35kV电缆振荡波局放检测试验方案

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35kV电力电缆

振荡波局部放电检测试验方案

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XX电科院试验所

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电力电缆振荡波局部放电检测试验方案

35kV电力电缆振荡波局部放电检测试验方案

一、概况

XLPE电力电缆由于其绝缘性能好、易于制造、安装方便、供电安全可靠、有利于城市和厂矿布局等优点，在城市电网中得到广泛使用。XLPE电缆在制造和接头操作过程中，绝缘层部易出现的杂质、微孔、半导电层突起和分层缺陷，当外护套被侵蚀后引起的进水，水树枝演化成电树枝之后均会引起局部放电的发生。

长期的实践证明，局部放电是造成电力电缆绝缘破坏的主要原因。首先，在局部放电的过程中，电离出来的电子、正负离子在电场力的作用下具有较大的能量，当它们撞到绝缘空气隙的绝缘壁时，足以打断绝缘材料高分子的化学键，产生裂解。其次，在放电点上，介质发热可达到很高的温度，使得绝缘材料在放电点被烧焦或熔化，温度升高还会产生热裂解或促使氧化裂解，同时温度升高会增大介质的电导和损耗，由此产生恶性循环，导致绝缘体破坏。第三，在局部放电过程中会产生许多活性生成物，这些生成物会腐蚀绝缘体，使得介质性能劣化。第四，局部放电有可能产生X射线和Y射线，这两种射线具有较高的能量，促使高分子裂解。除此之外，连续爆破性的放电以及放电产生的高压气体都会使绝缘体产生微裂，从而发展成电树枝。局部放电会不断地破坏绝缘材料，最终导致绝缘击穿。

电力电缆局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘存在着可能危及电缆安全运行的缺陷。因此，国外许多专家、学者及一些国际电力权威机构一致推荐局部放电试验为绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法，并作为及时发现电缆故障隐患、预测电缆运行寿命、保障电缆安全可靠运行的重要手段。

OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位技术，是目前国际国应用比较广泛的能够有效检测和定位配电电缆局部放电的位置且检测本身不对电缆造成伤害的先进技术。从我国2008年初引进该技术，并成功的应用到奥运场馆及配套设施的电缆检测中，发现了多起电缆接头缺陷，取得了较好的成效，为奥运保电工作作出了一定的贡献。到目前为止，振荡波技术由于其电源与交流电源等效性好，作用时间短、操作方便、易于携带，可有效检测XLPE电力电缆中的各种缺陷，且试验不会对电缆造成伤害，在中国大江南北，包括国庆阅兵、青奥会、亚运会、G20、互联网大会等等、在绝大多数电力单位运用相当广泛。

电力电缆由于其电容量大，很难在现场进行工频电压下的局部放电检测。过去充油电缆采用直流试验，可以大大降低电源的要求。但对XLPE电力电缆，由于其绝缘电阻较高，且交流和直流下电压分布差别较大，直流耐压试验后，在XLPE电缆中，特别是电缆缺陷

电力电缆振荡波局部放电检测试验方案 处会残留大量空间电荷，电缆投运后，这些空间电荷常造成电缆的绝缘击穿事故。采用超

低频（0.1Hz ）电源进行试验，要求试验时间长，电缆绝缘损伤较大，可引发电缆中的新

的缺陷。

振荡波电压是近年来国外研究较多的一种用于XLPE 电力电缆局部放电检测和定位的

电源。该电源与交流电源等效性好，作用时间短、操作方便、易于携带，可有效检测XLPE

电力电缆中的各种缺陷，且试验不会对电缆造成伤害[4]。

电缆振荡波检测技术属于离线检测的一种有效形式 。该技术基于LCR 阻尼振荡原理，

在完成电缆直流充电的基础上，通过置的高压电抗器、高压实时固态开关与试品电缆形成

阻尼振荡电压波，在试品电缆上施加近似工频的正弦电压波，激发出电缆潜在缺陷处的放

电信号。振荡波检测技术起源于欧洲的荷兰大学，系统由瑞士和德国在20世纪90年代研

制开发，并在德国、瑞士等国生产，该技术在2007年引进中国。

通过现场试验，在不损害电缆本体绝缘的情况下检查配电电缆的绝缘状况及其部局部

放电情况，以对其绝缘进行评估。

二、振荡波工作原理：

基于OWTS 技术的测试电压产生原理如图1所示。直流高压电源首先通过线性连续升压方式对被

测电缆进行逐步充电（充电电流恒定）、加压至预设值。加压完成后，固态高压开关S （激光触发场效

应管LTT ）在小于1μS 的时间闭合，使被测电缆电容与OWTS 系统中高压电感L 产生谐振，从而在

被测电缆上产生阻尼振荡交变电压（DAC ），其波形及频率接近工频电压，且持续时间为mS 级，对电

缆绝缘无损伤。

电缆振荡波局部放电检测基本原理如图1所示：

图1 电缆振荡波局放测试原理

用直流电源将被测试电缆在几秒中充电至工作电压(额定电压)。实时快速状态开关S

闭合，将被测电缆和空心电感构成串联谐振回路，回路开始以的频率

进行振荡。空心电感值根据谐振频率的要求进行选择，频率围5O ～1000Hz ，相近于工频

LC f π2/1=

电力电缆振荡波局部放电检测试验方案

频率。图1中的中压电路一般具有相对低的介质损耗角的特点，与具有低损耗的空心电感

相配，可得到具有高品质因数的谐振回路。回路品质Q 一般为30～100，振荡波以谐振频

率在0.3～1s 衰减完毕，这一过程只有几十分之一周波，并对被测试电缆充电，与

50Hz(60Hz)时局部放电非常相似。

振荡波所产生的局放脉冲符合lEC60270推荐值，局放脉冲定位可由行波方法完成，

进而生产电缆故障图，电缆电容C 和δtan 值可通过振荡波的时间和频率特性来计算。

系统采用脉冲反射法进行局部放电定位，原理示意如图2所示。测试一条长度为l 的电缆，假设在

距测试端x 处发生局部放电，脉冲沿电缆向两个相反方向传播，其中一个脉冲（为方便起见，本文中

称为“入射波”）经过时间t 1到达测试端；另一个脉冲（本文中称为“反射波”）向测试对端传播，并

在对端发生反射，之后再向测试端传播，经过时间t 2到达测试端。根据两个脉冲到达测试端的时间差

t ∆，可计算局部放电发生位置，即

1x t v

= 2()l x l t v

-+= ()211122

x l v t t l v t =-⋅⋅-=-⋅⋅∆ 式中，v 为脉冲在电缆中传播的波速。