城市在不断发展的过程中,其配电线路的电缆老化率也越来越高,而在配电设备中,电缆类的设备故障也在逐年对增加。电缆附件的生产技术远远落后于电缆的本体,同时,电缆线路在实际应用的过程中,也比较容易出现线路故障问题。
经过我司多年电缆局放在线监测项目的实施经验总结:电缆局放主要发生在电缆场强较集中的地方,如电缆中间接头与终端处,本体局放较少。常见接头局放产生的原因有如下几点:
①电缆接头工艺不标准,密封不规范,使绝缘内部受到潮气、水分的侵入,引起中间接头绝缘受潮劣化,引发局部放电,严重情况下,电缆主绝缘内部大面积进水,导致主绝缘整体受潮绝缘降低,最终发生电缆击穿;

②电缆金属屏蔽层接地线连接不可靠,不满足接地电阻要求,造成接地电阻过大。当电缆受到过电压时,金属屏蔽层会产生较高的感应过电压,进而引起绝缘部分的老化击穿;
③接头处外半导电层剥切不整齐,尖端位置电场强度高,容易产生局部放电;

④电缆在运行过程中因负荷的变化、环境因素的变化,附件与电缆绝缘层之间热胀冷缩产生气隙,形成呼吸效应,将潮气吸入气隙内(电泳力)附着在绝缘表面,表面电阻下降,激发沿面局部放电;

⑤安装尺寸错误,应力管安装位置太偏下或应力锥未有效与半导电层断口搭接,造成电缆半导电断口部位应力没有可靠疏散,在试验或长期运行中,断口部位产生严重电晕放电,导致过热使绝缘降低,最终导致击穿;

⑥材料使用错误,在安装附件时,未区分材料用途,绝缘胶、绝缘带错误使用,导致应力控制不当,电场强度过高,造成中间接头击穿;

⑦金属连接管压接质量不良,使接头接触电阻过大而发热,或热收缩过度等造成绝缘碳化,产生局放从而使绝缘层老化击穿;

⑧导体连接管处理工艺不良。导体连接管压接模具选用不合理,棱角打磨不平整,特别是在压接模具边缘处,局部有尖角、毛刺、突起,极易造成该部位电场不均匀,运行中产生局部放电,使绝缘老化,绝缘性能下降,发生击穿故障;

⑨剥离外半导层时,损伤下层绝缘或绝缘表面有半道微粒、灰尘等杂质,或者半导电层去除距离短,爬电距离不够,在试验或投入运行后,其中杂质在强大的电场作用下发生游离,产生电树枝。
目前,在对10KV电缆进行试验的过程中,其主要的试验方式有震荡波电压、超低频电压、交流耐压、直流耐压等。
运用耐压法进行电缆试验的过程中,主要是对电缆施加直流高压和工频。对于一些比较严重的缺陷,通过耐压试验法很容易就会被发现,但是,却很难对电缆线路中的所有缺陷进行反,对于故障线路进行维修之后,依然有可能因为其他的缺陷而导致故障的再次发生,同时,对于一些XLPE电力电缆,由于其本身的绝缘性能就比较高,经过这种直流试验之后,电缆中的一些缺陷部位就会存在很多的空间电荷,等电缆进入正式的使用之后,这些存在于电缆缺陷处的空间电荷就会导致绝缘击穿故障的发生。

超低频(0.1Hz)试验需花费时间较长,而且对电缆绝缘损伤性较大,还可能会造成电缆中新问题的出现。通过变频谐振电压发生器的应用,可以对试验过程中出现的容量问题进行解决,同时,工频电压具和试验电压又具有一定的等效性,但是,它的重量和体积通常情况下都比较大,实际现场条件很难满足其要求。
运用阻尼振荡波局放测试方法,可以一次性发现整条缆中不同类型、不同位置的局部性绝缘缺陷,还可以针对电缆中的缺陷进行及时的针对性的检修工作。因此使用振荡波测试可以达到发现潜在缺陷的目的,而且这种试验方法对电缆本身不具有破坏性,为电缆的安全、稳定的运行提供了保障,是国内电缆试验的重要研究方向和新的发展趋势。

