电力电缆带电检测和在线监测技术现状及应用

电力电缆带电检测和在线监测技术现状及应用中国电力科学研究院高压所2015年6月带电检测和在线监测简介局放检测发展现状中国电科院开展工作介绍123存在问题、实施建议4相关标准及典型案例5随着电网规模迅速扩大和用电需求的迅猛增长，社会对电网供电可靠性要求越来越高。作为状态检修的重要内容，电力设备带电检测（在线监测）技术的全面深入应用，能及时发现电力设备潜伏性运行隐患，避免突发性故障的发生，是电力设备安全、稳定运行的重要保障。凭借带电检测（在线监测）设备和诊断技术，我们在超前防范电缆线路隐患、降低事故损失、降低供电风险等方面大有可为。1带电检测和在线监测简介高压电缆带电检测（在线监测）主要手段：1、局放检测（监测）2、红外测温3、光纤测温4、接地电流检测（监测）5、油压在线监测（充油电缆）1带电检测和在线监测简介带电检测：采用便携式检测设备，在运行状态下，对设备状态量进行的现场检测。目前主要应用的几种检测技术：局放检测（高频3-30MHz、特高频0.3-3GHz、超声20-200kHz）、红外检测、接地电流检测。特点：带电短时间内检测，有别于长期连续的在线监测，具有投资小，见效快。CigreB1.28统计显示，目前包括中国在内有29个国家不同程度开展了电缆线路带电检测检测工作，发现了大量绝缘缺陷。意大利、德国、英国等国家带电检测技术较为领先。1带电检测和在线监测简介在带电检测方面，国家电网公司各单位定期开展红外测温和接地环流检测，及时处理设备缺陷，积极探索超高频、高频、超声局部放电测试方法，不断积累现场测试经验，提高对测试数据的分析判断水平，2013年通过带电检测发现并处理电缆线路缺陷3000多次。现状：其中红外测温、环流检测应用较为广泛，局放检测技术结果判读难度高、专业性强的特点限制了推广应用。1带电检测和在线监测简介在线监测：对高压电缆的温度、接地电流、局部放电进行连续监测。国内，北京、天津、山东、上海、福建、四川、广东等公司电缆在线监控系统覆盖井盖异动、环流、温度、局部放电、气体、水位、视频等监控手段，实现电缆设备及通道的运行监控，全面提升电缆线路的安全运行水平。国家电网公司电缆本体类监测装置2000多套，电缆通道类监测点超过15000个，覆盖电缆通道长度超过1500公里。1带电检测和在线监测简介目前主要为接地电流监测、视频监控、水位监测、光纤测温、气体监测、火灾监测等在线监测装置。局放监控仅在少量线路上进行经验积累。电缆设备在线监测装置分布情况1带电检测和在线监测简介1带电检测和在线监测简介分布式光纤测系统：光脉冲T9,999T9,998T9,997T9,996T9,995借助1.0米宽的激光脉冲和高速数据采集器，DTS可以获得光纤上每一米的温度一根长达10千米的光纤全线的每米的温度状态可以通过一台DTS主机获得，这等价于10000个传统点式传感器“光纤就是传感器”1带电检测和在线监测简介bufferbufferDTS工作原理–系统基本结构和输出激光器控制电路光电转换温度计算和输入输出分路滤波激光脉冲（以固定时间间隔发出）Anti-stokesStokes输出：分布温度曲线参考光纤控制电路buffer信号采集及控制分布式光纤测系统：1带电检测和在线监测简介上海市电力公司检修公司世博隧道500kV交联15.7公里隧道上海市电力公司检修公司世博隧道500kV交联15.7公里隧道上海市电力公司检修公司长江隧道220kV交联18.3公里隧道、排管上海市电力公司检修公司长江隧道220kV交联18.3公里隧道、排管上海市电力公司检修公司沪崇苏大桥220kV交联17.9公里隧道、排管国网公司系统内应用约有400多套，主要集中在北京、上海、四川、山东等地。应用DTS的电缆电压等级从10kV到500kV都有，但主要集中在110kV和220kV电缆线路上；应用环境以隧道、排管居多。