内置局放传感器在110 kV电缆接头上的应用

罗继辉 王锦明 高 飞 方 菊

（长园电力技术有限公司，广东珠海519000）

0 引言

局部放电是绝缘介质外加电场强度达到一定值时产生的电气放电，其是由绝缘介质内部、绝缘介质之间的杂质、间隙、气泡等缺陷导致的[1]。电缆及附件具备完整的结构设计，选用良好的绝缘材料，在干燥、无尘环境下经过严格的工艺控制进行生产制造，产品出厂均经过完整和灵敏的出厂试验，本身不会产生局部放电，安装完成的系统中产生局放的最大可能是由于现场安装质量不良造成的。

为验证安装工作的质量，并确保整个电缆系统的可靠性，敷设后试验甚至是监测的灵敏性对XLPE绝缘超高压电缆系统稳定运行意义重大。

实际运行的电缆系统局放监测不同于产品试验局放测试，工厂产品局放测试有良好的屏蔽措施，而现场环境复杂，干扰因素很多，所以对现场测试传感器的要求有：（1）为避免高电压和大电流（例如短路电流）的干扰，探测器必须安置在有效绝缘的外侧（外半导电层上面）。（2）探测器相应的测量系统必须能可靠地鉴别来自电缆附件外部的干扰和附件内的局部放电。误测可能造成严重后果，务必要确切地排除那些可能会被看作是内部局部放电的干扰[2]。

1 电缆及附件局放测试技术简介

目前绝缘介质常用的局放测试方法有：（1）单一容性脉冲探测器；（2）差分容性脉冲探测器和容性注入校准脉冲；（3）感性脉冲探测器和感性注入校准脉冲；（4）电脉冲检测，该种方法主要是剥开金属护套并测量跨接在间隙两端电阻的电流；（5）交叉连接接地电缆内的电流检测。以上所有方法，其核心要求为可靠区分与PD相似的现场噪音和绝缘内部PD的能力[3]。

目前已有几种方法来区分来自接头的PD和噪音：如接头两边传输时间、信号极性、接头两边设置容性电极等。

本文采用一种新型贴片式传感器，在接头左右两边设置探测器，如图1所示，该探测器放置在外半导电层与护套之间屏蔽层的人为间隙中。在电缆护套内气隙两端的电压降会提供有关按脉冲极性而传输的方向信息：来自电缆经由接头传输的脉冲将会在输出端E1和E2上给出极性相反的输出信号，而来自接头的PD则可在输出端E1和E2检测到相同符号的电压。

为了鉴别噪音与来自接头的PD脉冲，探测器必须安装在靠近接头的每一侧。对于单极性脉冲，传输方向可用极性相比较的方法而得知。由两个探测器的试验装置和极性鉴别器所获得的结果是有所区别的，该系统对来自接头内的PD是灵敏的，而对沿着电缆传输的噪音并不灵敏。

图1 110 kV电缆接头局放

2 抗干扰试验

2.1 搭建试验回路

搭建试验回路如图2所示，首先测试空载下背景干扰，在高压屏蔽试验大厅，背景干扰可以控制在2.5 pC下。其次施加1.5U0电压，测量回路总的局放值，正常情况下也是在2.5 pC下。此时对比哈弗莱局放仪和贴片传感器的局放值，均无明显放电。

图2 110 kV带传感器接头试验回路

2.2 在高压电源侧施加干扰

即在终端的高压导体端子上接一段约500 mm长的细铜丝，长度大于终端均压罩的半径值，目的是产生电晕放电。经测量大约在0.8U0，哈弗莱局放仪开始出现局放信号，随着电压逐渐升高，放电量明显提升，而观察贴片传感器的局放值，均无明显放电。

2.3 空间的放电信号

靠近接头处，接通手机，启动手机脉冲信号，哈弗莱局放仪开始出现局放信号，随着距离缩短，放电量明显提升，而观察贴片传感器的局放值，均无明显放电。

2.4 来自地网的高频信号

接通高频打磨机，连接到接头接地线上，哈弗雷莱局放仪马上显示局放信号，而观察贴片传感器的局放值，均无明显放电。

该试验证明，采用贴片式传感器，可有效屏蔽非局部放电信号。

3 模拟现场缺陷局放试验

为了降低回路施加电压值，缩短出现局放的时间，在电缆和附件上人为制造了几个有可能出现局放的缺陷，这些缺陷也是在电缆附件现场组装时可能出现的，如接头应力锥错位、电缆外屏蔽损伤、电缆半导电断口台阶、电缆圆周划痕、电缆纵向划痕等。

（1）在电缆处理尺寸已确定的情况下，应力锥错位会造成接头一侧应力锥不能与电缆外半导电层有效接触，绝缘屏蔽不能有效均匀电场，造成放电；而另外一侧应力锥搭接过头，会造成尖端放电，所以应力锥错位会产生局部放电。经测量，哈弗莱局放仪和贴片传感器的局放值在0.6U0时同时出现局部放电信号。

（2）电缆外屏蔽损伤是施工刀具剥切电缆金属屏蔽层造成的，它直接损伤了电缆外屏蔽，造成放电，是一种常见的施工缺陷。切入深度达到1 mm时，哈弗莱局放仪和贴片传感器的局放值在0.6U0时同时出现局部放电信号。

（3）电缆半导电断口台阶是由于剥切、打磨电缆外屏蔽方法不当，未能使电缆绝缘屏蔽与电缆绝缘平滑过渡，现场光线不足，很容易在电缆接头的下部造成此类缺陷。这种台阶会造成较为严重的气隙放电或尖端放电。断口台阶高度大于0.5 mm时，哈弗莱局放仪和贴片传感器的局放值在0.6U0时同时出现局部放电信号。

（4）电缆圆周划痕、电缆纵向划痕均是在电缆和附件的界面上造成气隙放电，且随着深度、宽度增加，放电量增加。而电缆表面颗粒、表面水分等会导致界面悬浮电荷放电，此种放电哈弗莱局放仪和贴片传感器也均可同时测到。

4 接头防水试验

高压电缆接头除了绝缘主体外，还必须有良好的密封和接地措施，才能保证长期稳定地运行。高压电缆接头按接地方式分有绝缘接头和直通接头两种，是通过地线与接头铜套的连接实现的。内置式贴片传感器，增加几根信号传输线，加大了绝缘难度。信号传输线可以在铜套上设置专用通信接口实现通信。信号传输通信接口用热缩管和弹性密封胶密封，保证密封和护套绝缘。

相关的验证试验如下：

装有内置式贴片局放传感器接头在深度1 m的水箱中经受20个循环的冷、热水密封试验，循环完成后，对接头两端地线进行直流耐压和冲击电压试验，均顺利达到相关的技术要求。

内置式传感器，经对接头铜套的设置，可以满足接地和密封要求。

5 结论

本文通过将新型贴片式传感器局放测试方法应用于110 kV电缆接头，并进行抗干扰试验、模拟现场缺陷局放试验、接头防水试验等试验研究，得出结论如下：（1）经与试验室局放仪对比，该种方法具有明显的同步性；（2）该种方法可以更好地屏蔽外部干扰信号；（3）该种方法灵敏度高于试验室局放仪；（4）此种方法不影响高压接头的电场；（5）通过合理的处理，采用此种方法亦可满足接头的接地和防水要求。