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在電力系統(tǒng)中，判斷電纜絕緣好壞的慣用測試方法是對被測電纜絕緣施加直流高壓，檢測直流泄漏電流的大小。但是，這種方法僅能對電纜整體絕緣情況做出診斷，無法對局放部位進(jìn)行定位。更重要的是，直流耐壓試驗實際上是一種破壞性試驗，尤其對交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜，由于在去掉直流高壓之后的一段時期內(nèi)絕緣層仍舊維持著極化狀態(tài)的分子排列，特別是在因老化而生成的各種樹枝結(jié)構(gòu)內(nèi)，其分子排列更不容易恢復(fù)到施加直流高壓之前的狀態(tài)^[1]，因此經(jīng)直流耐壓試驗測試合格的電纜，在重新投入運行后很快發(fā)生絕緣擊穿事故的例子屢見不鮮。由于直流耐壓試驗具有加速XLPE電纜絕緣早期劣化及大大縮短電纜運行壽命等弊端，一些電纜使用量較大的發(fā)達(dá)國家在XLPE電力電纜的預(yù)防性試驗中相繼推出振蕩波電壓試驗、0.1Hz超低頻電壓試驗和工頻電壓試驗方法^[2]。

    2008年1月，北京電力電纜公司吸取新加坡等國家在狀態(tài)檢測方面的成功經(jīng)驗，嘗試采用振蕩波法電纜局部放電定位（OWTS）測試技術(shù)對配網(wǎng)10kV電纜進(jìn)行局部放電測試。在測試過程中，檢測發(fā)現(xiàn)數(shù)條電纜有嚴(yán)重局部放電現(xiàn)象，經(jīng)過對電纜的解剖分析證實了這些電纜存在的不同方面、不同程度的問題，通過對數(shù)百條電纜的局放檢測情況進(jìn)行總結(jié)分析，應(yīng)用振蕩波法對電纜局部放電進(jìn)行測試并定位是一個非常有效的技術(shù)，而且方法操作簡單，容易判斷。本文將闡述振蕩波法電纜局部放電定位（OWTS）測試技術(shù)的原理，并對案例做簡要介紹。

1  電纜局部放電原因及危害

    XLPE電纜在制造和接頭操作過程中，絕緣層內(nèi)部易出現(xiàn)的雜質(zhì)、微孔、半導(dǎo)電層突起和分層缺陷，以及PILC電纜由于負(fù)荷過大或缺油導(dǎo)致的絕緣材料干燥和外護(hù)套被侵蝕后引起的進(jìn)水，均會引起局部放電的發(fā)生。

    長期的實踐證明，局部放電是造成電力電纜絕緣破壞的主要原因。首先，在局部放電的過程中，電離出來的電子、正負(fù)離子在電場力的作用下具有較大的能量，當(dāng)它們撞到絕緣內(nèi)空氣隙的絕緣壁時，足以打斷絕緣材料高分子的化學(xué)鍵，產(chǎn)生裂解。其次，在放電點上，介質(zhì)發(fā)熱可達(dá)到很高的溫度，使得絕緣材料在放電點被燒焦或熔化溫度升高還會產(chǎn)生熱裂解或促使氧化裂解同時溫度升高會增大介質(zhì)的電導(dǎo)和損耗，由此產(chǎn)生惡性循環(huán)，導(dǎo)致絕緣體破壞。第三，在局部放電過程中會產(chǎn)生許多活性生成物，這些生成物會腐蝕絕緣體，使得介質(zhì)性能劣化。第四，局部放電有可能產(chǎn)生X射線和Y射線，這兩種射線具有較高的能量，能夠促使高分子裂解。除此之外，連續(xù)爆破性的放電以及放電產(chǎn)生的高壓氣體都會使絕緣體產(chǎn)生微裂，從而發(fā)展成電樹枝^[1]。局部放電起始時只跨越絕緣間的一部分，但會不斷地破壞絕緣材料,最終導(dǎo)致絕緣擊穿。電力電纜局部放電量與電力電纜絕緣狀況密切相關(guān)，局部放電量的變化預(yù)示著電纜絕緣一定存在著可能危及電纜安全運行的缺陷。

2  OWTS系統(tǒng)原理

    OWTS系統(tǒng)的高壓發(fā)生和測試原理電路如圖1所示。直流電源首先在被測電纜端加壓至預(yù)設(shè)值，之后閉合IGBT高壓開關(guān)，通過設(shè)備電感與被測電纜電容發(fā)生諧振，在被測電纜端產(chǎn)生阻尼振蕩電壓，因為試驗時采用固定電感和電纜諧振產(chǎn)生正弦振蕩波進(jìn)行加壓，其波形及頻率接近工頻，且電壓持續(xù)時間小于100ms，不會對電纜產(chǎn)生損傷。