分布式光纤测系统：1带电检测和在线监测简介最近几年的实践看，DTS已被证实是目前电缆线路负荷在线监测的最佳手段之一，同时也可以为运行优化工作提供详尽的电缆负荷-温度响应的历史资料,实现对电缆安全载流量的闭环管理，提高电缆的负荷安全水平和资产利用率。金属护套接地电流检测（监测）单芯电缆线路外护套发生老化或破损等现象时，金属护套上接地电流将有明显变化。通过测量单芯电缆线路金属护套接地电流，可以及时反应电缆线路接地系统的健康状况。案例：2012年12月，某公司110kV苑南支一线电缆线路1号接地箱外护层接地电流发现超标，最高达100A（负载电流约150A），接地电流/负荷比值＞50％。经检查发现系设计错误造成电缆金属护层双端接地。对其进行停电消缺后接地电流恢复正常。1带电检测和在线监测简介2.1机理简介2.2电缆系统局放2.3检测方法（常规、高频、超高频、超声)2.4国内外应用进展2局放检测发展现状本质原因：绝缘体局部区域的电场强度达到击穿场强电场不均匀电介质不均匀气泡和杂质2.1局放机理简介导致电缆系统产生局放的几点原因2.2电缆系统局放电力电缆局部放电检测应用场合：（1）实验室（制造厂）内对电缆及附件进行质量控制实验（2）竣工试验（验证现场安装工艺）（3）带电检测和在线监测（以发现绝缘缺陷/劣化）2.2电缆系统局放光机械化学超声光学高压电IEC60270HF/VHF/UHF光学效应压力波放电效应化学生成物热效应宏观物理效应检测手段IEC624782.3检测方法标准推荐方法（实验室）：1.脉冲电流法：30kHz----500kHzpC标准：IEC60270；GB/T7354-2003；DL/T417-2006非标准测量方法（现场，尚未发布的IEC62478）：2.超声波AE:20kHz---200kHz3.高频HF：3MHz----30MHz4.甚高频VHF：30MHz-----300MHz5.特高频UHF：300MHz----3GHz2.3检测方法放电信号有较广的频率分布范围目前主流：选频、高频宽带、全频带2.3检测方法高频：用高频CT或电容型传感器从高压电缆接地回路中提取电信号，信号经滤波、放大、模数转换等后通过软件分析处理显示。检测点：以电缆附件为主2.3检测方法主流局放带电检测架构2.3检测方法高频案例：美国G&W金属应力锥电缆终端上检测到明显局放信号。2.3检测方法超高频检测工作频率高，抗干扰能力强，容易区分典型干扰信号。尽量避免手机、灯具、马达等的干扰。信号衰减较快，利于根据强度定位。雷达干扰信号2.3检测方法高采样率、可多通道高速示波器应用于局放源定位。2.3检测方法耐克森充油GIS终端缺陷河北公司在处理220千伏兆通变电站进线充油电缆GIS终端渗油缺陷时，发现电缆硅油聚合结晶和内部放电情况，并及时进行了分析处理，消除了设备隐患。经中国电科院和北京公司综合检测和分析，缺陷原因初步判断为电缆终端内排气管中油未充满，在高电压作用下空腔排气管电场畸变，使绝缘硅油发生化学反应产生聚合物，随着反应加剧发生局部放电。2.3检测方法耐克森充油GIS终端缺陷应力锥顶部的聚合物2.3检测方法2012年1月，应用特高频、高频设备发现某站内GIS间隔的A相电缆终端有异常局放信号，信号最高幅值约为230mV。经离线试验发现放电缺陷位于终端环氧套管内，再采用X光透视扫描确认在环氧套管内嵌的高压电极与环氧树脂之间存在明显气腔。局放检测和X光透视发现终端环氧套管缺陷2.3检测方法超声波检测超声波是指频率高于20kHz的声波。电缆、电缆附件的一些缺陷会产生超声波，检测仪能采集这些信号并将其转化、放大为人耳可以听到的声波，从而进行缺陷性质的判断。一般在20—40kHz范围内测量，可分为接触式测量和非接触式测量。根据声强能进行初步定位。2.3检测方法超声波检测案例：2009年4月，发现并定位某变电站110kV变压器电缆仓内局放。拆检确认为酚醛纸筒制造质量问题。2.3检测方法超声波检测应用：简便。操作人员应积累经验，较微弱信号没有分贝值但耳机中可能听到放电声。