振荡波测试系统在电缆局放测试定位中的典型案例分析

电缆 局部放电

2008年12月第9卷第12期

电　力　设　备　ElectricalEquipment

Dec12008Vol.9No.12

　31

振荡波测试系统在电缆局放测试

定位中的典型案例分析

张　皓,唐嘉婷,张立志,张彦辉,李　譞,吴　彤,赵　宇

(北京市电力公司电缆公司,北京市100027)

摘　要:简单介绍了电缆局部放电的原因和危害,以及振荡波测试系统的工作原理。以某路电缆为例,重点介绍了振荡波电缆局部放电(OWTS)定位测试中的现场应用,总结了OWTS测试、分析中的经验和技巧。关键词:电缆;局部放电;振荡波中图分类号:TM855;TM72614

0　引言

在电力系统中,判断电缆绝缘好坏的惯用测试方法是对被测电缆绝缘施加直流高压,检测直流泄漏电流的大小。但是,这种方法仅能对电缆整体绝缘情况做出诊断,无法对电缆局部进行测试和缺陷定位。更重要的是,直流耐压试验实际上是一种破坏性试验,尤其对交联聚乙烯(XLPE)电缆,在研究去掉直流高压之后的一段时期内,绝缘层的分子排列仍旧维持着极化状态的分子排列,特别是在因老化而生成的各种树枝结构内,其分子排列更不容易恢复到施加直流高压之前的状态

[1]

离出来的电子、正负离子在电场力的作用下具有较大的能量,当它们撞到绝缘内空气隙的绝缘壁时,足以打断绝缘材料高分子的化学键,从而产生裂解。其次,在放电点上,介质发热可达到很高的温度,甚至使得绝缘材料在放电点时被烧焦或熔化,温度升高还会产生热裂解或促使氧化裂解,同时温度升高还会增大介质的电导和损耗,因此产生恶性循环,导致绝缘体破坏。第三,在局部放电过程中会产生许多活性生成物,腐蚀绝缘体,使得介质性能劣化。第四,局部放电有可能产生具有较高能量的X射线和Y射线,促使高分子裂解。除此之外,连续爆破性的放电以及放电产生的高压气体都会使绝缘体产生微裂,从而发展成电树枝[1]。局部放电起始时只跨越绝缘间的一部分,但会不断地破坏绝缘材料,最终导致绝缘被击穿。

电力电缆局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关,局部放电量的变化预示着电缆绝缘存在着可能危及电缆安全运行的缺陷。因此,国内外许多专家、学者及一些国际电力权威机构一致推荐局部放电试验为评价电力电缆绝缘状况的最佳方法,并作为及时发现电缆故障隐患、预测电缆运行寿命、保障电缆安全可靠运行的重要手段。

,经直流耐压试验测试合格的电缆,

在重新投入运行后很快发生绝缘击穿事故的例子屡见不鲜。由于直流耐压试验存在加速XLPE电缆绝缘早期劣化以及大大缩短电缆运行寿命等弊端,一些电缆使用量较大的发达国家在XLPE电力电缆的预防性试验中相继推出了振荡波电压试验、011Hz超低频电压试验和工频电压试验方法

[2]

。

2008年1月,北京市电力公司电缆公司尝试采用

振荡波法电缆局部放电定位(OWTS)测试技术对

10kV电缆进行了局部放电测试。在测试过程中发现

某路电缆出现明显的局放现象发生,本文将详细阐述该电缆故障处前后局放测试结果,分析局放原因,并对OWTS测试、分析中的经验和技巧加以总结。

2　OWTS系统原理

图1为OWTS系统的高压发生和测试原理电路。直流电源首先对电容充电,之后闭合IGBT高压开关,通过设备电感与被测电缆电容发生谐振,在被测电缆

端产生阻尼振荡电压。

1　电缆局部放电的原因及危害

XLPE电缆在制造和接头操作过程中,绝缘层内

部易进入杂质,出现微孔、半导电层突起和分层缺陷,以及油纸绝缘(PILC)电缆由于负荷过大或缺油而导致绝缘材料干燥,外护套被侵蚀后引起进水。这些均会引起发生局部放电。

长期的实践证明,局部放电是造成电力电缆绝缘被破坏的主要原因。首先,在局部放电的过程中,电

图2为OWTS系统采用的脉冲反射法进行局部放电定位原理示意图。测试一条长度为l的电缆,假设在距测试端x处发生局部放电,脉冲沿电缆向两个

)相反方向传播,其中一个脉冲(本文中称为“入射波”

