。通过电缆接地线开展就地局放巡检和分布式局放检测正在成为电缆线路局放检测的主要方式。

3.3缺陷种类复杂

电缆局放缺陷以多种形式存在于电缆及附件中。按照缺陷位置可以分为绝缘内部缺陷、内半导电层缺陷、外半导电层缺陷、外半导电层与金属护套间的导电缺陷、接头制作缺陷等。每种缺陷在N-Q-Φ谱图上呈现出不同的特征。目前积累的典型谱图远不能满足现场缺陷智能化诊断的要求。

3.4最佳检测频率范围

根据近几年国内的检测经验，电缆线路上的最佳检测频率范围大约为1-10MHz。如果缺陷点在测点的接头绝缘表面，检测信号频率可能达到20MHz。根据电缆线路的分布式参数特点及信号的衰减规律，在竣工试验时采用分布式局放检测方法的有效性已经得到广泛验证。

4电缆线路接地系统的处理

高压电缆线路一般采用交叉互联接地方式，在进行交流耐压试验时可不用考虑交叉互联系统的影响。但开展带局放检测的交流耐压试验，尤其是开展分布式局放检测，必须考虑交叉互联接地系统对局放信号传播路径的影响。对于交叉互联箱，应拆除原有互联排，将同一相同轴电缆的金属屏蔽连接端用绝缘软线短接。短接线用螺母拧紧固定，并保证接触良好。对于直接接地箱，其空间一般较狭小，无法安装传感器，所以试验前也应拆除原有连接铜排，并用绝缘软线短接代替。

5220kV电缆线路试验实例

5.1试验电缆概况

2014年12月，某供电公司在220kV电缆线路上开展了带局放检测的交流耐压试验。220kV电缆线路采用双回路，线路长度800m。电缆全程采用单芯1600mm2铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，电缆额定电压为220kV，电容量为0.214μF/km。电缆全线采用隧道敷设，每回电缆线路有1组绝缘中间接头。GIS终端采用电压保护器接地，户外终端采用直接接地；中间接头金属屏蔽一侧直接接地(GIS侧)，一侧保护接地(户外终端侧)。

5.2试验设备的布置方案

在开展带局放检测的交流耐压试验时，在电缆线路的全范围内的户外终端、中间接头、GIS终端上安装局部放电采集单元(高频CT)，与各自检测单元相连，并用光纤将所有检测单元手拉手与位于户外终端(加压侧)的检测主机相连接。所有检测单元的操作和控制通过检测主机电脑实现。在耐压试验的同时对中间接头和终端进行局放检测。试验设备布置和连接如图2所示。同时，拆除中间接头的保护箱屏蔽罩，并用短接线将两侧电缆金属屏蔽直接短接。拆除GIS终端接地保护箱的保护罩，断开护层保护器，并用接地线在加压过程中暂时直接接地。

5.3信号采集方式

(1)局部放电信号采集方式。高频传感器(HFCT)用于局部放电信号的采集。中间接头接地箱的高频CT安装在短接线上；户外终端接地保护箱的高频CT安装在接地线上，GIS终端保护接地箱的高频CT安装在接地保护器临时短接线上。

(2)同步电压信号采集方式。同步电压信号采集器安装在电缆的本体上。采集器实际采集的是电流信号，其相位与电压相位相差固定为90°，通过局部放电检测仪器对此相位差进行校正。3台局放检测单元的信号采集使用同一个同步信号进行电压同步。

5.4试验方法及数据分析

在对电缆施加电压前，首先对线路的背景干扰进行测试。根据背景干扰信号的测试数据，对其进行频谱特性分析发现，干扰信号的频率成分基本在2.5MHz以下。因此，电源信号在3MHz左右干扰最小，故主要以3MHz±250kHz的信号谱图进行分析。通过带局放检测的交流耐压试验，试验检测到来自于电抗器的放电信号及其沿电缆各个接头传播信号。从频谱图上可以看出，试验没有检测到其他来源的局部放电信号，未检测到电缆接头及本体的局部放电。

6结束语

在执行国家电网公司《电力电缆线路试验规程》技术标准时，高压电缆带局放检测的交流耐压试验中的以下关键技术和要点应特别重视。

（1）带局放检测的交流耐压试验方法的应用将有利于提高电缆的运行可靠性。

（2）高压试验电源应采用无局放设计。使用无局放高压谐振电源可以减少对局放信号的误判，有效提高现场对电缆局放缺陷判断的准确性。

(3)根据电缆的分布式参数特征，竣工试验时应采用分布式局放检测系统，在每个接头安装一个高频CT采集单元及检测单元，通过光纤连接或采用无线网络连接来实现对整条电缆上所有检测单元的同步测量，便于现场根据信号的衰减规律对放电源进行定位。

(4)高压电缆的接地系统会影响局放信号的传播路径，在试验准备阶段应根据实际接地方式，采用铜线短接或拆断等方法进行处理，提高微小局放缺陷的可检出率。

参考文献：

1杨波，储强，肖传强．高压电缆竣工验收试验的同时增加分布式局部放电测量的分析[C]．电力电缆状态检修技术交流会，北京，2010.

作者:夏雯 肖传强 单位:国网浙江省电力公司宁波供电公司 北京兴迪仪器有限责任公司