在电缆终端结构较薄弱、有利于超声信号透出的位置进行测量，如油嘴、密封缝隙。需排除机械震动的干扰，必要时采取遮挡、屏蔽等干扰隔离措施。2.3检测方法北京公司自2007年开始，在高压电缆带电检测上开展了红外热成像、接地电流、超声波、高频局放、特高频局放等检测项目。2008-2012年以来电缆线路带电检测数量成逐年增加趋势，而检出缺陷量逐年递减，已累计发现并处理缺陷附件29组，验证了带电检测手段的有效性，极大提高了运行设备的健康水平。2.4国内外进展2012年之前，北京公司开展的电缆终端及接头检测数量如下:2.4国内外进展完成了国产首回500kV电缆工程驻厂监造、交流耐压及同步检测局放的试验应用，为今后国产化500kV交联电缆的工程化应用及现场检测技术奠定坚实基础。2.4国内外进展上海公司（中国电科院参与）大长度220kV电缆变频谐振耐压试验+局放2.4国内外进展2.4国内外进展发现局放异常，解剖发现外半导电层受损3.1典型接头缺陷局放试验研究3.2两次电缆局放在线检测设备比对实验3.3耐克森缺陷局放复测、上海500kV修后局放复测3.4现场干扰抑制3中国电科院开展工作介绍缺陷类型1主绝缘表面导电颗粒悬浮2主绝缘切向气隙3外半导电层断口处半导电尖端4外半导电层断口处气隙5高电位尖端6主绝缘回缩7预制件安装错位缺陷类型设计原则人工缺陷部位选取在电缆接头，缺陷类型设计要能真实反映电力电缆线路在敷设、安装、运行过程中暴露出来的具有代表性的典型缺陷性质、特征和放电机理。电缆接头是电缆线路绝缘最薄弱环节，容易发生运行故障。3.1典型缺陷试验主绝缘表面导电颗粒悬浮缺陷3.1典型缺陷试验外半导电层断口处半导电尖端缺陷3.1典型缺陷试验预制件安装错位缺陷3.1典型缺陷试验局放信号获取采用电容耦合法电容耦合传感器及其等效电路3.1典型缺陷试验35kV电缆（含缺陷）局放试验研究•3.1典型缺陷试验110kV电缆（含缺陷）局放试验研究220kV电缆（含缺陷）局放试验研究3.1典型缺陷试验局部放电源（各类缺陷）局部放电信号局部放电检测装置信号数据流局部放电状态表征表征参数分布谱图局部放电特征提取特征参量指纹赋值局部放电模式识别模式类型缺陷判断绝缘诊断修正验证…起始电压PDIV熄灭电压PDEV放电能量W平均放电电流Iaverage放电功率P两次国内外市场电缆局放在线检测设备比对实验对国内外市场上六家局放检测设备进行了2次性能测评试验。采取盲测形式，试品可能为完好无局放，也可能为有单一缺陷（局放源），也有可能为2个缺陷（局放源）的电缆试品。测试环境：屏蔽大厅、典型干扰信号识别与消除、户外长强电磁环境。3.2局放设备测评3.2主流设备测评两次国内外市场主流电缆局放在线检测设备比对实验感受：（1）局放检测人员技术要求较高。同一套设备，前后2次比对试验人员不同，其检测结果差异大。（2）设备差异主要在干扰抑制。必须利用各类软硬件手段排除干扰，提取出局部放电信号。优秀的设备都有创新性且现场良好适用性的抗干扰方法。3.2主流设备测评举例：信号分离技术3.2主流设备测评厂家1:根据脉冲时域特征，形成等效时长-等效频率图，将谱图进行分类。2200()()TTttstdt220()Ffsfdf200()Tttstdt举例：信号分离技术3.2主流设备测评厂家2:根据三相放电量大小，形成类A-B-C（120度相位差）谱图，区分不同的放点簇。三相幅值比较形成过程2012年8月耐克森GIS充油终端局放现场复测：某公司110kVII滨云线（长123米）、汉云线（长109米）电缆型号均为ZR-YJLW02-64/110-1*500，均用于出变电站接架空线路。电力公司首次检测认为为严重的局放信号。3.3评价复测经过现场复测发现，三相终端接地线上均可测得明显的脉冲信号，且A相上测得的信号幅值大于B、C相。由此判断信号源来自A相，且在B、C相上有耦合信号。通过各相本体电流信号过零触发，三相放电谱图具有明显的120°相位差，且信号谱图呈现电晕类放电的特征。该信号