电缆局放试验的特点和要求

电缆局放试验的特点和要求

一、 电缆局放试验的特点（与其它高压输变电设备产品相比） （1） 试品电容量大。整盘电缆的出厂试验电容量更可观。

例如：变压器，套管，绝缘子等大都是nF级电容，高压电容器有uF级的电容，但属集中参数。

电缆：35kV，630mm2 5km 1.4μF/5km 110kV，1600mm2 10km 2.85μF/10km 220kV，2000mm2 10km 2.25μF/10km 500kV，2500mm2 10km 2.04μF/10km

试品电容大，导致：1.高压试验容量巨大，普通试验变压必须改为采用串联谐振电抗；2.局放检测灵敏度降低。（图1）

（2） 电缆试品占空间大

以110kV电缆为例，电缆螺旋状卷绕在外缘直径5米的大铁盘上。试验时带2个水终端长达约3米。500kV电缆水终端长达6米多。电缆卷绕后如螺旋卷天线，试品展开空间又大，都是易受空间电磁场感应影响的因素。这样对屏蔽室要求高。

（3） 电缆的等效电路是电容分布参数电路

分布参数试品在进行脉冲电流的检测中有高频脉冲的传播，反射，叠加等传输特性反映到显示器上，影响检测结果。

应用电缆上局放脉冲的传播特性来进行局放故障定位。（图2）

（4） 交联聚乙烯是优质绝缘材料。

用于500kV级的交联乙烯电缆最大工作场强可达3.1kV/mm(35kV电缆)：5.3kV/mm，（110kV电缆）：10.1kV/mm，（220kV电缆）：13.5kV/mm，（500kV电缆但它又易受局部放电作用的发生劣化。

这样电缆局放试验标准的允许放电量要求比其它设备或其它品种绝缘低好多，所以要求试验灵敏度高，即背景噪声水平小。

这样将全面要求：屏蔽室，接地，电源，设备性能都精确优良。

目前，国外正在开发800kV/1000kV级XLPE电缆的应用，这就需要更高参数，极低背景噪声水平的局放屏蔽试验系统。

总之：在技术上，高压交联电缆的局放检测，公认是各种试品局放试验中要求最高的。

二、 电缆局放试验设备的要求 （1） 串联谐振电抗器（图3）

电缆局放试验用可调高压串联谐振电抗器代替普通变压器，试验时供电抗（L）调到与试品电缆电容（C）谐振。从而电抗与电缆的无功功率相互补偿（抵消），电源网络只需承担电抗器，电缆和回路有功损耗部分（R=RLR+RCR+R1） 该损耗功率为电抗器输出功率的1/Q倍 对交联电缆，Q=40-80

因而，达到了节能，节约投资，缩小设备体积。当然，该串联谐振设备应在额定工作电压下无局放（例为<2PC）

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(2)电源采用独立变压器（图4、5）

这里要求电源用独立的380V供电，该电源变压器结构初次级绕组有屏蔽隔离措施，这样即便初级绕组中已带有干扰杂波，也可通过屏蔽隔离，加以减弱。若该独立变压器采用10kV/380V甚至35kV/380V，则对我们试验系统更有益。因为在电气网络中，干扰信号一般产生于负载（设备，如带可控硅），它直接污染380V网络。而要感应到初级10kV一侧只能通过初次级绕组之间的电容耦合，而该耦合是杂散电容，很小，阻抗1/ωc很大，耦合很低。所以电网电压越高，其中含有的杂波小。

有时，在开始设置试验系统时，把要求“独立供电电源”被理解成从工厂配电所总变次级母线上抽一个路电柜即可，这样达不到要求的，因为有母线排连通所有的次级负载。

有时，有现成的三相10kV/380V变压器可用。把其中二相空起来，只用其中一相。这种方案有一个缺陷，就是中性线上会有干扰杂波。所以理想方案是采用独用的10kV/380V单相结构屏蔽隔离变压器。

我们为国外主要的二家公司（Haefely/Hipotronics，High Volt）局放系统配套过许多屏蔽室工程，其中就有处理电源方案问题。Haefely技术文件中明确要求独立变压器供电。High Volt则不提要求，即可有可无。在技术交流中称，High Volt 采用了高质量的电源滤波器，故可免去这一特别要求。实际上，他们的滤波器，性能是比较好，但在局放低频带的衰减水平设计值仅~50dB。而且凡进口High Volt的110kV~500kV电缆试验设备的用户，对电源网络都比较重视，规划了单独线路。有的公司，为了确保试验系统正常运行，在电源设置中照样配备了独立高压供电，所以High Volt设备不用独立变压器能否适应中国电网尚有待考证。 （3）屏蔽室工程