经过时间t1到达测试端;另一个脉冲(本文中称为“反射波”)向测试端对端传播,并在对端反射后再向测试

电缆 局部放电

32　电　力　设　备第9卷第12

期

图1　OWTS

系统原理电路图

图2　脉冲反射法原理示意图

端传播,经过时间t2到达测试端。根据2个脉冲到达测试端的时间差Δt,可计算局部放电发生的位置,即

tx1=v

(1)t(l-x)+l

2=

v

(2)x=l-1

2

v(t1

2-t1)l-2

vΔt(3)

式中,v为脉冲在电缆中传播的波速。

3　实例分析

以某路电缆线路为例,说明OWTS系统在现场中的应用情况。被测电缆基本信息如下:①电缆长度为

1738m;②电缆型号为YJV22-3×240mm2;③投运

时间是2007年;④加压步骤为0,015×U0,017×U0,

019×U0,110×U0(3次),112×U0,113×U0,115×U0(3次),117×U0(3次),(210×U0),110×U0,0。其

中,U0为电缆额定电压。311　数据分析方法

(1)若从信号波形中可明显地分辨出一对“入射

波”与“反射波”,则可初步判断该信号为局部放电信号,如图3

所示。

图3　一对“入射波”与“反射波”

(2)若在局放点定位图上有集中的“点集合”,则

可初步判断该位置发生有局部放电现象,如图4所示。此外,在测试波形图中若有簇状的“线集合”,则可怀疑该被测电缆发生局部放电,在数据分析时应加以留意,如图5所示。但是,如果波形图中的簇状“线集合”为有规律出现,例如其出现频率为2倍工频,则这些簇状“线集合”可能是由电力系统设备中诸如晶闸管二级管等电力电子元器件所引起,不要将其误认

为是局部放电信号,如图6

所示。

图4　人工分析的局放点定位图中的“点集合

”

图5　测试波形图中的簇状“线集合

”

图6　晶闸管等元器件引起的波形图

(3)数据分析中,软件提供了自动分析的功能,但

电缆 局部放电

新成果与技术应用张　皓等:振荡波测试系统在电缆局放测试定位中的典型案例分析　33

其结果往往存在较大误差。针对同一组数据,人工分析和软件自动分析得到的结果不同,如图4和图7所示。因此,数据分析需由具有大量测试经验和分析技巧的工作人员进行分析,以保证数据分析的准确性

。

图7　软件自动分析的局放点定位图

312　测试结果

31211　初测

在电缆一端(记为a端)进行局放测试,经人工分析发现,A、C两相距a端775m处存在明显局放,局放点定位图如图8所示,测试结果列于表1

。

图8　初测局放点定位图表1　局部放电点初测结果

局放点距

局放起始

PDmax(117×测试端距离

相位

PDIVPDmax(PDIV)U0时)A

117×U0

5835pC

5835pC

775m

B未控测到未检测到

未控测到明显局放

明显局放

明显局放

C

110×U0

2712PC

3235PC

31212　对端复测

在该电缆对端(记为b端)进行复测,确认初次测试结果,并且检测时还发现B相距b端590m处存在局放现象,其局放点定位如图9所示,测试结果列于表2。出现此现象的原因是初测时,所加最高电压为

117×U0,复测时考虑到所测电缆为新投运电缆,故将

最高电压提高至210×U0,新发现的局放点起始局放电压PDIV为117×U0,因而初测时此处局放点集中现象不明显;此外,新发现的局放点距此次测试端b端

590m,即距初测测试端a端1150m,初测时局放位置

距测试端较远,由于波沿着电缆传播时有衰减,故初

测时局放现象不明显。

图9　复测局放点定位图表2　对端复测结果

局放点距

局放起始

测试端相位

PDmax(210×距离/m

PDIV

PDmax(PDIV)

U0时)A

115×U0

5705pC

6662pC

975

B未检测到未检测到

未检测到明显局放

明显局放

明显局放

C110×U0

1287

1651

A

未检测到未检测到

未检测到明显局放

明显局放

明显局放

590

B117×U0

6836

7359

C

未检测到未检测到未检测到明显局放明显局放明显局放

31213　处缺后再次测试

电缆经处缺后,再次进行局放测试,A、B、C三相

均未检测到明显局放,局放点定位图如图10

所示。

图10　处缺后再次测量局放点定位图

313　问题接头解剖

由北京电力试验研究院主持对引起局放电缆接头进行解剖,基本情况如下:

(1)电缆附件:预制冷缩型产品。

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(2)解剖时发现:电缆内护套轻薄(112mm),有

第9卷第12期

(5)铜屏蔽有破损,造成各相外屏蔽有破损点,属嵌入式损坏,损坏程度应进一步分析。

泥渍;钢带有锈蚀;一侧铜屏蔽有褶皱、破损。

(3)施工工艺方面发现的问题:

