張大寶，蘇峰，李志強(qiáng)，吳治勇，廖淵

（國家電網(wǎng)新疆阿克蘇供電公司檢修公司，新疆 阿克蘇 843000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，由于具有供電可靠、受外界因素影響小、占地空間少等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)建設(shè)的過程中，電力電纜的應(yīng)用越來越多,不論是從電壓等級(jí)上、電纜容量上還是電纜長度上都上升了一個(gè)臺(tái)階。然而，隨著投運(yùn)時(shí)間的增長，由于受到熱、電、機(jī)械、環(huán)境等應(yīng)力因素的不斷影響，電纜可能會(huì)出現(xiàn)絕緣，電氣和機(jī)械性能等問題。因此，通過不停電檢測(cè)及診斷技術(shù)實(shí)時(shí)評(píng)估電纜的絕緣、老化等健康狀況，進(jìn)而預(yù)測(cè)電纜有可能出現(xiàn)的故障隱患，在隱患發(fā)展成為事故之前提前處理，可以有效避免電纜事故的發(fā)生，避免非計(jì)劃性停電事故，提高電纜線路的供電可靠性。局部放電（PD）不僅是電纜絕緣進(jìn)一步惡化的主要原因，也是表征電纜絕緣的主要特征。因此，基于電纜局部放電的故障診斷研究對(duì)于確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外已有大量研究人員針對(duì)電纜局放檢測(cè)展開了研究，其內(nèi)容涉及局部放電的原理、測(cè)量方法、故障檢測(cè)、故障定位等。國內(nèi)和國際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果表明：局部放電變化可以反映電纜絕緣可能的老化和缺陷，也可以反映電纜附件的缺陷，這是檢測(cè)電纜及其附件絕緣狀況的最佳方法。目前，電力電纜局部放電檢測(cè)方法包括高頻、超高頻、地波和超聲波局部放電檢測(cè)。2019年國網(wǎng)新疆阿克蘇供電公司與天津市津海天源電力技術(shù)有限公司合作對(duì)新疆阿克蘇地區(qū)所有110KV變電站內(nèi)開關(guān)柜，電纜進(jìn)行局放檢測(cè)，本文主要介紹國網(wǎng)阿克蘇供電公司110KV胡楊變10KV楊華六線通過局放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)故障的典型案例。

1 局放檢測(cè)

對(duì)110kV胡楊變電站10kV開關(guān)柜1042楊華六線電纜終端進(jìn)行了全面的局部放電試驗(yàn)。

1.1 高頻局放檢測(cè)

在電纜中，電纜線芯和金屬屏蔽層之間由絕緣材料隔開形成分布電容，該電容只有幾百皮法，對(duì)高頻信號(hào)為良導(dǎo)體。當(dāng)電纜內(nèi)部發(fā)生放電的瞬間，通常會(huì)在其接地引下線或其他地電位連接線上產(chǎn)生脈沖電流，高頻脈沖電流通過線芯與金屬屏蔽層之間的電容，由高電位的線芯流到低電位的屏蔽層上，并通過接地線進(jìn)入大地。

高頻電流法一般使用Rogowski線圈方式，在環(huán)狀磁芯材料上圍繞多圈的導(dǎo)線線圈，高頻電流穿過高頻傳感器磁芯中心而引起的高頻交變電磁場(chǎng)會(huì)在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于高頻電流傳感器的測(cè)量回路與被測(cè)電纜之間沒有直接的電氣連接，屬于非侵入式的檢測(cè)方法，被檢測(cè)設(shè)備不需要停運(yùn)，能夠檢測(cè)出電纜在運(yùn)行狀態(tài)下的真實(shí)局部放電情況。通過高頻電流傳感器檢測(cè)流過接地引下線或其他地電位連接線上的高頻脈沖電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備局部放電的檢測(cè)。

PDCheck高頻電流傳感器用于收集電纜地線上的高頻電流信號(hào)，發(fā)現(xiàn)高頻PD信號(hào)異常。檢測(cè)圖譜如圖1所示。

圖1 檢測(cè)圖譜

圖2 檢測(cè)圖譜

根據(jù) PRPD圖可以看出180度相位特征，有典型的脈沖衰減波形，由放電譜圖可以看出頻率主要集中在4.5~5.8 MHz及 7.0~9.0 MHz，最大幅值為 55 mV，放電類型為內(nèi)部放電。

1.2 特高頻局放檢測(cè)

通過UHF傳感器在設(shè)備的非金屬結(jié)構(gòu)處對(duì)設(shè)備內(nèi)部的局部放電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。通過示波器對(duì)原始的UHF放電信號(hào)進(jìn)行捕捉，分析其波形的時(shí)－頻特性。還可以對(duì)UHF信號(hào)采用檢波（峰值保持）進(jìn)行再次處理，由高頻電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采樣，然后在后臺(tái)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處理，根據(jù)放電脈沖的相位相關(guān)性、放電幅值特征、時(shí)間間隔特征等特征進(jìn)行模式識(shí)別，從而判斷可能的局部放電故障類型和故障部位，并借助放電發(fā)展的歷史趨勢(shì)綜合評(píng)估放電的嚴(yán)重性，還可以利用兩個(gè)傳感器接收到同一放電信號(hào)的時(shí)間差來進(jìn)行精確的定位。