震荡波局放试验电压和工频交流试验电压也一样具有很好的等效性,其实际系统操作也更加的简单方便,易于接线,作用的时间也比较短,同时,也比较方便携带,在试验的过程中,对于电缆也不会造成伤害。通过局放测试和震荡波耐压进行有效的结合,对电缆线路进行测试。

振荡波电压试验方法的基本思路是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理,使振荡电压在多次极性变换过程中电缆缺陷处会激发出局部放电信号,通过高频耦合器测量该信号从而达到检测目的。试验接线图如下图11所示,整个试验回路分为两个部分:一是直流预充电回路;二是电缆与电感放电过程,即振荡过程。这两个回路之间通过快速关断开关实现转换。

用直流电源将被测试电缆在几秒中内充电至工作电压(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f=1/2π√LC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,频率范围20~500Hz,相近于工频频率,通过内置的高压电抗器、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局部放电信号。基于脉冲电流法高灵敏度检测局部放电信号,配合高速数据采集设备完成局部放电信号的检测、采集、上传。
振荡过程中,可利用行波法对局放信号进行定位。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,其中一个脉冲经过时间t1到达测试端;另一个脉冲向测试对端传播,在电缆末端发生反射,之后再向测试端传播,经过时间t2到达测试端。根据两个脉冲到达测试端的时间差,可以计算局部放电发生的位置。


关于震荡波的测试:
1.测试前准备
①对被测电缆进行验电、放电、接地,并将两终端悬空,拆除附带PT、避雷器等一次设备;
②电缆绝缘较低,现场用2500V兆欧表测试阻值低于30MΩ,或者电缆截面较小,不宜做局放试验,防止电缆在试验中击穿;
③TDR单独测试电缆长度以及中间接头位置或校验波速(已知全长);
Tips:a.电缆较短时,容量较小,与设备电感谐振时,谐振f过高,不符合试验要求(20Hz——500Hz),此时需并联补偿电容,一般电缆长度在200m以上时不需要补偿电容;b.部分振荡波测试系统内置TDR测试方法;
2.使用仪器及其接线
①振荡波系统一般组成:笔记本电脑(含测试软件)、一体化阻尼振荡波单元、升压控制盒、校准器、补偿电容;

②仪器接线:a.连接放电棒接地→b.连接振荡波阻尼单元的保护地与工作地→c.连接阻尼单元与升压控制盒→连接阻尼单元与被测电缆→连接阻尼单元与笔记本→连接电源;如下图所示。

3.局放校准
①连接电脑对应有线或无线网络并修改相应IP地址;
②录入被测电缆基本信息,如下图;

③标准校准器从大到小发射局放脉冲,系统检测各标准放电量下的局放信号,校准的目的有:a.得出标准放电量下的参考波形,作为后续局放波形分析的标准;b.给定后续加压局放测试的最大局放范围;c.找到系统能检测到的最小标准局放量,排除后续测试时的干扰。
4.背景噪声测试
概念:在测试时,检测到非电缆产生的局放信号称为背景噪声;
产生原因:测试系统噪声(10pC),广播电视,连续的电磁脉冲信号,带有变频负载的电源,接线不牢靠等等。
测试方法:选择最小局放测试范围,加压前测试0倍相电压下的局放信号,作为环境背景噪声产生的局放。
5.加压测试
根据DL/T1575-2016《6kV~35kV电缆振荡波局部放电测试方法》的规定,逐级加压测试

局放试验电压表


6.数据分析


②筛选分析原则:相似性、衰减性。如下图所示。

a.原始脉冲与反射脉冲应形状相似,相似程度取决于衰减程度;
b.局部放电脉冲在电缆中传播,会随着距离逐渐衰减,衰减表现为幅值减小和频率降低(脉冲变宽);
c.每条电缆长度不同,老化程度不同,衰减不同。因此,在进行电缆振荡波局放脉冲筛选时,我们要做的就是在对应的每一个局放脉冲图形中依据“相似性”和“衰减性”,选择出与“入射脉冲”对应的“反射脉冲”,然后接受,如无法选出,则直接跳到下一个脉冲信号图形。

报告生成界面

相关标准与规程
参考规程为DL/T1575-2016《6kV~35kV电缆振荡波局部放电测试方法》,如下表:
典型的交联聚乙烯电缆参考临界局部放电量