1)附件压接管压接密实,每侧3模,打磨较光滑。

4　结论

(1)对于新投运的电缆,可以将电压最高加到210倍额定电压,有利于将隐患在第一时间排查清楚,

但压钳压模使用较小,造成压接处飞边较宽,高2mm,宽2mm。

2)接管外包绕2层PVC绝缘胶带,其中两相为

防患于未然。

(2)对电缆加高压后,若出现局放,加压至最高预

绿色,一相为红色。造成接管处应力锥内屏蔽与接管处高电位产生隔离,应力锥内屏蔽形成悬浮电位。

3)电缆屏蔽口处理圆整,绝缘经过打磨,但其中一

设值后应逐渐降压,尤其是110倍额定电压时的局放情况,以确保经局放测试后电缆的绝缘性能不被劣化。

(3)数据分析和测试操作应由同一个人或了解测

相(铜屏蔽有破损侧)绝缘圆整度差,距应力锥口

155mm处外屏蔽有损伤,损伤程度有待于进一步分析。

4)应力锥收缩尺寸均衡、居中,因其结构原因,应

试现场情况的有经验人员完成,这样有利于综合考虑电缆的情况和测试现场的环境影响,以排除干扰因素。

(4)局部放电通常具有以下4个特征,也是判断

力锥外屏蔽与两接口内屏蔽(应力锥口)电气连接已断开。工艺要求用半导电带缠绕各宽20mm。施工中,有两相应力锥口两侧半导电带只绕包在屏蔽口,而用绝缘放水带对接口处进行密封处理,另一相应力锥口单侧半导电带只绕包在屏蔽口,而用绝缘放水带对接口处进行密封处理,另一侧按照工艺恢复了内、外屏蔽。从而导致应力锥外电极与电缆外屏蔽电气上断开。

5)电缆接头中心向后015m距离内,电缆未保持

电缆局部放电的“四要素”:①放电量与放电频率随电压的升高而升高。②放电信号波形可明显分辨出“入射波”与“反射波”。③波形图有代表局放的簇状“线集合”,定位图上有集中的“点集合”。④局放相位具有典型的“180°”原则,即在振荡电压第一、三象限处有对称分布的局放点集合。

(5)PDIV在测试过程中不能准确地获取,因此

成一条直线。

6)恢复铜屏蔽连接时,铜网两侧未分别固定,而

在数据分析结束后,根据局放点信息确定各相的

PDIV,并记录在报告中,以便日后查询时能快速、准确

是将三相共同固定,固定不规范。

7)恢复接头填充时,应包绕PVC带(透明),施工

地了解该线路的局放情况。

中包绕的是绝缘防水带接头,填充有错误。

8)恢复外护套时,工艺要求包绕绝缘放水带2

5　参考文献

[1]　顾媛媛.电力电缆局部放电信号理论及处理研究[D].广东工

层,施工中在2层放水带中间搭接包绕了1层PVC,破坏了接头的整体防水性。314　局放产生原因分析

经接头解剖后,分析局放可能由如下几个原因诱发:

(1)接管外包PVC带,使应力锥内屏蔽产生悬浮

业大学,2007:11216.

[2]　罗俊华,马翠姣,邱毓昌,等.35kV及以下XLPE电力电缆试验

方法的研究[J].电网技术,2000,24(12):58261.

电位,形成不稳定因素,易产生局放。

(2)施工中硅脂凝结成晶体,分布在接管、绝缘、

收稿日期:2008207216作者简介:

张　皓(19832),女,硕士,助理工程师,主要从事电缆状态监测工作;

唐嘉婷(19792),女,硕士,助理工程师,主要从事电缆状态监测工作。

(责任编辑　赵　杨)

应力锥内屏蔽间。

(3)应力锥内接管与两侧绝缘段弯曲,影响应力

锥抱紧度,易产生局放。

(4)应力锥结构内部是否有缺陷,有待于进一步

分析。

TypicalCaseAnalysisofOscillatingWaveTestSysteminCablePartial

DischargeTestandLocalizationinPowerCable

ZHANGHao,TANGJia2ting,ZHANGLi2zhi,ZHANGYan2hui,LIXuan,WuTong,ZhaoYu

(PowerCableOperationCompanyofBeijingElectric,Beijing100027,China)

Abstract:Thepaperintroducedthecauseandharmofpartialdischargeinpowercable,andprincipleofOscillatingWaveTestSystem,thentakesexampleforonepieceofcable,speciallyintroducedon2siteapplicationofOscillatingWaveTestSysteminpartial

z

,

z

x

yz

OWTS

Keywords:powercable;partialdischarge;oscillatingwave

1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4va1.html