35kV电缆振荡波局放检测试验方案

35kV电力电缆振荡波局部放电检测试验方案批准：XXX审核：XXX编写：XXXXX电科院试验所日期：电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-1-35kV电力电缆振荡波局部放电检测试验方案一、概况XLPE电力电缆由于其绝缘性能好、易于制造、安装方便、供电安全可靠、有利于城市和厂矿布局等优点，在城市电网中得到广泛使用。XLPE电缆在制造和接头操作过程中，绝缘层内部易出现的杂质、微孔、半导电层突起和分层缺陷，当外护套被侵蚀后引起的进水，水树枝演化成电树枝之后均会引起局部放电的发生。长期的实践证明，局部放电是造成电力电缆绝缘破坏的主要原因。首先，在局部放电的过程中，电离出来的电子、正负离子在电场力的作用下具有较大的能量，当它们撞到绝缘内空气隙的绝缘壁时，足以打断绝缘材料高分子的化学键，产生裂解。其次，在放电点上，介质发热可达到很高的温度，使得绝缘材料在放电点被烧焦或熔化，温度升高还会产生热裂解或促使氧化裂解，同时温度升高会增大介质的电导和损耗，由此产生恶性循环，导致绝缘体破坏。第三，在局部放电过程中会产生许多活性生成物，这些生成物会腐蚀绝缘体，使得介质性能劣化。第四，局部放电有可能产生X射线和Y射线，这两种射线具有较高的能量，促使高分子裂解。除此之外，连续爆破性的放电以及放电产生的高压气体都会使绝缘体产生微裂，从而发展成电树枝。局部放电会不断地破坏绝缘材料，最终导致绝缘击穿。电力电缆局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘存在着可能危及电缆安全运行的缺陷。因此，国内外许多专家、学者及一些国际电力权威机构一致推荐局部放电试验为绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法，并作为及时发现电缆故障隐患、预测电缆运行寿命、保障电缆安全可靠运行的重要手段。OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位技术，是目前国际国内应用比较广泛的能够有效检测和定位配电电缆局部放电的位置且检测本身不对电缆造成伤害的先进技术。从我国2008年初引进该技术，并成功的应用到奥运场馆及配套设施的电缆检测中，发现了多起电缆接头缺陷，取得了较好的成效，为奥运保电工作作出了一定的贡献。到目前为止，振荡波技术由于其电源与交流电源等效性好，作用时间短、操作方便、易于携带，可有效检测XLPE电力电缆中的各种缺陷，且试验不会对电缆造成伤害，在中国大江南北，包括国庆阅兵、青奥会、亚运会、G20、互联网大会等等、在绝大多数电力单位运用相当广泛。电力电缆由于其电容量大，很难在现场进行工频电压下的局部放电检测。过去充油电缆采用直流试验，可以大大降低电源的要求。但对XLPE电力电缆，由于其绝缘电阻较高，电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-2-且交流和直流下电压分布差别较大，直流耐压试验后，在XLPE电缆中，特别是电缆缺陷处会残留大量空间电荷，电缆投运后，这些空间电荷常造成电缆的绝缘击穿事故。采用超低频（0.1Hz）电源进行试验，要求试验时间长，电缆绝缘损伤较大，可引发电缆中的新的缺陷。振荡波电压是近年来国内外研究较多的一种用于XLPE电力电缆局部放电检测和定位的电源。该电源与交流电源等效性好，作用时间短、操作方便、易于携带，可有效检测XLPE电力电缆中的各种缺陷，且试验不会对电缆造成伤害[4]。电缆振荡波检测技术属于离线检测的一种有效形式。该技术基于LCR阻尼振荡原理，在完成电缆直流充电的基础上，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放电信号。振荡波检测技术起源于欧洲的荷兰大学，系统由瑞士和德国在20世纪90年代研制开发，并在德国、瑞士等国生产，该技术在2007年引进中国。通过现场试验，在不损害电缆本体绝缘的情况下检查配电电缆的绝缘状况及其内部局部放电情况，以对其绝缘进行评估。二、振荡波工作原理：基于OWTS技术的测试电压产生原理如图1所示。直流高压电源首先通过线性连续升压方式对被测电缆进行逐步充电（充电电流恒定）、加压至预设值。