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电缆局部放电检测的研究现状

发布时间:2021-10-20 09:25人气:

对电力电缆的现场局部放电检测,目前主要有在线和离线两种检测方式。在线局部放电检测是在电缆运行状态下进行,这样对局部放电的测定评估限定在U0水平以下,对背景噪声的处理技术上有一定的难度。另外,在线局部放电检测系统还不能按照IEC的标准进行校准,PD水平无法量化,也不具备可比性一比。

离线局部放电检测是使用合适的高压电源来对离线电缆中局部放电进行定量测量,由此评估电缆在运行状态下的局部放电特性。对电缆进行现场局部放电检测(定量测量),目前还只能用离线的检测方法,其最重要的三个测量参数为:局部放电起始电压(PDIV)、局部放电熄灭电压(PDEV)和局部放电量。为更加准确的评估电缆中的局部放电特性,局部放电检测所加电压的波形及频率应尽可能与正常运行时电压波形相近,这样上述测量参数PDIV、PDEV和局部放电量就能更准确的反映出运行状况下的局部放电特性。

研究结果表明,绝缘薄弱处的局部放电跟所加电压波形和频率有关,相同电压下,不同的测试频率在同一点处所诱发的局部放电有很大差别。另一方面,局部放电检测时所加的高压不应对电缆绝缘造成二次损坏,用于电缆局部放电检测的设备必须按照IEC60270标准进行校准,这样定量测量的结果才有可比性。

对于电力电缆的离线检测,常用的技术有:工频测试方法、直流测试方法,超低频测试方法。

工频测试方法,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,如发电机、高压变压器或谐振器、控制仪器、局部放电探测和故障定位仪器、耦合电容和高压连接电缆。同时运输这些设备需要大型运输车辆,大大增加了测试费用,不利于现场条件下的离线检测。

直流测试方法,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,且交流和直流下电压分布差别较大,直流耐压实验后,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。
    
超低频测试方法,以0.1Hz正弦波形电压作为为局部放电激发源,其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部放电数据,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。

另外,从局部放电检测可信度角度来考虑,直流与超低频测试方法中所施加的电压与电缆实际运行电压不具备等效性,因此在这两种测试条件下电缆局部放电的特性也与工频运行条件下有较大区别。

振荡波实验系统,即称为Oscillating waveform test system(OWTS),或Damping AC Voltage (DAC,是近几年国内外供电单位尝试使用并替代交流耐压的一种新兴实验技术。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而不断完善的时期。近几年,由于快速关断开关等技术得到解决,美国、荷兰、日本、新加坡及中国北京、济南、上海等地的电力部门才开始引入这种方法,也先后证明该方法在检测电力电缆尤其是中压电缆系统绝缘状态的有效性。目前,关于OWTS的产品基本依托高校作为技术支撑。其中,荷兰达夫科技大学高压实验室的E.Gulski,F.J.Wester,J.J.Smit等人是研究振荡波实验技术的代表者。振荡波测试系统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,且实验不会对电缆造成伤害。

振荡波检测技术基于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。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。该技术具有以下突出优势:

1)对电缆无损坏。单次测试过程一分钟左右,测试效率高,对被测电缆无伤害;
2)局部放电检测可行度高。通过LC阻尼振荡对电缆试品施加近似于工频的正弦电压,在近似电缆运行状态的条件下完成局部放电信号的检测,且符合IEC及相关国家标准,局部放电检测结果具有很强的真实性;
3)适合现场巡检。该技术通过无源谐振技术取代传统的交流实验电源,系统体积及重量显著减小,实现了检测系统的便携性,极大降低并简化了电缆现场检测的难度与结构,可适用于现场大规模的巡检与普测;
4)判别局部放电类型并定位故障位置。该技术在近似工频状态下基于脉冲电流法高灵敏度检测局部放电,在此础上提取局部放电脉冲的指纹信息,结合故障模式库判别实测故障类型;基于脉冲信号在电缆中传播的行波原理完成脉冲对的匹配,根据时问差算法精确计算故障点所在位置。

北京市电力公司自2008年1月份以来利用OWTS振荡波局部放电检测设备进行10kV电缆状态监测,先后发现排除潜在性隐患多起,积累的大量实践经验。目前,北京市电力公司己经制定了应用振荡波测试系统进行电力电缆局部放电实验的相关标准,耐压与局部放电实验结合成为判定中压电缆的绝缘状况的主要手段。

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