电力电缆局放在线检测

电力电缆局放在线检测第1页/共54页主要内容电力电缆基本知识电力电缆发展背景、结构特点，分类，运行情况等电力电缆的绝缘特征量、劣化机理电力电缆的检测与故障诊断技术直流泄漏电流检测介质损耗角正切tgδ的在线检测局部放电在线检测技术第2页/共54页电力电缆基本知识背景电力电缆主要用于发电厂、变电所、工矿企业的动力引入/出线过海、过江、过铁路等特殊部位，多采用电缆20世纪80年代初，随着XLPE电缆的广泛应用，电力电缆与GIS一起成为城网改造的两项重要举措。电力电缆与架空线路相比，优点是受气候影响小，节省空间、安全可靠、隐蔽耐用，但成本较高第3页/共54页tanδ法：从电压互感器取电压，用电流传感器测流经电缆绝缘的工频电流，通过装置测出电缆绝缘的tanδ，此信息反映出绝缘缺陷的平均程度。目前对介质损耗角正切来衡量电缆绝缘老化还存在不同看法，有研究者认为，仅能反映电缆吸水受潮的程度。第4页/共54页低频法低频成分法：由于水树的存在，在电缆绝缘电流中还有低频成分，其频谱在10Hz尤其在3Hz以下。可测低频电流进行诊断，低频电流是nA级。低频叠加法：将7.5Hz20V的低频电压在线加于电缆，在接地线中测微电流，算出电阻。第5页/共54页低频成分电流频谱低频叠加法测得的绝缘电阻与击穿电压的关系第6页/共54页电缆局部放电的检测与油纸绝缘相比，XLPE电缆对局部放电非常敏感。局部放电会在XLPE电缆绝缘内引起电树枝击穿，它是最危险的劣化形式之一。电缆对局部放电要求非常严格，不超过10pC例如在3.2mm厚的XLPE电缆模型上实验时，击穿电压为36kV，当已形成击穿通道时，相应的局放量仅为3pC，5.6s后增至500pC，随即发生击穿。电缆发生局部放电的部位大多在接头和终端部位。电缆局部放电监测的主要困难是现场严重的干扰。第7页/共54页电缆接头盒上的监测：监测频率可大于10M，可用差动平衡电路和极性鉴别电路来抗干扰。电缆接头盒上的监测

第8页/共54页高频脉冲电流法传感器采用宽带罗哥夫斯基线圈第9页/共54页电容分压器法电容分压器监测

灵敏度取决于分压比：C1/(C1+C2)第10页/共54页高频脉冲电流法和电容分压器法较适合现场使用。电容分压器法灵敏度最高，且有利于故障的定位。但其缺点是需要破坏电缆屏蔽层，在连接盒上插入内电极等，在现场实现还有一定困难。第11页/共54页感应传感器法：原理：当电缆屏蔽由多股螺旋状带绕成时，局放电流在屏蔽线上的电流可分为沿电缆和围绕电缆的分量，切向电流产生轴向磁场，该磁力线在电缆外侧，用线圈制成特高频传感器装在电缆外。特点：方便安装，可定位，400M测量频率。感应传感器法第12页/共54页VHF测量方法美国爱迪生公司研究发现：在带状屏蔽电缆中，局放信号中的甚高频分量可被测到的距离为400－600m之内，超高频分量可被测到的距离为2m之内。第13页/共54页三、XPLE电缆局部放电在线监测的试验研究1、VHF钳形传感器的研制第14页/共54页电流传感器的幅频特性曲线第15页/共54页VHF检测系统组成及检测效果验证第16页/共54页VHF传感器与局部放电仪测试结果对比第17页/共54页检测灵敏度小于5pC检测效果优于常规检测法第18页/共54页2、UHF传感器的研制第19页/共54页3、分析软件第20页/共54页4、模拟装置第21页/共54页整体接线图第22页/共54页局部放电模型气泡放电尖板放电滑闪放电悬浮放电第23页/共54页尖板放电第24页/共54页气泡放电第25页/共54页滑闪放电第26页/共54页悬浮放电第27页/共54页基于信号波形特征分析的局放检测第28页/共54页四、现场测试情况1、现场测量系统第29页/共54页

现场中大一线和中大二线中间接头井中的中间接头分布情况第30页/共54页2、现场测量的线路数五条110kV高压XLPE电力电缆21个中间接头（其中12个充油式中间接头，9个预制式中间接头）第31页/共54页浇注式中间接头第32页/共54页充油中间接头第33页/共54页测试现场第34页/共54页测试现场第35页/共54页3、现场测量结果一号井中大二线B相160PC第36页/共54页一号井中大二线A相约160PC第37页/共54页一号井中大二线C相约300PC第38页/共54页二号井中大一线A相约50PC第39页/共54页二号井中大一线B相约50PC第40页/共54页电力电缆局部放电检测的难点对中压电缆局部放电测试及其故障定位已被全世界接受，同时要求做出厂非破坏性试验。而测试困难在于，在工频条件下，对几公里长的电缆进行充电测试需要很大的能量，该充电系统包含多个设备，系统繁重复杂，不利于现场检测。替代方法：超低频检测技术。以0.1Hz正弦波形电压作为为局放激发源