上面提到，电缆试品螺旋卷状体积大，易接收空间电磁波，电容大灵敏度低以及要求检测的允许放电量很小造成要求屏蔽室高质量高水平。从工作原理上看，屏蔽室的效能，又直接同电源接地，绝缘隔离等（与周围有杂散电流的工业区地下表面层（3~5m））直接有关。所以一般认为一个理想的优质局放试验系统应该由5个要素共同保证：独立变压器供电，单点深接地，屏蔽室（六面体），地下绝缘隔离和高压串联谐振局放/定位试验设备系统。而前面四个要素就是屏蔽室工程的主要内容。

1. 屏蔽室：根据屏蔽室的功用有不同品种，通迅用的铜网结构电屏蔽室，

医用的电磁屏蔽室，工业用的电磁屏蔽室还有日益广泛供用的电磁屏蔽/消声两用的屏蔽室。局放屏蔽室属工业用一类，因为针对局部放电的信号频带，要对15千赫——500千赫（或1兆赫）频带屏蔽，它包含了电场，磁场，必须要铁磁物质制作。当外界电磁波传递到屏蔽室时，会感生表面电流，该表面电流产生的反向电磁场阻止了外界场的侵入。这样理想化的局放屏蔽室会是一个严密的封闭铁板六面体.但为实用必然有门、窗、缝道、通风孔等。如果缝道有油污，锈，灰尘就要减弱表面电流，即减弱反向场，降低屏蔽效果。所以国外根据八十多年设计制造历史经验，并得到IEC、IEEE、MIL认同的工业用规模结构屏蔽室有三种：（a）8mm钢板折边成法兰状，用螺栓紧固现场装配而成。（b）21mm密度板两面覆上0.5mm镀锌钢板形成厚实夹心板，相邻两板用特制嵌条，螺栓紧固装配而成。（c）2mm左右厚镀锌钢板现场焊接制作（无嵌条和

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缝隙）。最后还认为焊接型最质优，稳固可靠。门缝要以特制弹簧片构成可开闭式。通风口的单元孔尺寸要以λ/4为限度（λ为电磁波波长）。 屏蔽室内照明应采用白炽灯而不能用荧光灯且线路带滤波，碰到过有单位这二点都不满足，结果一盏日光灯造成干扰影响了试验。 2. 接地

由于变电所的接地电阻为4Ω，所以局放试验系统的工作接地应更小，一般有2Ω，1Ω的提法。但作为高频检测的工作接地有如“下水道”，是信号畅通，排除干扰杂波的必要通道，它越低越好。所以在安装时，一般掌握<1Ω，而且越低越好。在地下水位高和土壤电阻系数不太差时，还可达0.5Ω以下。由于工业区有地表层的杂散干扰电流或游离电位的金属体，所以接地棒要深接地，穿过地表层时套上绝缘管（3~5米）。因为地下有电磁场，接地棒以单根接地最佳，（若多根接地会展开地下接收杂波），若一根接地棒不足以达到<1Ω值，可以设第二根相同的接地棒。2根并联后的电阻不等于1/2。 1根：R1=

?2?L(ln4La?1)

?4?SL282根： R2=

?4?L(ln4La?1)?(1?3S?2L5S44) （R2≈0.72R1）

接地棒的材料推荐用黄铜，紫铜（棒、管），铜包钢。

除接地棒外，局放试验系统还有很多设备的保护和工作接地线。必须注意的原则是接地要星形不能环形。选用接地线材料优劣次序：厚度0.5mm以下的铜箔带——铜丝编织带——软电缆芯。截面根据不同电压等级和试验容量决定。此外以上所述接地电阻是直流电阻值。实际测试中是高频接地阻抗，应考虑电感L的作用（阻抗Z=R+wL）。所以接地棒应紧靠励磁变/电抗器。遇到接地棒必须打到建筑物外或试验室在楼上的情况，接地引线长，必须要考虑L的影响。

