电力电缆局部放电带电检测技术及其应用

电力电缆局部放电带电检测技术及其应用

摘要:本文简要介绍了电力电缆局部放电带电检测技术,阐述了电缆局部放电的脉冲波形特征,局放信号的检测原理及电缆中局放源定位的基本方法。在此基础上,给出了一个变电站电缆现场检测的应用实例。

关键词:电力电缆局部放电带电检测定位

1 引言

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、状态检修。状态检修是以可靠性为中心的检修,并逐步取代以往的定期预防性检修,它是根据设备的状态而执行的预防性作业。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。这种策略不必对设备进行定期大修,提高了检修的针对性和有效性,能发现问题于萌芽状态,有效延长设备的使用寿命,合理降低设备运行维护费用。目前,避雷器全电流和阻性电流的检测技术、容性设备介损和电容量的检测技术、变压器本体油中溶解气体、局部放电的监测技术以及输电线路的红外检测技术使用相对较为广泛。随着电力电缆在城市电网建设中的普遍应用,对提高电力电缆检测手段的需求日益迫切,尤其是带电检测。

2 电力电缆局放带电检测

目前,局部放电检测被公认为是一种最有效的绝缘诊断方法,带电检测应用中更是如此,目前大量运行的设备缺乏有效的检测手段而导则事故频发,电力电缆尤其如此,近年来电力电缆在城市化建设中得到了大量的应用,但其绝缘状态检测缺乏有效的手段,国内外对电力电缆的局放带电检测做了大量的研究,目前已经取得了很好的成果。电力电缆中发生局部放电时,其产生的脉冲为是单极性脉冲,上升时间很短,并且脉冲宽度也很窄。脉冲从产生的位置两边传播,由于在电缆中传播时的衰减和散射,当到达测量点时,脉宽增加,幅值减小。一般情况下,在测量时能检测到比较好的脉冲波形,其保留了很多与源波形相同的特性。图1给出了一段典型的电缆局放脉冲波形。

如果上升时间和脉冲宽度在电缆局部放电脉冲的通常范围内,那么就可以把该脉冲看成是电缆局部放电。一般来说,电缆局部放电的上升时间在几十纳秒到微秒级之间,而脉宽一把小于10个微秒。脉冲的上升时间和脉宽取决于电缆端部的脉冲波形,也取决于检测电路。由于检测电路的不确定性,同样使得上升时间和脉冲宽度随之变化,例如当其包含一个大电感时,脉冲的上升时间就会迟缓,并且脉冲宽度也会变大。然而,在脉冲的起始位置,上升时间却是一个很有价值的特征量。对于利用高频电流传感器(HFCT)的带电局部放电检测,其检测电路通常有较大的带宽(>20MHz),这种简单的方法还是能得到较为满意的测量结果的。

图2所示为用于变电站XLPE电缆检测的高频电流传感器,传感

器可以夹绕在接地线之上的每个线芯上,也可以将电流传感器夹绕在接地线上。

3 电缆局部放电定位法

在检测到电缆局放时,如果能对局部放电源进行定位,那么局部放电活动测量的实效性就会大大提高。

现在应用较多的局放源定位方法是时域反射(Time Domain Reflectometry,TDR)法。该方法的一般做法是在电缆的一端架设脉冲

检测装置,利用局放脉冲在电缆中传播的反射原理,检测同一个脉冲在电缆中来回传播的情况和时间差,通过脉冲辨识的方法确定局放源的位置。

TDR方法的基本原理如图3所示。在电缆近端架设局放信号耦合装置,可通过脉冲电流法的检测阻抗,或者高频电流传感器等措施检测得到放电脉冲信号。

当电缆线路中某个绝缘缺陷点发生放电时,产生的局放脉冲形成两个幅值相等的信号,在电缆线路内分别沿着相反的方向传播。通过分析两个信号(直接传播到近端的脉冲A和经远端反射后到达的脉冲B)到达时间的时延差,并结合电缆中脉冲的传播速度等参数,可以估计出局放脉冲发生的位置。

同样,在电力电缆的带电检测中,传感器上也能检测到类似的脉冲群信号,通过脉冲群信号的方向可以判断局放源的具体位置。

4 现场电缆局放检测

本单位采用PDS-G1500型局放检测系统对变电站进行巡检,成功发现了多个潜在的电缆放电缺陷。下面给出一个变电站现场检测电缆的实例。

在变电站巡检的过程中,我们在该变电站电缆层的接地线中发现

了明显的放电信号,经时延对比测试,确定放电来自其中一根编号为3581的电力电缆。

如图4所示,为该电缆A、B、C两相同步测试时的波形。由图4可以看到,该电缆三相都能测到明显的放电脉冲,AC相信号极性相同,幅值大小基本一致,B相信号极性与其他两相相反,信号幅值大约为其他两相的2倍,说明局放信号发生在B相电缆设备上。

如图4中还可以看出,信号的上升沿在十纳秒级,说明测试时传感器的位置离局放源不远,信号传播过程中高频信号没有损失。从信号波形看,在信号起始沿后面的波形不平滑,明显是几个波形叠加而成,最近的信号叠加在十纳秒级,说明局放源离开电缆终端很近,与电缆终端相连的设备结构有不是阻抗突变的情形导则了多次反射信号叠加在一起造成了局放信号毛刺状特征。后经停电解体维护确认局放源在电缆终端和开关柜的连接部位。

5 结语

状态检修是设备检修的发展方向,而带电线检测又是其中的主要手段。结合PDS-G1500型局放检测系统,本文介绍了电缆局部放电在线检测方法,该方法操作简单,在实际应用中有较高的实用价值。

参考文献

[1]杨凌辉,黄华,高凯,李龙.输变电设备在线监测系统的评价和选用[C].2007年全国输变电设备状态检修技术交流研讨会论文集.

[2]罗军川,张星海.电气设备状态评估与维修策略[C].2007年全国输变电设备状态检修技术交流研讨会论文集.