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电力电缆局部放电检测技术

发布时间:2022-02-11 17:23人气:

不难发现电缆绝缘状况的好坏与电缆的局部放电量有直接关系,一旦局部放电量超标,极有可能存在影响电缆正常运行的安全隐患,因此通过电缆局部放电量的准确测量是最直接的判断方法。国内外专家学者以及IEEE国际大电网会议等机构建议,局部放电试验是检验XLPE电缆的绝缘状态的最好方式。

电力电缆局部放电检测技术包括直流耐压法、交流耐压法、超低频法和振荡波法。由于电缆等效电容值大,在现场条件下进行局部放电检测难度较大,常用方法包括了直流耐压法和交流谐振耐压法。

直流耐压法用于测量电缆的局部放电信号,方法是通过采取高压直流电压来测量局放信号,施加的直流电压会在电缆芯线与外皮之间累积空间电荷,累积的空间电荷与电缆正常运行电压叠加后会产生远高于额定电压的过电压,对电缆绝缘造成损伤,因此直流耐压法近年来使用的越来越少,有些部门甚至禁止对电缆做直流耐压测试。

下图所示为串谐电路,当电容值与电感值为一特殊数字时,该电路会发生串谐现象,此时电抗器上的电压与电容器上的电压数值相等、相位相反,并且电压值远高于输入电压。电缆属于电容性设备,所以能够作为回路中的电容值,再通过调节电感L或电源的频率,可上产生一个高电压值U0。串联谐振时,Q为品质因素,Q=2πf L/R0 。

工频串谐耐压实验是利用调节电感值大小,与电缆电容形成串谐,可以模拟实际运行情况,是测试XLPE电缆最合适的方法,既能够掌握绝缘泄漏大小,也能真实反应电缆的耐压特性。变频谐振试验的设备具有调谐方便、重量轻、易于移动的优点,因此在XLPE电力电缆的现场运用的比较广泛。

GB50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中对塑胶电缆在20Hz-300Hz交流耐压试验电压和时间如表所示。

额定电压U/U0 试验电压 时间(min)
18/30kV以下 2U0 15(或60)
21/35-64/110kV 2U0 60
127/220kV 1.7U0(或1.4U0) 60
190/330kV 1.7U0(或1.3U0) 60
290/500kV 1.7U0(或1.1U0) 60

但如果试验电缆较长,几公里乃至十几公里的时候,就必须采用大功率或者更高电压等级的设备,如发电机、试验变压器、谐振腔、变频电源控制箱、局部放电检测仪等,耦合电容和高压电缆连接。同时这些设备的吊装、运输需要必须利用大型吊车和车辆,成倍增加了试验成本,且在很多现场紧凑的条件下无法使用。如图所示,长电缆的现场试验图。
交流耐压试验现场图
交流耐压试验现场图
近年来,频繁使用的测试方法为电缆局部放电为0.1Hz超低频(VLF)法,事实证明得到了良好的经济效益。这种方法既可以用于介质损耗角测量、局部放电测试以及故障定位,电压耐压值达3U0,测试时间60分钟。该方法是基于0.1Hz正弦波激励源,曲线的斜率较低,所以我们测试时间较长,可以产生和收集大量的PD数据。但是此种方法对电缆损害较大,并会造成新的故障点,电缆击穿的风险增长。它需要比实际工作电压高3倍,持续约60分钟,这将加速电缆绝缘老化和浪费时间。

基于LCR的阻尼振荡原理是振荡波局部放电检测技术的理论基石,在给电缆直流充电完成后,通过内置的高压电抗器以及实时固态开关与试品电缆产生阻尼振荡电压波,在试品上施加类似工频的正弦电压波,激发出缺陷处的局放信号进行采集。基于脉冲电流法进行局放检测,对被测电缆无伤害,且检测结果与工频情况下非常接近。

耐压试验都有一定的局限性,CIGRE SC21 WG21-09工作组指出采用工频交流电压或近似工频的交流电压(30-300Hz)进行试验,证实比其他试验方法有效。采用局部放电试验与交流电压试验相结合的方法可能更为有效,但试验方法尚在研究与开发中。

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