一、高壓電纜局放測試的背景
1.高壓電纜的應(yīng)用情況
交聯(lián)聚乙烯電纜因其具有電性能高、輸送容量大、重量輕、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，我國大部分地區(qū)的高壓電纜線路全部使用了該類型的高壓電纜。
2.高壓電纜的故障
高壓電纜故障的主要原因在于產(chǎn)品質(zhì)量和施工質(zhì)量，其中電纜附件占故障總量的90%，薄弱環(huán)節(jié)表現(xiàn)在電纜終端頭和中間接頭，主要由于設(shè)計(jì)不良、材料選擇不當(dāng)、安裝制作工藝不良三個方面的原因造成。
3.高壓電纜局放測試的必要性
《GB 50150-2016 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》要求新竣工的電纜需要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，高壓電纜交流耐壓等效電路如下圖，用C1、C2、C3組合模擬被試電纜的各個絕緣部件，在試驗(yàn)過程中C1、C2、C3同時承受高電壓的考驗(yàn)。
4.交流耐壓試驗(yàn)技術(shù)存在不足，體現(xiàn)在如下兩個方面：
◆交流耐壓試驗(yàn)只關(guān)注電纜整體能否完整承受試驗(yàn)電壓的考驗(yàn)，其判斷標(biāo)準(zhǔn)為電纜是否通過了交流耐壓試驗(yàn)，缺少電纜在試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的局部損傷和破壞的監(jiān)測手段。
◆如電纜內(nèi)部存在局部放電,但是電纜依然有可能能夠通過交流耐壓試驗(yàn)，內(nèi)部有缺陷的電纜帶病運(yùn)行，電纜安全運(yùn)行存在一定風(fēng)險。
因此檢測高壓電纜在耐壓過程中的局放信號。
二、高壓電纜局放測試的原理
在電纜耐壓試驗(yàn)過程中，采用如下測試回路，就可利用脈沖電流法監(jiān)測電纜局部放電情況，測試原理如下圖。Cx為被試驗(yàn)電纜，Ck為耦合電容器，在Cx、Ck的端部分別接入檢測阻抗Zm1、Zm2。Z為高頻阻波器，抑制電源中的干擾信號進(jìn)入局放測試回路，阻止局放信號進(jìn)入電源系統(tǒng)。
一旦被試電纜發(fā)生局部放電，耦合電容Ck瞬時對Cx充電，形成高頻的脈沖電流波形，脈沖電流波形達(dá)到納秒級別，其頻譜高達(dá)百兆以上，脈沖電流的幅值大小、發(fā)生的頻度反映電纜內(nèi)部局部放電的嚴(yán)重程度。
利用局放監(jiān)測系統(tǒng)在耐壓過程可嚴(yán)密監(jiān)視局放信號隨電壓和時間變化的趨勢，掌握電纜缺陷嚴(yán)重程度的變化。
高壓電纜局部放電的嚴(yán)重程度通過其局部放電量來反映，要測試局放量必須對測試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。
在被試驗(yàn)電纜Cx注入標(biāo)準(zhǔn)局放信號Qo以模擬被試對象發(fā)生了局部放電，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)局放信號注入時，檢測阻抗Zm1、Zm2輸出信號，測試系統(tǒng)M獲取局放信號的幅值大小、相位分布特征、頻譜特性等信息。
局放測試時參照校準(zhǔn)信息就可以計(jì)算出局放量的大小，對電纜局部放電的嚴(yán)重程度、局放類型評估，作出正確的判斷。
三、高壓電纜局放測試的方法
1.交流耐壓試驗(yàn)電源處理
變頻諧振系統(tǒng)輸出的電源不能直接作為電纜局放試驗(yàn)的電源直接施加于被試對象進(jìn)行局部放電測試，必須采取有效措施對試驗(yàn)電源進(jìn)行預(yù)處理，通過設(shè)置串聯(lián)電抗、防暈導(dǎo)線、均壓環(huán)進(jìn)行對試驗(yàn)電源質(zhì)量進(jìn)行改善。
2.電纜終端局放測試回路
電纜終端的局放測試回路如下圖，當(dāng)被試電纜內(nèi)部發(fā)生了局部放電時，耦合電容瞬時對電纜終端充電，形成高頻的脈沖充電電流波形，脈沖電流的幅值、發(fā)生的頻度反映了電纜內(nèi)部局部放電的嚴(yán)重程度，通道1、通道2兩個傳感器將局放信號傳送至局放診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。
