振荡波测试技术在电缆局部放电检测中的应用

路 明，赵 平，吕万辉 ，祝晓辉

(1.石家庄供电公司，石家庄 050000；2.河北省电力公司职业技术培训中心，石家庄 050000)

1 概述

近年来，XLPE电缆由于其绝缘性能好、安装方便、供电安全可靠、美化环境等优点，得到广泛应用。通常在敷设完电缆或安装电缆接头后，采用耐压试验检验绝缘是否完好，随着XLPE电缆使用量的增加和运行年限的延长，耐压试验的缺陷越来越突出，并且在实践中发现，耐压试验会对电缆绝缘造成不同程度的损害，但不能有效检测出所有缺陷。例如电缆经过谐振或其它耐压试验，尤其是直流耐压试验，在短时间内发生了击穿。大量研究和实践证明，局部放电是影响电缆绝缘的关键因素之一。由于XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差，在局部放电的长期作用下，绝缘材料不断老化最终导致绝缘击穿，造成重大事故。所以，对电缆进行局部放电的诊断是非常必要的[1]。

振荡波测试技术(简称“OWTS”)，是目前世界上应用比较广泛且成熟的电缆局部放电诊断技术，OWTS振荡波电压和50 Hz交流电压下的局部放电定位结果一致，说明了振荡波电压和交流电压的等效性较好。采用振荡波电压，即使耐压试验时所加电压超过电缆的额定电压幅值，也不会在电缆中引发新的缺陷，还可发现XLPE电力电缆中的各种缺陷，且试验中不会对电缆造成损伤[2]。目前，IEEE及部分国家已制定了应用振荡波测试系统进行电力电缆耐压试验的相关标准，耐压与局部放电试验结合判定电缆的绝缘状况成为热门课题。国家电网公司最新颁布的Q/GDW 643-2011《配电设备状态检修试验规程》也推荐使用此方法进行电缆局部放电的诊断。

2 振荡波测试技术

2.1 振荡波电压的产生

电缆现场试验方法中，常规的替代工频的试验电源有很多种，如串联谐振、超低频0.1 Hz、直流等。由于电力电缆的电容量大，为保证局部放电测试结果与工频电压下的局部放电检测结果一致，从设备的容量、体积大小、等效性和便携性等方面来看，振荡波电压的优点较突出。OWTS局部放电检测原理如图1所示。

图1 OWTS电缆局部放电检测原理

以石家庄电缆工区现在配置的型号为例，试验时可以施加0～28 kV(峰值)的直流电压，达到指定电压时，瞬间闭合半导体开关，被试电缆电容与系统电感产生低阻尼振荡电压，每次加压及振荡的时间小于2 s，此方法可以检测的电力电缆电容范围为0.05～2 μF。

2.2 局部放电定位

电缆的局部放电试验，最重要的是要找出局部放电的位置，以便进行针对性的处理和维护。OWTS局部放电定位原理采用脉冲反射法(TDR)，也就是行波理论进行检测，其定位原理如图2所示。

图2 脉冲反射法定位局部放电点原理

局部放电点x的定位公式推导如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：l为电缆长度；x为存在局部放电的位置；v为脉冲波在电缆中的传播速度；t1是向检测端直接传播的局部放电脉冲到达的时间；t2是向远端传播并在末端开路处反射达到测试端的时间；Δt为2个脉冲的时间差。

根据上面推导的公式便可计算得出局部放电点的位置x，这个计算过程由系统自动完成。分析过程中操作人员只需确定2个脉冲波形的位置，系统定出时间差Δt，便可轻松得到局部放电点位置[3]。

3 实例分析

3.1 模拟缺陷试验

为校对OWTS的灵敏度和定位精度，电缆运检中心进行了模拟缺陷试验。利用OWTS对1根10/8.7 kV铝芯交联电缆进行局部放电检测和定位，电缆全长330 m，距离测试端180 m处存在1个中间接头，在此中间头位置，对电缆三相中的两相分别制作了常见的工艺缺陷，U相缺陷为中间头主绝缘上有多个针孔，W相缺陷为中间头主绝缘有划痕，V相未做缺陷，做为校准标准脉冲测量距离的依据。

试验采用逐级升压模式进行，升压过程为：0，0.5U0，0.7U0，0.9U0，1.0U0，1.2U0，1.3U0，1.5U0，1.7U0。模拟缺陷试验测试数据见图3。

(a)校准脉冲波形

(b)1U0时振荡波电压与局部放电信号波形

(c)单个脉冲分析及定位

(d)三相1.7U0以下放电量及放电位置

模拟试验环境干扰较小，平均37 pC左右，检测结果如图3所示，发现该电缆在1U0时放电量达3 000 pC左右，1.7U0时放电量最高达到5 000 pC。通过对V相测试得到被测电缆全长、中间头位置的准确距离。对U、W相测试定位发现放电缺陷在距测试端179.8 m处，W相试验定位发现放电缺陷在距测试端179.9 m处，也就是接头处。证明OWTS对于这些缺陷的检测非常灵敏，且定位精度较高。

3.2 现场测试实例

以方北站473裕彤线运行电缆的现场测试为例，被试电缆长941 m，ZR-YJV22-3×240型，2007年投运，有3个中间头，位置分别在185 m，340 m，460 m，升压过程为：0，0.5U0，0.7U0，0.9U0，1.0U0，1.2U0，1.3U0，1.5U0，1.7U0，0。

现场检测时，与模拟试验环境干扰情况不同，由于实际试验现场周围有其他高压设备，检测到的背景干扰水平较大，达到400 pC左右。检测结果如图4所示，在3个位置发现了较为明显的局部放电集中现象，电缆始端0 m处，340 m附近和460 m附近，185 m处存在轻微的局部放电。

(a)0 kV下检测到的背景干扰水平

(b) 1U0下振荡波电压与局部放电信号的关系

(c)1.7U0以下局部放电点分布

(d) 局部放电分布柱状示意

试验后对局部放电现象比较严重的340 m处

的中间头进行更换，并解剖换下的中间头，中间头内部存在明显的工艺缺陷，如图5所示。

图5 工艺缺陷示意

经石家庄供电公司电缆运检中心分析，该局部放电现象是电缆接头工艺错误引起，金属接管压接后未去除突起和尖角部分，形成局部电场集中。电缆接头经处理后，再次进行局部放电测试，U、V、W三相均未检测到明显局部放电。

4 结束语

石家庄供电公司电缆运检中心吸取新加坡、北京、上海等国家先进省市在状态检测方面的成功经验，尝试采用振荡波电缆局部放电定位测试技术对配电网10 kV电缆进行局部放电测试。在测试过程中，检测发现多条电缆存在严重局部放电现象，经过对电缆的解剖分析证实了这些电缆存在不同方面、不同程度的问题，所以采用振荡波对电缆局部放电进行测试、定位是一个非常有效的方法。该方法可以及时检查出由于电缆及其附件生产质量或安装工艺造成的缺陷，避免突发性停电故障的发生，保障了电力电缆线路的安全可靠运行，在今后的状态检测工作中具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 罗俊华，陈守直.35 kV及以下XLPE电力电缆试验方法的研究[J].电网技术，2000，24(12)：58-61.

[2] 杨连殿，朱俊栋，孙 福，等.振荡波电压在XLPE电力电缆检测中的应用[J].高电压技术，2006，32(03)：27-30.

[3] 顾媛媛.电力电缆局部放电信号理论及处理研究[D].广东：广东工业大学，2007.