随着城市化的发展, 城市配电网中压电缆数量越来越多, 其运行可靠性直接影响到用户的供电可靠性。因此及时发现电缆的绝缘缺陷, 例如局部放电, 对于保障用户供电可靠性有着重要意义。振荡波 (OWTS) 局放检测对发现中压电缆局部放电有一定的优势, 能发现电缆中的局部放电的同时, 还可以对缺陷位置进行定位, 且振荡波电压与交流电压有一定的等效性, 在进行振荡波检测的同时, 也相当于对电缆进行了一次交流耐压试验。本文通过一起电缆局放典型案例的检测和分析过程, 探讨电缆长度对振荡波局放检测灵敏度的影响。
系统振荡波电压的产生是通过对试品电缆施加直流电压, 充电至设定电压后合上切换开关, 令被试电缆的对地电容与检测系统的电感等构成回路, 电缆上将产生阻尼衰减的振荡电压波, 即称之为振荡波, 电压的频率和阻尼系数由回路参数决定。检测系统产生的振荡波电压的频率接近工频, 等效于工频电压施加在试品电缆上, 对发现运行状态下的局放缺陷有很好的等效性, 由此产生的局部放电脉冲也符合lEC60270推荐值。
因为电缆的对称结构, 每次局放产生两个相等的电流脉冲, 即脉冲电量q/2, 从局放源向两个方向传播, 如图1所示。在电缆的“远端”, 测量时通常开路, 发生全反射。在电缆的“近端”连接局放耦合单元, 不仅能检测到直接传播的脉冲, 也能测到反射的脉冲。
为了定位局放缺陷, 通常采用时域反射法 (TDR) 。如图2, 直接脉冲出现在时间t1, 反射脉冲出现在时间t2。于是式 (1) 给出的特征时间差能用于测量局放源与远端的距离, 由式 (2) 给出。基于这个关系, 局放缺陷与近端的距离, 用式 (3) 来表示。这里l代表整个电缆的长度。显然, 局放源定位中的不确定性不仅由真实特征时间差△t决定也由传播速率vp和电缆长度决定。
进行振荡波局放检测时, 首先测量电缆的长度, 确定电缆中间头的数量和分布情况。然后对电缆注入标准脉冲进行标定校准检测系统局放量标尺, 同时观察反射脉冲, 确定脉冲信号在电缆上传播的衰减系数。
振荡波局放诊断主要分两步, 首先根据检测生成的振荡波形与局放脉冲图, 观察放电量与放电次数, 分析脉冲信号与电压振荡波形周期的关系、脉冲幅值与电压幅值的相关性几个方面, 由此可以初步判断电缆是否存在局放。然后对采集到的脉冲信号进行鉴别筛选, 电缆若存在局放, 局放脉冲的直射脉冲和反射脉冲必然成对的出现, 因此对采集到的脉冲信号进行分析比较直射脉冲和反射脉冲的形状、衰减、时差等, 将符合局放特征的疑似信号组进行提取, 根据各组信号的时差描绘出电缆的局放定位统计图。如果疑似信号组在统计图上出现集中性, 则电缆在信号集中的位置极有可能存在局放缺陷。
10 kV新城甲线电缆全长4625 m, 电缆共有7个中间头。首次检测, 在1.7 U0电压下A相局放量达到了4500 pC左右, B相879pC, C相约3000 pC左右, 但信号在定位图上没有明显的集中性, 如图2, 且在U0下的最大局放量均小于300 pC, 初步判断该电缆在运行电压下无局放。但该电缆在再次投入运行一段时间后, 电缆的中间头处发生了击穿, 击穿点位于996 m处。
在该电缆发生击穿后, 从事故点将电缆截成两段重新进行了多次的局放检测。第一段电缆 (从首次检测的近端到发生事故的中间头, 共长996 m) 在1.7 U0下最大局放量达2100 pC左右, 定位图显示在离电缆近端485 m处有明显的信号集中性, 如图3, 该处为电缆中间头。解剖发现, 此中间头的上有明显的划伤痕迹, 形成了放电通道, 如图4。
检测案例表明电缆存在局放缺陷, 但首次检测未能及时发现局放缺陷, 原因值得分析讨论。新城甲线事故前后共进行了多次检测, 比较新城甲线完整电缆和截断后电缆的校准波形图。图5为向截断后的电缆段 (长996 m) 注入200pC标准脉冲的波形图, 左侧脉冲为入射脉冲, 右侧脉冲为反射脉冲, 此时反射脉冲非常明显。图6为向完整电缆段 (4625 m) 注入2000pC标准脉冲时的波形图, 由图可见, 即使注入了信号为2000pC标准脉冲, 图上也观测不到反射脉冲。由此可见, 脉冲信号在电缆上传播的衰减现象不能忽视, 当电缆长度大于一定值时, 脉冲信号在长距离传播后信号衰减非常严重, 检测系统有可能无法检测到反射脉冲。
电缆振荡波局放定位采用的是时域反射法 (TDR) , 局放定位必须需要得知反射脉冲和直接脉冲的时间差, 当检测系统检测不到反射脉冲, 信号时差无法正确计算, 因此得不出正确的局放定位图, 从而无法对局放源进行定位, 所以过长的电缆不适合用振荡波法进行局放检测。
根据应用经验, 大于1.5 km的电缆建议从电缆两端分别进行检测, 以保证检测的灵敏度和有效性。当电缆长度大于3 km时, 振荡波检测法可能无效。建议在对长电缆进行振荡波检测前, 向电缆注入标准脉冲, 根据反射脉冲的衰减程度对检测的有效性进行初步评价。若反射脉冲衰减严重, 则该电缆利用振荡波法进行局放检测的灵敏度和有效性不高。
上述电缆局放检测案例说明用振荡波法检测电缆局部放电是有效的, 但也说明了振荡波法存在一定的局限性。电缆局部放电振荡波检测和定位是基于时域反射法 (TDR) , 局放定位必须需要得知反射脉冲和直接脉冲的时间差, 而脉冲信号在电缆上传播存在衰减现象, 衰减程度与电缆长度成正比, 所以电缆长度决定了振荡波检测的灵敏度和检测的有效性。为保证检测的有效性, 建议在对电缆进行振荡波检测前向电缆注入标准脉冲, 根据反射脉冲的衰减程度对检测的有效性进行评价。
摘要：电缆的局部放电与其绝缘状况密切相关, 预示着电缆存在缺陷, 危害电缆的安全运行。近年来OWTS振荡波电缆局放检测和定位技术在国内外得到比较广泛的应用, 本文简要阐述电缆局部放电振荡波检测和定位的原理, 通过一起电缆局放典型案例的检测和分析过程, 探讨电缆长度对振荡波局放检测灵敏度的影响。
关键词：振荡波,电缆,局部放电
[1] 陶诗洋.基于振荡波测试系统的XLPE电缆局部放电检测技术[J].中国电力, 2009, 42 (1) :98-102.
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