高压电缆局部放电检测及实例分析

高压电缆局部放电检测及实例分析

发表时间：2018-10-01T13:06:14.327Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：余昌洪

[导读] 摘要：在高压电缆运行过程中，电缆故障前会出现局部放电现象，且危害性较大，需要掌握有效的检测方法。

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摘要：在高压电缆运行过程中，电缆故障前会出现局部放电现象，且危害性较大，需要掌握有效的检测方法。本文首先对高压电缆局部放电特征及危害、高压电缆局部放电检测原理进行分析，在此基础上，结合某220kV工程实例，探讨具体的高压电缆局部放电检测试验，为今后电力运行和实践提供参考。

关键词：高压电缆；局部放电检测；实例分析

前言

高压电缆由于长时间与空气、水分、土壤等发生接触，电缆绝缘层容易受到腐蚀，出现绝缘老化现象。此时电缆的电容和电阻都已发生改变，在物理和化学效应下，出现局部放电现象。在高压电缆运行维护过程中，对局部放电故障点进行排查和检测是一项重要工作，而且具有较高难度，如果选择方法不当，会消耗大量时间，容易导致故障升级。因此，有必要对其具体检测方法进行研究，提高高压电缆局部放电检测效率和检测结果的准确性。

一、高压电缆局部放电及检测原理

（一）高压电缆局部放电特征及危害

高压电缆局部放电通常是指高压设备绝缘介质处于高电场强度下，受电场作用发生在电极间的未贯穿放电现象。这种放电现象只出现在绝缘部位，不会马上形成贯穿性的通道，所以被称为局部放电。目前采用的交联聚乙烯（XLPE）电缆，其绝缘层材料属于固态塑料结构，但制造过程中容易混入金属等杂质，或因内外半导体层的不规则凸起、出现气孔等，导致高压场强不均匀，或是在绝缘中存在电树。这些原因都可能导致高压电缆出现局部放电现象。从实际情况来看，在电缆制造工艺的快速发展下，其自身质量问题已经得到了有效控制，因此目前局部放电现象一般出现在交联聚乙烯电缆的中间接头或终端头部位。一般情况下，局部放电产生的能量较小，不会影响电缆正常运行，但如果局部放电现象长期存在，会对绝缘层造成累积损害，最终导致绝缘层被击穿。而且交联聚乙烯电缆的自身材料化学性质决定其耐局部放电性较差，会加速绝缘劣化，最终导致绝缘失效，引发故障事故[1]。

（二）高压电缆局部放电检测原理

当高压电缆出现局部放电现象时，耦合电容Ck会对被试电缆Cx进行瞬间充电，从而形成高频脉冲电流波形。产生的高频脉冲电流波形为纳秒级别，频谱在百兆以上，其电流幅值大小和频度能够反映出电缆局部放电严重程度。可以利用局部放电监测系统，对高压电缆局部放电信号进行严密监视，捕捉其电压和时间变化趋势，从而掌握电缆的缺陷程度。高压电缆局部放电量能够反映出其局部放电严重程度，在测试前，首先应校准测试系统。在检测过程中，可以向被试电缆Cx注入一个标准局部放电信号Qo，模拟发生局部放电的过程。注入标准局部放电信号后，对阻抗的输出信号进行检测，获取局部放电幅值、相位分布、频谱特征等关键信息。在局部放电测试过程中，可参照标准信息对局部放电量进行计算，从而判断局部放电类型和严重程度[2]。

