电力电缆振荡波电压阻尼振荡频率仿真分析

李春艳+潘健

摘 要：交联聚乙烯（XLPE）电力电缆是目前城市敷设最为广泛的一种橡塑绝缘电力电缆，由于外力破坏和非外力破坏等种种原因，电力电缆会发生故障而跳闸。加强对电力电缆局部放电现象的检测能够及时有效地发现电力电缆潜在的故障，避免由于电缆在正常运行时发生停电而造成不必要的经济和设备损失。

关键词：电力电缆；振荡波电压；振荡频率

中图分类号： F301 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）04-172-2

0 引言

配网电缆化能够更好地适应城市供电系统高可靠性和节约空间的发展方向，而且还有着美化市容市貌等诸多优点，已经成为大城市智能配用电系统的首选供电方式。随着城网的不断建设，大量的电缆被铺设，城市对电量和用电时间的增加，电缆在正常运行过程中发生故障的几率也越来越高，甚至会造成停电事故的发生。电力电缆中局部放电的放电量与电缆本身的绝缘状况有着很大的联系，通过检测电缆局部放电量的大小，就可以得出电缆的绝缘状况，鉴定电缆的运行状态以及是否存在潜在的缺陷。

1 电力电缆振荡波检测技术原理

振荡波电压试验接线图如图1所示。实验的第一个步骤是进行充电，直流高压电源会对电容器进行充电，达到一定幅值后，控制第一高压电子开关导通，电容器经过很短的时间对电缆充电，电缆上电压将在几毫秒内到达峰值，第一高压电子开关关断，控制第二高压电子开关闭合，电抗器、电缆以及线路电阻形成一个弱阻尼振荡回路，在电缆上形成衰减振荡波，同时利用局部放电检测单元实现对电缆的局部放电信号的采集与分析。由于振荡波试验每次持续时间短、获得的数据量小，为了确保最后结论的准确性，需要经过反复多次的试验，通过多次的判断和对比，最终获得实验电缆的绝缘介质状况。

2 阻尼振荡频率的选择范围

当进行实际测试时，实验电缆的总电容量是变化的，同样的阻尼振荡频率也会跟着总容量的变化发生变化，无法精确的固定50Hz的频率，所以在实际测试时，振荡电压波的频率需要选择一个合理的范围，还需要符合国家的相关标准。在选定的频率范围内，施加在电缆上的阻尼振荡电压在电缆故障点处产生的局部放电现象最接近工频电压时的效果。通过振荡波法对电缆进行实验可以看成充电和振荡的步骤，对实验电缆加压的持续时间不会超过10s，其中需要4s左右进行充电，LC振荡的时间不到1s。根据GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》，加在实验试品上的电压属于暂时作用电压[3]，其频率在10

3 阻尼振荡频率仿真

为了配合电力电缆局部放电的振荡波检测，需要选择合适的阻尼振荡波频率，必要时可以通过补偿电容器的方式进行频率调整。阻尼振荡频率的仿真模型如图2所示，元器件的参数详情如表1。在建好的模型中，实验试品通过电容和电阻的集中参数模型替代，使用20 kV的DC电压源替代激励电压源。为了过滤掉充电回路中的杂波，在仿真模型的直流电源上并联一个滤波电容，同时串联一个阻尼电阻，并在串联谐振回路当中并联了一个电阻分压器以及补偿电容（补偿电容值根据文献及阻尼振荡频率为500Hz计算），以得到合适的谐振电压波形。仿真结果如图3所示，其阻尼振荡频率为495Hz，与理论计算值500Hz基本一致，验证了理论分析的正确性。

4 结语

本文针对振荡波电压法在电力电缆耐压试驗中大规模运用的现状，对电力电缆振荡波电压阻尼振荡频率进行了仿真分析。通过对电力电缆振荡波电压检测方法的分析，建立了电力电缆振动波检测电力电缆的等效电路仿真模型，对阻尼振荡频率进行了仿真计算，仿真结果与理论计算一致，通过增加补偿电容，振荡波电压的频率在500Hz左右，可以满足现场的试验要求，为电力电缆振荡波检测装置的设计奠定了理论基础。

参 考 文 献

[1] 卓金玉.电力电缆设计原理[M].北京：机械工业出版社，1999.

[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，2006，3（3）：27-30.

[3] 中国国家标准化管理委员会.GB311.1-2012高压输变电设备绝缘配合[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2012.