圖1 OWTS系統(tǒng)原理電路圖

    系統(tǒng)采用脈沖反射法進(jìn)行局部放電定位，原理示意如圖2所示。測試一條長度為的電纜，假設(shè)在距測試端處發(fā)生局部放電，脈沖沿電纜向兩個相反方向傳播，其中一個脈沖經(jīng)過時間t₁到達(dá)測試端；另一個脈沖向測試對端傳播，在電纜末端發(fā)生反射，之后再向測試端傳播，經(jīng)過時間t₂到達(dá)測試端。根據(jù)兩個脈沖到達(dá)測試端的時間差，可計算局部放電發(fā)生位置，即:

式中， 為電纜中的波速。

圖2 脈沖反射法原理示意圖

    脈沖反射法在10kV電纜找故障中被廣泛采用，所以這種方法很容易被電纜檢修專業(yè)操作人員掌握，非常方便現(xiàn)場推廣使用。

3 局放測試實例

3.1 案例1

       某型號為YJV22-3×150mm²，長度為667米的10kV電纜。利用OWTS系統(tǒng)對其進(jìn)行局放測試，發(fā)現(xiàn)A、B、C三相距測試端180m處存在疑似局放（竣工資料顯示180m附近有一只電纜接頭），最大局放量分別為240pC、300pC、390pC，系統(tǒng)顯示局放點定位如圖3所示。

圖3局放點定位圖                            圖4 解剖圖片

     將懷疑有局部放電的電纜接頭取下，由北京市電力試驗研究院在試驗室進(jìn)行交流流耐壓試驗同時測量局部放電，在15kV下，三相電纜局放情況分別為224pC、290pC、電纜擊穿，與OWTS系統(tǒng)的測試結(jié)論基本相符。后經(jīng)解體檢驗分析，確認(rèn)此接頭確實存在電纜附件質(zhì)量問題（冷縮頭的外半導(dǎo)電薄，硅脂干枯，如圖4所示）。電纜接頭經(jīng)處缺后，再次進(jìn)行局放測試，A、B、C三相均未檢測到明顯局放。

3.2 案例2

      某電纜長度為1738米，型號為YJV22-3×240mm2，投運日期為2007年12月的10kV電纜，測試發(fā)現(xiàn)A、C兩相距測試端975m處存在疑似局放，B相距測試端590m處存在疑似局放（竣工資料顯示590m 、975m附近有電纜接頭），A、B、C三相最大局放量分別為6662pC、7359pC、1651pC，局放點定位如圖5所示。

   圖5 局放點定位圖                                  圖6 解剖圖片

       根據(jù)北京市電力試驗研究院的解體分析報告，該局放現(xiàn)象系電纜接頭錯誤工藝引起，具體為接頭壓接管外包繞PVC絕緣膠帶，造成應(yīng)力錐內(nèi)屏蔽與壓接管電隔離，使應(yīng)力錐內(nèi)屏蔽形成懸浮電位，從而產(chǎn)生局放現(xiàn)象，如圖6所示。電纜接頭經(jīng)處缺后，再次進(jìn)行局放測試，A、B、C三相均未檢測到明顯局放。

4 結(jié)論

1)  振蕩波法電纜局部放電定位系統(tǒng)（OWTS）的使用方便快捷，適合現(xiàn)場使用，能夠有效排出現(xiàn)場雜散信號的干擾，準(zhǔn)確反應(yīng)局放信號。

2)  采用固定電感和電纜諧振產(chǎn)生正弦振蕩波進(jìn)行加壓，其波形及頻率接近工頻，且電壓持續(xù)時間小于100ms，不會損傷電纜。

3)  根據(jù)局放點信息數(shù)據(jù)，能夠確定各相電纜的局放起始電壓（PDIV）和最大局放量（PDMax），并記錄在報告中，以便建立線路檔案，日后能快速、準(zhǔn)確的了解該電纜的運行狀況。

4)  實踐證明，振蕩波法電纜局部放電定位（OWTS）測試設(shè)備對電纜的本體、附件質(zhì)量、接頭工藝等均有良好的檢測效果。

    北京市電力公司在應(yīng)用振蕩波法電纜局部放電定位系統(tǒng)（OWTS）的幾個月中，成功為北京市10kV電纜網(wǎng)排除了數(shù)十起隱患。而且通過該狀態(tài)監(jiān)測手段，有效預(yù)防非計劃停電事故，提高電纜網(wǎng)的運行可靠性，同時能及時、準(zhǔn)確地掌握電力電纜絕緣的健康水平，建立電纜線路的健康檔案，為后續(xù)的電纜網(wǎng)運行管理提供可靠依據(jù)。

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