二、局部放电检测常用方法

在高压电缆敷设工程中，局部放电测试一般与耐压测试同时进行。利用变频谐振装置产生试验电源，将变频柜作为装置核心部件，并通过晶闸管整流、逆变获取试验所需频率。电源变换过程中引入大量高频脉冲电流成分，但该系统输出的电源不能作为电缆局部放电试验电源直接施加在被试对象上，而应对试验电源进行预处理，通过设置防晕导线、串联电抗、均压环等，改善试验电源质量。以湛江220kV工程为例，在进行试验前，首先应对试验参数进行估算。其中，被试设备的电缆电容值每公里为0.25μF，测量分压器电容为0.03μF，总电容量为2.17μF。实验电压频率计算值为33.43Hz，高压试验电流估算值为81.27A，380V电源电流估算值为600A。由于电缆耐压试验电源为异频电源，试验电源相位图的工频信号不具有相关性，只有局部放电信号在相位图谱中具有相关性，可利用这一性质排除干扰信号。在实验过程中，装置自身局放信号主要产生自晶闸管开闭过程，并集中在特定部位，可采用开相位窗法对其进行排除。对于相同电缆缺陷，电压越高时局放信号也越大，检出灵敏度则更高。

三、高压电缆局部放电检测实例

（一）工程概况

湛江220kV送电线路工程起始于湛江电厂，终止于观桥站220kV进线电缆筒，线路全长12.97公里，其中高压电缆线路长度10.1公里，电缆型号为FY-YJLW03-Z-127/220kV-2000mm2，采用架空电缆混合线路设计方式。线路中包含84个中间接头和12套终端头，高压电缆和附属设备安装均已完成。现进行220kV电缆耐压试验，从电缆终端塔电缆套管处加压，并对新建电缆进行交流耐压和局部放电检测试验，确定线路绝缘状况是否能够满足交接试验标准试验规程的要求。

（二）试验目的及方法

本次试验是对上述工程新建两回电缆进行的交流耐压试压，检测对象为新敷设电缆及所有中间接头和终端接头，判断其绝缘状况。试验检测以《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB 50150-2016）为主要依据，检测结果要同时满足厂家技术要求和业主要求。试验项目包括220kV电缆芯线对护套及地绝缘电阻试验和交流耐压试验。其中，电缆耐压试验电压为178kV，试验时间为60min。主要试验设备包括300kV A变频电源、300kV A励磁变、高压电抗器、分压电容器等。试验电压频率的计算值为33.43Hz，高压试验电流的计算值为

81.27A，电源电流的估算值为600A。试验采用调频式串联谐振电抗器，可调节频率范围为20~300Hz。

（三）关键试验步骤

在进行交流耐压和绝缘电阻试验前，线路及设备已安装完毕，并通过了耐压局部放电试验，气体泄漏和微水测试合格，电缆出现管套与架空导线和避雷器保持有足够的安全距离，外护套和保护层试验合格。由于上述工程观桥站内无加压点，需要在终端塔进行加压，三相试验电源为380V、600A。在试验过程中，首先在试验场地周围设置围栏和监护人员，防止无关人员进入。做好场地部署后，将试验引线连接到电缆终端套管A相，将所有开关和刀闸倒至试验要求位置，检查所有回路接线和测量仪表，确认无误后开始试验。首先合上试验电源，将试验回路调到谐振，逐渐将输出电压提升至178kV，耐压时保持局部放电测试，电压保持60min后快速降至0，然后断开试验电源，将高压端挂接地线。如果在试验中出现闪络或击穿等异常情况，要立即停止试验，检查是否需要对电缆进行处理，如果试验设备受损，要立即进行检修。如果重新进行试验后，又出现闪络或击穿现象，则应重新检查电缆是否满足耐压试验要求，仔细排除问题后再进行试验。测试完A相耐压绝缘电阻后，依次对B相和C相进行耐压试验。

（四）实验检测结果

局放试验结果如表1所示。首先从相序检查结果来看，A相、B相和C相均能够通过主绝缘和交流耐压试验检测，相序正确。在局部放电试验中，终端塔的三相峰值依次为98.4、98.3、98.6dBmv，为发现明显放电现象，经过检查发现接地箱接地不良情况，处理后未发现明显放电现象。观桥站终端的三相峰值依次为20.6、20.7、19.9dBmv，未发现明显放电现象。其余#1井至#13井的局部放电试验也未出现明显的局部放电现象。

通过试验可确定，该工程能够满足相关标准及设计要求。

表 1 局放试验结果