脉冲电流法测试电缆局部放电的分析方法

脉冲电流法测试电缆局部放电的分析方法

陈冠豪，王宇斌，何文

（广东电网公司东莞供电局，广东省东莞市，523000）

摘要:作为电缆局部放电的有效监测手段，脉冲电流法进行局部放电测试的经验及方法日益被深化和掌握。本文在实际测试分析层面上对如何使用脉冲电流法进行局部放电测试进行了介绍，为局部放电的分析判断提供了典型的判断方法和依据。

关键词:电缆；局部放电；脉冲电流法；波形；频谱；相位图谱；定位

The means of analysis on using pulse current method to test

cable partial discharge

CHEN Guanhao，WANG Yubin，HE Wen

(Guangdong Grid Dongguan Power Supply Bureau, Dongguan 523000, China)

Abstract:As an effective means of monitoring the cable partial discharge, the experiences and approaches of pulse current method of partial discharge test are increasingly deepening and in the hand. This paper introduces how to use the method of pulse current to do the partial discharge test in the actual test analysis level, and provides typical judgment method and basis for analyzing and judging partial discharge.

Keywords: Cable; Partial Discharge; Pulse Current Method; Waveform; Frequency Spectrum; Phase Spectrum; Positioning

1 前言

电气设备检修技术的发展大致可以分为三个阶段，即故障检修、定期检修和状态检修，状态检修以可靠性为主，它是根据设备的状态而执行的预防性作业。作为电力系统运行的首要要求，供电可靠性日益凸显其重要性，因此状态检修逐步取代了以往的定期预防性检修。状态检修通过对设备关键参数的测量来识别其已有的或潜在的劣化迹象，可在设备不停运的情况下对其进行状态评估。而在线监测作为状态检修发展的大趋势，正处于起步和快速发展的重要时期。其中，电缆局部放电在线监测技术的产生更是具有革命性的意义。

电缆局部放电现象对电缆的绝缘和电能的传输产生着巨大的有害作用，局部放电的长期发展会导致电气设备产生严重的缺陷，并且由于局放的形成多在终端内部或电缆本体内部，而且过程细微发展缓慢，不易被发现，因此局部放电成为困扰着电缆安全可靠运行的一大难题。利用在线监测技术对可能存在局部放电现象的电缆进行跟踪观察，能够有效地监测局放的发展趋势，便于制定相应的解决方案对隐患进行消除。

2内部局放的产生机理

当电缆本体、接头或终端中的主绝缘存在空穴、气泡、杂质等不纯的物质时，相当于主绝缘中存在一个杂质电容，在电缆线芯通过高压交流电的情况下，会对杂质电容进行充电，当电压达到介质的击穿电压时，杂质电容间便进行一次击穿放电。如此反复地进行充电和击穿放电，产生的热量使主绝缘碳化，长期下去主绝缘便会不断

碳化变薄，从而导致主绝缘容易被击穿，产生接地故障。

3 脉冲电流法测试原理

当内部放电发生的瞬间，会产生一个高频的脉冲电流，高频脉冲电流通过线芯与金属护套（铠装）之间的电容，由高电位的线芯流到低电位的金属护套（铠装）上，并且通过电缆中间接头或终端处的接地线进入大地。因此，在中间接头或终端处的接地线接上一个高频电流互感器（HFCT），便可将高频脉冲局部放电电流耦合到HFCT中，通过HFCT与分析仪器之间的测试电缆传入分析仪器进行信号采集分析。脉冲电流法在线局放测试方法如图1所示。

图1 局放测试原理

4 脉冲电流法局放的分析方法

4.1 局部放电特征分析

判断一个脉冲信号是否局部放电信号，需要经过多方面采集数据进行对比分析，反复监测验证，才能最终下定论。本文在实验室进行了模拟电缆终端局部放电的在线测试基础上及结合大量现场电缆局放测试数据，总结出以下局放信号的一般判断方法。

4.1.1 波形、频率分析

由于局部放电是瞬间的，因此局放波形是一个单次的脉冲，当放电结束后，由于杂质电容的充放电作用，波形会经过小段时间的振荡再趋于平坦。试验室模拟局放测试结果及现场测试经验显示，对于交联聚乙烯电缆（XLPE），局放脉冲波形在经过传输回路和检测回路后，上升时间（从电压幅值的10%上升到电压幅值的90%所用的时间）一般在20ns以内，局放频率一般集中在2～10MHz之间。例如现场测试结果中，发现20例疑似局放信号，其中2例经解剖分析后，证实存在绝缘内部缺陷的局放信号，其波形上升时间均在20ns以内，频率在2～10MHz之间。如图2、图3、图4为现场局放测试的结果。

图2 局放测试波形

4.1.2 相位图谱判断

判断一个脉冲是否局放信号还需结合相位图

图4 局放测试频谱

局放频谱处于2～10MHz之间

图3 局放测试示波器波形图

局放波形上升时间在25ns以内

谱进行分析。由于局部放电是跟随电缆正常运行时的正弦工频电压而产生以及变化的，因此在360度的正弦相位周期上，局部放电的相位图谱呈双极性，信号稳定明显且一般分布在第一、三象限并且相位一般相差180度。若相位图谱只呈单极性则有可能为外部的尖端放电或电晕放电。

4.2 局放定位分析

局放定位包括粗略定位和精确定位两种。可用波形时间差法进行定位。粗略定位通过采集局放脉冲电流波形进行对比的方法，可用两个高频电流互感器，在一段电缆两端的金属护套（铠装）接地线上各用一个互感器采集局放波形，通过示波器观察两波形的时间差，时间较提前的波形说明局放发生点离接收该波形的互感器那端较近，对于多段电缆，通过反复采集波形对比，便可粗略确定局放位置在哪一段电缆的哪一端。精确定位可以使用特高频(UHF)信号或超声波进行定位，由于局放发生时会伴随超声波的产生，因此，在已进行粗略定位确定存在局放的电缆或附件上，加上超声波接收器接收局放产生的超声波，通过超声波处理电路，将波形直观显示到示波器上，对比波形的时间差，可精确定位到局放的发生点。根据实际测量经验，超声波法定位的精确度可达20cm左右。5 针对局放信号的处理建议

当局放信号检测出后，需根据经验判断针对该信号的处理方法。根据一般经验，对于中间接头，视在放电量在100pC以下时采取跟踪监测、进行定位的方法，视在放电量在100pC以上时需计划更换中间接头；对于终端，视在放电量在300pC以下时，采取跟踪监测、进行定位的方法，视在放电量在300pC以上时需对终端进行更换。但由于现在局放测试处于起步阶段，仍无统一的处理判断标准及所测出的局放信号实际对应缺陷情况，因此需对存在疑似局放的电缆设备应进行定期测试，根据局放信号趋势制定相应的处理方法。

6 结语

局部放电对电缆绝缘危害性极大，严重威胁着电缆的安全稳定运行，因此局放现象检测处理方法的研究也是提高电力系统运行可靠性的一大课题。本文对脉冲电流法局放在线监测的方法进行了介绍，为局部放电的分析判断提供了典型的判断方法和依据。

参考文献

[1]姜芸，闵红，罗俊华等中压交联聚乙烯电缆接头人工缺陷局部放电特性[J]

[2]陈敏，陈隽 GIS超声波/超高频局部放电检测技术研究

[3] 郭灿新，张丽，钱勇等 XLPE 电力电缆中局部放电检测及定位技术的研究现状

作者简介

陈冠豪

图5 局放测试相位图谱图6局放定位实际应用

时间提前的测量点

离局放位置最近