3. 电源用独立屏蔽隔离变压器（见前所述） 4. 地下绝缘隔离层（图6）

为了使屏蔽室和试验设备系统包括单独的工作接地，完全同周围可能有的杂散电流场隔开，试验系统地下设置有绝缘隔离（比一般接地电阻以1000Ω之数量级之差，保持隔离）。

我们碰到许多工厂制作绝缘层时，塑料板材质不佳或焊接不良达不到高阻要求。或在上面浇筑水泥层时振坏焊缝等造成该绝缘层完全失效。 三、 对试验人员的要求 （1） 基本应知

○高电压技术、电缆、局放测试知识

○局放测试设备的基本工作原理和使用方法，安全知识

○试验标准知识（试验方法标准，电缆产品标准电气性能要求） ○其它

（2） 标准

1、 试验方法标准：

屏蔽室性能 IEEE 299、 MIL 285、GB-T 12190-2006

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2、 高压局放试验方法标准

IEC 60060、 60270、 60885、 ICEA T-24-38 3、 电缆产品标准（电气试验部份） IEC-----60502 (1-30kV)1997

60840 （30-150kV）1999

62067(150-500kV)1999 GB/T 12076 35kV及以下电缆 GB/T-11017 110kV电缆 GB/z 18890 220kV电缆 4、 说明：（图7）A.电缆局放试验方法标准中，有一个校正脉冲注入接线图。

校正注入可以放到不同位置（按近端、远端注入；近端、远端护套接地）有4种方式，IEC 60885中规定的校正试验接线应该是近端注入，近端接地，大家现在可能都这样接。我们曾发动广大电缆厂朋友做对比验证试验，结果发现，当电缆长度到3公里长度都是校正在近端注入，近端接地时响应指示值比其他3种响音低，从而电缆试验时所用放大器增益也比其他情况大，结果测得电缆局放量是偏高值，是偏安全的，所以正确。 不同位置对比见下表： 序 号 校正注入位置 接地位置 显示值 备 注 1 电缆近端 近端 最低 正确 2 远端 远端 较高 3 近端 远端 较高 4 远端 近端 较高 但在IEC 60885公布前有ICEA T-24-380 1980（美国绝缘电缆工程师协会）局放试验导则中提到，当电缆长度超过100英尺时，校正方法应在远端注入，信号在电缆上的衰减会造成响应指示值偏低值。我们分析实际上，（图8）脉冲波是双向传播的，若校正在近端，第一个校正波与第二个延迟的波有一点时延，迭加后最高点如图所示。若校正在远端，则第一、第二个略有衰减的波形同时到达迭加，这将远比有时延的波迭加时响应值高。

由于事后收到IEC60885（1987、88）近端注入的接线图，感到认识得到了IEC共识。近端注入时延引起的迭加比远端注入衰减引起的迭加响应结果更低。认识会不会发展呢？80年代，当时还没有大长度电缆。

试验验证数据只到≈3km。现在特大长度交联电缆特别是海底电缆应用已有可能不妨在3km以上电缆上验证校正方法会不会出现近端改变到远端或第3、4种交叉方式？这里呼吁参加培训班的同学们，有兴趣您不妨找机会求证一下。若有新发现可向IEC反映。

B． IEC 60885文件是电缆，特别大长度电缆，局部放电测试技术讨论相当详细的一个文件，它的第三部分虽然不以强制性条文列出，但讨论到电缆上行波特性，如衰减、迭加、响应、线性度等等很深入。

C． 从中可以看到电缆产品高压和局放试验的要求有一个发展演变。由于我国交联电缆产品国家标准（GB）是“等效”采用IEC标准，所以可先直接根据IEC作对比：

1-30KV XLPE电缆 IEC 60502 3.5U0 高压试验，1.73U0局放<10pC （1997）

30-150KV XLPE电缆 IEC60840 2.5 U0高压试验，1.5U0<5pC

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(1999) 150-500KV XLPE电缆 IEC 62067 2.0U0 1小时高压试验 1.5U0，无10pC

（1999） 或更小的放电可检出

对比GB国家标准：

35kV及以下XLPE电缆 GB/T 12706 3.5U0 高压试验，1.73U0,<10pC (2002)

110kV XLPE电缆 GB/T11017 2.5U0高压试验，1.5U0<5pC (2002)