，可用于电介质损耗角测量，局部放电测量/故障定位。缺点：电源极性转换频率很低，转换时电压曲线斜率也低，这样就需要加很高的电压并且测试较长的时间才能激发并采集到足够多的局放数据，因此对电缆的损伤就比较大，并引发电缆中的新缺陷，增加电缆击穿的几率。

第41页/共54页技术介绍----试验电压的产生试验电压的产生：直流电源对被试电缆电容充电，之后通过设备电感与被试电缆电容发生谐振，在被试电缆端产生阻尼振荡电压。

直流充电LC振荡+++++++++++++++第42页/共54页技术介绍----基于行波原理的故障源定位局部放电的定位——波反射原理一对“入射波”与“反射波”第43页/共54页电缆局部放电振荡波检测技术的优势优势：局部检测在振荡波测试电压下进行，振荡电压频率范围为50Hz~500Hz，电场强度分布和正常工作状态一样。结构紧凑，重量轻，适用于现场检测。测试时间短，不会对被测电缆造成任何损坏。特色：试验电压的产生局部放电的定位放电量的校准与测量适用于电力电缆局部放电的现场检测第44页/共54页振荡波检测技术在北京地区的使用情况北京市电力公司自2008年1月份以来，利用OWTS振荡波局放检测设备进行10kV电缆状态监测，先后发现排除潜在性隐患多起，对确保第29届北京奥运会、第13届残奥会和60周年大庆期间重要用户的安全可靠供电发挥了重要作用。实践证明，OWTS电缆局放检测和定位系统可以有效检测10kV配电电缆的局放水平并对其进行准确定位，特别是针对投运前的电缆和运行时间较长的老旧电缆进行检测，可以促进安装工艺的提高和避免电缆因长期运行逐渐劣化引起突发性事故的发生，值得进一步推广应用。第45页/共54页北京地区振荡波实测案例利用OWTS装置对某10/8.7kVXLPE三芯电缆进行局部放电检测和定位,该电缆全长383m,距离测试端100m处有一个热缩中间接头。经局部放电振荡波检测,发现该电缆在1.7UN时放电量达到10000pC左右;0.5UN时放电量达到1000pC左右。经定位检测,发现放电缺陷就在中间接头处。第46页/共54页在电缆测试端注入放电量为1000pC的脉冲信号时系统采集到的波形加压至1.7UN时采集到的放电波形系统分析软件中对单个脉冲进行分析和定位的界面定位结果显示。几乎所有的放电脉冲都集中在100m位置,即中间接头位置,放电量可以达到10000pC。第47页/共54页测试结果验证外屏蔽剥削不整齐,有突起,未打磨。外层热缩管是半导电材料,黑层热缩管是绝缘材料。外层热缩管端部不整齐,未用半导电带做过渡形成坡口,且热缩管表面有凹陷,不平滑里层热缩管与电缆导体接触,有凹陷,不平滑。里层热缩管与电缆导体接触,表面有凹陷,不平滑。内、外半导电热缩管的端部均没有用半导电带缠绕形成坡口。第48页/共54页测试结论振荡波测试系统使用方便,适合现场使用,可以有效排除现场环境噪声和外部信号的干扰,能够准确检测电缆的局放情况。实践证明,OWTS

的电缆局部放电检测和定位装置通过采用振荡波电源技术,作用时间短、操作方便、易于携带,可有效检测XLPE电缆中的各种缺陷,且试验不会对电缆造成伤害。行波定位技术可以在现场有效检测出10kV

配电电缆的局部放电水平并对其进行准确定位。第49页/共54页广东省电网公司的使用情况为切实将状态监测工作落到实处，根据主网稳定、配网可靠的电网资产管理思路以及全面施行创先工作的有关要求，广东省电网公司引进了10kV振荡波电压电缆局部放电检测与定位系统，专门用来解决当前10kV电缆的绝缘状态诊断问题。2009年9月17至20日，广州市电力试验研究所组织有关技术人员开展基于振荡波电压法的10kVXLPE电缆局部放电检测与定位的初步试验研究工作。试验时在真实电缆试品上人为设置各类常见的故障模型，用振荡波检测装置进行检测，将检测结果与预置故障源进行对比，从而判定振荡波检测系统的有效性。第50页/共54页验证结果第51页/共54页总结振荡波检测技术是电缆局部放电检测的新方法。上世纪九十年代初至九十年代末期为实验室摸索阶段，2000年至2007年之间为通过现场试点