加压完成后，固态高压开关S（激光触发场效应管LTT）在小于1μS的时间内闭合，使被测电缆电容与OWTS系统中高压电感L产生谐振，从而在被测电缆上产生阻尼振荡交变电压（DAC），其波形及频率接近工频电压，且持续时间为mS级，对电缆绝缘无损伤。电缆振荡波局部放电检测基本原理如图1所示：图1电缆振荡波局放测试原理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，回路开始以的频率LCf2/1电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-3-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5O～1000Hz，相近于工频频率。图1中的中压电路一般具有相对低的介质损耗角的特点，与具有低损耗的空心电感相配，可得到具有高品质因数的谐振回路。回路品质Q一般为30～100，振荡波以谐振频率在0.3～1s内衰减完毕，这一过程只有几十分之一周波，并对被测试电缆充电，与50Hz(60Hz)时局部放电非常相似。振荡波所产生的局放脉冲符合lEC60270推荐值，局放脉冲定位可由行波方法完成，进而生产电缆故障图，电缆电容C和tan值可通过振荡波的时间和频率特性来计算。系统采用脉冲反射法进行局部放电定位，原理示意如图2所示。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（为方便起见，本文中称为“入射波”）经过时间t1到达测试端；另一个脉冲（本文中称为“反射波”）向测试对端传播，并在对端发生反射，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t，可计算局部放电发生位置，即1xtv2()lxltv211122xlvttlvt式中，v为脉冲在电缆中传播的波速。电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-4-图2脉冲反射法原理示意图对于长电缆，反射信号有衰减以及背景噪音影响大的解决方案（双端测量）传统单端振荡波测试系统是基于在被测电缆的一端检测局放初始信号和同一局放事件从电缆远端折回反射信号的时间差。如果局放缺陷位于靠近电缆近端一侧，局放的反射波形则需途径超过1,5倍电缆全长的路径才能到达近端的检测单元，这会给局放信号带来无法避免的无谓衰减。对于双端振荡波测试系统，在被测电缆的两端均会有一个局放测量单元用来检测局放初始信号，其特征是对于同一局放事件，两端捕捉的都是首先到达各自检测单元的局放信号。对于局放定位算法，这也就意味着系统所捕捉到的有效局放信号所途径的距离均小于被测电缆的全长。和单端测量系统相比，双端系统捕捉到的局放信号将拥有更小的信号衰减。因此对于长电缆的局放检测，双端系统会有更好的测量效果。双端定位系统和单端测试类似，双端DAC测试同样需要预先设定加压周期序列。在双端DAC测试过程中，只需要在测试系统的近端单元建立起一个测试序列，系统会自动生成一个数据库并可直接导入远端的测试单元。电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-5-双端测试连接示意图关于电缆振荡波测试定位图谱的判断：直观位置映像图及德国OHV公司DAC衰减曲线专利位置映像图典型的局部放电衰减曲线入射波与反射波电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-6-电缆全长及接头位置的校验波形三、试验工作内容使用仪器：德国OHVM30/60电缆振荡波局放检测仪，EasyflexCom多功能脉冲反射仪，绝缘摇表备选设备：电缆故障测试系统（防止电缆本身绝缘低，试验中击穿）德国OHV振荡波测试系统1、被测电缆要求及测试前准备1）局放测试前，将电缆断电、接地放电，两端悬空，布置好安全围栏；2）尽量将电缆接头处PT、避雷器等其它设备拆除；3）电缆头擦拭干净，电缆头与周边接地部位绝缘距离足够；4）收集电缆长度、型号、类型、投运日期等电缆参数；电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-7-2、绝缘电阻测试电缆主绝缘电阻测试，采用2500V-5000V绝缘摇表进行测试，绝缘电阻在试验前后应无明显变化；对于配电电缆主绝缘电阻测试的绝缘电阻只有大于50MΩ才可以进行下一步试验。