在電纜的中間接頭，測試原理如圖所示，一側(cè)電纜的鎧裝與電纜導(dǎo)體之間存在電容Ca，另一側(cè)電纜的導(dǎo)體與鎧裝之間存在電容Cb，如果在電纜的中間接頭發(fā)生局部放電，那么形成兩個電容C1和C2，此時Ca和Cb就會通過導(dǎo)體向C1和C2充放電，從而形成局放電流回路，在兩側(cè)電纜屏蔽層橋接一個高頻低阻的電容臂C0和高頻電流傳感器，就可以檢測到局放的脈沖電流信號。
高壓電纜局放測試的技術(shù)難點(diǎn)
1.測試系統(tǒng)靈敏度要求高
高壓電纜發(fā)生局放時產(chǎn)生的脈沖信號微弱，要求傳感器及測試系統(tǒng)有相當(dāng)高的檢出靈敏度。
2.現(xiàn)場干擾因素復(fù)雜
在現(xiàn)場實(shí)施電纜局放試驗(yàn)時干擾信號會嚴(yán)重影響電纜局放的檢測和診斷，主要有臨近試驗(yàn)現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生的電暈或者局部放電信號、交流耐壓試驗(yàn)裝置自身的局部放電信號、交流耐壓試驗(yàn)回路的引線產(chǎn)生的電暈信號三個方面的因素。
因此甄別并排除干擾信號、提取有效的信息并根據(jù)其特征診斷電纜的絕緣狀態(tài)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。
3.測試系統(tǒng)靈敏度要求高
高壓電纜局放的信號主要集中在0-30MHz范圍內(nèi)，信號頻帶較寬，加上現(xiàn)場存在一定的干擾信號，測試人員通過信號抑制、識別、分類、提取、判斷等技術(shù)手段，準(zhǔn)確的解析復(fù)雜的電子信號成份實(shí)現(xiàn)電纜的狀態(tài)診斷。這項(xiàng)技術(shù)要求測試人員熟練使用示波器、頻譜儀、濾波器等電子設(shè)備，并具備高頻電子信號分析判斷能力。
4.國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無明確指引
高壓電纜局放測試是目前國內(nèi)比較新的技術(shù)應(yīng)用課題。
5.局放診斷判據(jù)
（1）通過大量的試驗(yàn)室模擬和現(xiàn)場測試結(jié)果顯示：局放信號的相位與試驗(yàn)電源的相位具有180度或360度的相位特征，同時發(fā)生在一定寬度的相位上；
（2）在測試中若發(fā)現(xiàn)存在多種信號源，需運(yùn)用帶通濾波器分別提取不同頻帶的脈沖信號進(jìn)行單獨(dú)分析；
（3）局放傳感器采集到的高頻脈沖信號的波形和頻譜是否具有典型局放特征（脈沖波形上升沿一般為幾十納秒）；
（4）必要時，將實(shí)際測試局放波形與利用模擬局放源對測試回路進(jìn)行校準(zhǔn)時的波形進(jìn)行反復(fù)類比，觀察其信號的相似性；
（5）極性判別法：運(yùn)用脈沖波形的極性鑒別局放源的位置。
交流耐壓時進(jìn)行局放測試的優(yōu)點(diǎn)
1.在進(jìn)行電纜耐壓試驗(yàn)過程中同時進(jìn)行局放測試，由于電纜耐壓試驗(yàn)電源采用異頻電源，工頻信號在試驗(yàn)電源的相位圖譜上不具有相關(guān)性，只有試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部的局放信號可能在試驗(yàn)電源的相位圖譜上具有相關(guān)性，利用這一點(diǎn)可有效排除運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號。試驗(yàn)裝置自身的局放信號是晶閘管的開通關(guān)閉造成，一般集中在特定相位，這類干擾在一定程度上可通過“開相位窗”予以排除。
2.高電壓狀態(tài)下局放測試的靈敏度高，高壓電纜交流耐壓時所施加的電壓為2U0，利于將電纜內(nèi)部的缺陷檢出。
（1）對于在1U0下不產(chǎn)生局放信號的缺陷，在2U0下激發(fā)下產(chǎn)生局放，缺陷才可能被發(fā)現(xiàn)。
（2）對于同樣的電纜缺陷，電壓越高，產(chǎn)生的局放信號越大，檢出的靈敏度越高。
3.局放的提前發(fā)現(xiàn)對運(yùn)行安全、設(shè)備檢修的影響。
通過局放測試，可以在電纜投運(yùn)前發(fā)現(xiàn)缺陷，施工人員有足夠的時間和空間查明原因、消除缺陷，避免電纜帶病投入運(yùn)行后重復(fù)停電，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
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