使用EC4000p超高頻傳感器在開關(guān)柜的非金屬觀察窗中收集UHF信號(hào)，發(fā)現(xiàn)UHF PD信號(hào)正常，檢測(cè)光譜如圖2所示。局放信號(hào)無極性效應(yīng)，波形平穩(wěn)，幅值正常，特高頻檢測(cè)正常。

1.3 暫態(tài)地電壓局放檢測(cè)

當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生局部放電現(xiàn)象時(shí)，帶電粒子會(huì)快速地由帶電體向接地的非帶電體遷移，如開關(guān)柜的柜體，并在非帶電體上產(chǎn)生高頻電流行波，且以近似光速的速度向各個(gè)方向傳播。受集膚效應(yīng)的影響，電流行波往往僅集中在金屬柜體的內(nèi)表面，而不會(huì)直接穿透金屬柜體。但是，當(dāng)遇到不連續(xù)的金屬斷開或絕緣連接處時(shí)，電流行波會(huì)由金屬柜體的內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到外表面，并以電磁波的形式向自由空間傳播，且在金屬柜體外表面產(chǎn)生暫態(tài)地電壓，而該電壓可用專門設(shè)計(jì)的暫態(tài)地電壓傳感器進(jìn)行檢測(cè)。利用Ultra TEV Plus在開關(guān)柜柜體上采集信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片及檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：

表1 檢測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)開關(guān)柜暫態(tài)地電壓檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）正常：相對(duì)值≦20dB；（2）異常：相對(duì)值≧20dB；得出結(jié)論：開關(guān)柜暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常。

1.4 超聲波局放檢測(cè)

高壓開關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生局部放電時(shí)的超聲波信號(hào)可以利用非接觸式超聲波傳感器在縫隙處進(jìn)行檢測(cè)，也可以利用接觸式超聲波傳感器在殼體上進(jìn)行檢測(cè)。由于開關(guān)柜存在縫隙等超聲波傳播路徑，而且超聲波在空氣中傳播衰減較小，因此開關(guān)柜大部分采用非接觸式超聲波檢測(cè)。

利用Ultra TEV Plus在開關(guān)柜柜體上縫隙處采集信號(hào)，發(fā)現(xiàn)超聲波數(shù)值正常，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片及檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：

表2 檢測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)開關(guān)柜超聲波檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）正常：相對(duì)值≦8dBuV；（2）異常：相對(duì)值≧8dBuV；得出結(jié)論：在開關(guān)設(shè)備的超聲波局部放電測(cè)試中未發(fā)現(xiàn)異常。

基于上述檢測(cè)圖和數(shù)值分析，110kV胡楊變電站10kV開關(guān)柜1042陽化六線地波，超聲波，超高頻檢測(cè)結(jié)果均正常。 高頻信號(hào)存在異常，故判斷電纜內(nèi)部存在異常，為內(nèi)部放電。

2 解體分析

110 kV胡楊變電站10 kV開關(guān)柜1042楊華6線停電處理維修人員負(fù)責(zé)處理?xiàng)钊A六線電纜終端（開關(guān)柜側(cè)）。發(fā)現(xiàn)冷縮終端應(yīng)力錐錯(cuò)位下移，未搭接在電纜半導(dǎo)電部位，沒有起到疏散電場(chǎng)作用。

圖3 電纜解體圖片

如上圖，在半導(dǎo)電端口存在應(yīng)力集中點(diǎn)，在長期的運(yùn)行情況下，半導(dǎo)電斷口外側(cè)電場(chǎng)集中處將首先產(chǎn)生局部放電，嚴(yán)重的將會(huì)導(dǎo)致主絕緣擊穿，驗(yàn)證了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

根據(jù)電纜局部放電的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，發(fā)現(xiàn)在電纜電氣化檢測(cè)過程中應(yīng)采用集成的PD檢測(cè)方法，可以進(jìn)一步提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

通過此次事故隱患發(fā)現(xiàn)及排查，明確了電纜接頭等設(shè)施安裝過程中應(yīng)注意其附件的使用及安裝的正確性，嚴(yán)格按照使用說明及要求操作，對(duì)施工嚴(yán)格把關(guān)。

戶內(nèi)電纜終由于終端主要在開關(guān)柜內(nèi)，日常巡視不易發(fā)現(xiàn)異常，長期存在局部放電，易產(chǎn)生絕緣損壞或擊穿，引起事故，危及人身及設(shè)備安全。

同時(shí)也反映出狀態(tài)檢測(cè)的重要性，能夠?qū)㈦[患在演變成事故之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，及時(shí)將隱患扼殺在“萌芽”階段，積極的開展?fàn)顟B(tài)檢測(cè)是保證用電的可靠性和電力資產(chǎn)安全的有效手段。