220KV XLPE电缆 GB/z 18890 2.5U0 高压试验，1.5Uo无10pC 或更小的放电

(2002) 可检出

其中有几点可以讨论：

△ 随着材料和制造工艺的改进提高，交联电缆质量可靠性也提高了，相应试验标准提高，IEC60502 1-30kV等级，耐压提到3.5U0，我国35kV电缆应该靠在30-150kV一档，但由于历史上指导思想要从严考核的原则，耐压靠3.5U0一档。

△ 同样的原因，局部放电试验的考核指标在150kV---500kV一档改为无10pC或更小放电量检出。有人说，局放要求变了，要求“无局放了”等等，这是不正确的。应该说对超高压电缆局放试验的背景水平放松了一点。就是原来背景2.5pC才能读出5pC，或2.5pC以下背景才能读出 <5pC。现在背景5.0pC也能读出有无10pC放电，当然<5.0pC的背景能读出有无10pC或更小的放电了。实际情况是超高压电缆出厂试验的低背景比较难达到。这是更改的主要原因。

△ 电缆电压等级达到400kV以上，工频耐压改为2.0U0、1小时，原因是当电缆额定使用电压达到400kV以上时，线芯表面的最大工作场强不能超过门槛、危险值32-35kV/mm， 所以把试验电压降到2U0，但根据威布尔寿命可靠性理论，须延场试验时间至1小时。

5、35kV电缆用120kV/1200kVA串联谐振试验系统规范的来由：这一规范的电抗器是由我公司第一个开发的。当时参加讨论电缆入电网的规范。参考了IEC 26/35kV电缆为3.5U0=91kV，型式试验4U0=104kV,附件试验4.5U0=117kV，这样取了120kV便于做多项试验。 （3）正确接线

1、主回路连接线

试验设备主回路设备连接用规定截面的低压电缆，外面要套屏蔽钢管（注

意该钢管只能一端与设备连，另一端脱空或经绝缘间断后再与另一设备外壳连接，以防形成回路）。（图9）

2、安全保护回路也按星型连接原理，同时在DSIT通过接地线连到变电所。见总连接图：（图10，11） 3、高电压连接

从电抗器输出——高压滤波器——分压器——校正注入电容——试品应用光洁无电晕放电的金属硬/软管连接，接头结构也光滑无电晕。

不同电压等级的金属管外径：50kV(13mm),100 kV(25mm),200kV(50mm),300kV(75mm)，400kV(150mm),500kV(200mm)。 4、测控连接

按专用接线对应连接，外面应有屏蔽穿管，绝对保持接头连接可靠。

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（4）在熟读说明书的基础上循序做试品局放试验例如：（图12）

其中：高压合闸前后读PD以及局放测量或耐压试验中读起始放电波形。这有助于分析放电起因。

（5）识放电图谱，做工作日志。 四、其它

（1）大长度海底电缆的试验

大长度海底电缆（例如华南电网有穿越琼州海峡的500 kV 34.5公里长海底电缆，加拿大跨岛连接线500 kV~30公里长交联电缆??）如何做交联耐压试验和局放试验？

1. 一个办法是把串联谐振改成调频发生器（1000kW以上，45-65Hz，Q=40时，高压输出可达40MVA） 2. 供方同用户协商解决：

取短样按IEC60840或IEC62067进行耐压和局放试验。

（2）采用新型抗干扰局放测量装置，解决干扰问题，使现场局放检测成为可能。美国正在开发改变检测频道避开15-500KHz这一频道，延到10MHz以上，避开工业、无线电干扰问题。

（3）局放检测结果不统一，特别是电缆试验结果差异大，无通用可比性。主要原因：我国电缆行业局放检测的硬件设施参差不齐，有正规从国外进口的，也有山寨版产品等等（曾发现检测仪的校正方波发生器同放大回路无屏蔽隔离措施，置于同一单元中，结果校正方波电压耦合到放大器。所以灵敏度始终不降低，产品易及格通过。也发现即使正规产品但使用人员经常更换，出现使用不当的情况）。另一关键是要解决测试结果准确，通用、可比。这应通过检定，比对，传递才能逐步实现。电缆所，国家检测中心作了大量工作，将70米电缆检验灵敏度的条文，订入检定规程等等。以后还应实现比对，传递。希望同行们发挥积极性，使自己的数据也有权威性。比较容易办的事是多开展“比对”，将我公司的检测校正，计量表计到不同公司加以比对，从中分析误差原因或可信度问题。

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