3、测试电缆中间接头位置及电缆长度采用EasyflexCom多功能脉冲反射仪（如图3）对电缆全长及其中间接头位置进行测试，以测量电缆长度及接头位置和对电缆短路和断路故障进行预定位。测试要求：1）电缆全长必须准确，以用于校准；2）中间接头测量尽量准确和详细，有利于最终判断局放位置；3）测量范围：50m～15000m，需根据电缆长度调节测量范围。图3多功能脉冲反射仪4、振荡波局部放电试验4.1电缆局放校准。采用OWTS-M30-60型电缆振荡波局部放电测试和定位仪，图4所示为校准界面：测试要求：1）将局放校准仪连线的接线端分别夹在被测电缆的线芯和屏蔽上；电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-8-2）注意在高压测试开始时将校准器连线拆除；3）局放校准仪的输出频率设定在100Hz；4）校准区间从100pC～10nC均要校准。在每个台阶下均校准。图4局放校准界面4.2振荡波局放测试1）试验接线步骤：a、将高压单元接地与现场主接地相连；b、将放电棒与现场主接地相连；c、将高压开关控制连线连接至控制盒；d、将直连网线连接至笔记本电脑；e、将高压测试电缆连接好；f、将高压单元电源线与电源连接；g、电缆参数及中间接头参数输入及准备(全文汉化)电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-9-2）加压测试程序a、启动高压单元高压。将高压安全钥匙开启，绿灯亮；按下高压控制开关绿色按键，红灯亮；b、选择被测电缆相位、界面显示模式、量程、加压模式；c、输入测试电压，逐级加压并保存有效的测试数据；d、对被测电缆和高压单元放电并换相测试；e、三相测试结束，关闭高压单元，将被测电缆接地；3）测试要求及注意事项：a、0kV电压等级下测量环境噪声；b、分别在0.3U0、0.5U0、0.7U0、0.9U0、1.0U0、1.2U0、1.3U0、1.5U0、1.7U0电压等级下测量局部放电，测量界面如图5所示；电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-10-图5电缆局放测试界面c、电缆局放故障点局放随着测试电压的升高而变大，每次测试选择相应的量程；d、尽量减小环境噪音干扰，如有施工可要求暂停；e、尽量减小来自地线的干扰如电晕等；f、为排除高压测试电缆与被测电缆之间的连接不好而造成的人为干扰，高压电缆与被测电缆的连接需要严密接触完整。5、振荡波局放诊断评价1）绝缘电阻：绝缘电阻参数作为辅助参考，当绝缘电阻值出现下列其中一种情况，应对电缆进行进电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-11-一步检查（M代表三相电缆中最小的绝缘电阻值）：a、M＜50MΩ，针对交联电缆；b、50MΩ≤M＜1GMΩ，并且最高和最低绝缘相差大于5倍；c、1GΩ≤M＜1000GΩ，并且最高和最低绝缘相差大于15倍；d、低于上次试验的70%。2）电缆局部放电量：当电缆的以下部件出现下列的局放量超标情况，应视为缺陷情况：a、电缆本体：＞300pC；b、电缆终端：＞5000pC；c、电缆中间接头：＞500pC。6、电缆振荡波局放异常处理决策1）绝缘电阻异常情况处理措施a、进一步加强跟踪及检测，缩短试验周期；电力电缆振荡波局部放电检测试验方案-12-b、进一步进行电缆振荡波局放试验，确认原因。2）电缆振荡波局放量超标异常情况处理措施a、带电情况下采用超声波、地电波、红外等手段进行状态监测；b、保供电期间缩短带电测试周期；c、更换局放量超标部件；d、对缺陷电缆线路的故障部件进行更换前、后局放试验；e、对缺陷电缆接头、终端及本体进行解体试验，初步探讨振荡波有效性，进一步制定我局电缆振荡波局放试验的规程。7、试验时间：1.5～2.5小时/段。（含设备转运及安装等，实际测试每条约20-30分钟），如有必要可以配合带电局放一起测试，如上图。8、人员安排：整个试验由工作负责人统一指挥，一人操作振荡波局放检测系统，一人负责脉冲反射仪测距、信号校准器输入及各相电缆头测试接线，一人负责电缆主绝缘电阻测试，在监护升压过程（可由工作负责人负责），一