抑制电力电缆局部放电试验系统背景干扰的探讨.pdf

2 O O 7年第 2 期 No 2 2 0 o 7 电 线 电 缆 El e c tile Wi r e Ca b l e 2 0 o 7 年 4月 Apr ， 2 0 0 7 抑制电力电缆局部放 电试验系统背景干扰的探讨 范洪欣 ， 蔡建 国 ( 国家 电线电缆质量监督 检测 中心 ， 上海 2 0 0 0 9 3 ) 摘要 ： 论述和分析 了在测量交联聚 乙烯绝缘 电力电缆局部放 电试 验时各种 背景 干扰噪音产 生的原因 ， 结合 了 在实践 中遇到的各种 干扰 ， 讨论押制干扰 的多种 方法。 关键词 ： 交联 聚 乙烯绝缘 电力 电缆 ； 局部放 电试验 ； 背景干扰噪音 ； 押制干扰方法 中图分类号 ： T M 2 0 6 ； T M 2 4 7 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 6 9 0 1 ( 2 0 o 7 ) 0 2 0 0 3 8 0 4 A Pr o be i nt o t he Ba c k g r o u nd I nt e rfe r e n c e o f th e Te s t i n g S y s tem f o r PD i n Po we r Ca b l e s FAN Ho n g - x i n，e t a l ( C h i n a N a t i o n a l S u p e r v i s i o n a n d T e s t i n g Ce n t r e f o r E l e c t r i c Wi r e and C abl e ，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 3 ，C hina) Ab s t r ac t：Th i s p a pe r d i g c u g s e and a n a l y s e s t h e f a c t o r s r e s p o n s i b l e f o r the b a c k g r o u n d i n t e r f e ring n o i s e i n P D t e s t f o r XL P E p o we r c abl e sCo nsi d e r i ng the i n t e r f e r e n c e s e n c o u n t e r e d i n p r a c tic e， the a u tho r d i s c u s s e s the ma n y wa y s f o r i n f e r e n c e p r o h i b i t i o n Ke y wo r d s：XLP E p o we r c a bl e；PD t e s t ；b a c k g r o u n d i n t e rfe ring n o i se ；wa y s f o r i nfe ren c e p r o h i bi t i o n 0 引 言 高压交联聚乙烯电力电缆( 以下简称交联电缆 ) 是输变电系统中的重要产品之一 。 它的优劣直接关 系到国计民生。为了确保交联电缆的质量 ， 按 G B T 1 2 7 0 6 2 0 0 2标准规定要进行导体直流电阻、 局部放 电和交流电压等试验。 其 中最重要 的一环是 电缆局 部 放 电测试 。 由于局部放 电的放电能量很小。 所 以通常不影 响电缆的短时绝缘强度。但 是。 多处存在的这些微 弱放电能量 的局部放电。 即可以慢慢地损坏绝缘 。 日 积月累。 最终导致绝缘的击穿。也就是说， 存在着内 部缺陷的电缆 。 尽管电缆已通过了出厂验收时的电 压试验， 但 由于电缆内部存在着缺陷， 因此在长期的 运行中仍可能在正常电压下发生击穿。所以必须要 检测电缆绝缘 内部的局部 放电， 并且已将其作为交 联电缆出厂检验的必检项 目。 局部 放 电是 一种 很微 小 的放 电 ， 它 的放 电能 量 单位是 p c ( 1 X 1 0 库仑) 。根据 国标 G B 1 2 7 0 6 2 0 0 2 规定， 对于 3 5 k v的交联电缆 ， 在 4 5 k V的工频 试验电压下 ， 电缆的局部放电量不能超过 l 0 p c 。这 l 0 p c相当于0 1 V的脉冲放 电， 即在 4 5 k v试验电 压下要测试到0 1 V的脉冲放 电， 其难度可想而知。 要做到这样 ， 既要提高局部测量系统的灵敏度 ， 又要 收稿 日期 ： 2 0 0 6 1 0 2 0 作者简介 ： 范洪欣 ( 1 9 7 2 一) ， 男 ， 江苏常熟人 ， 工程师 作者地址 ： 上海市军工路 1 0 0 0号 2 0 0 0 9 3 提高其抗干扰的能力。因此 。 提高系统 的抗干扰能 力是局部放 电测量中极其关键的重大措施 。 以保证 测量的精确性和可靠性。 1 标准 与规范 电力电缆试验标准 G B 1 2 7 0 61 9 9 1规定 了 3 5 k V及 以下交联电缆在 4 5 k V工频试验电压下。 局部 放电量( 以下简称局放) 应小于 2 0 p c 。 而 G B T 1 2 7 0 6 2 0 0 2规定局放量应小于 l 0 p c 。 可见要求 越来越 高。 局放量越来越小。因此 ， 当背景噪音大于或接近 l 0 p c时。 已难 以确定测量值的正确性和可靠性 。 即 也难以确定该电缆是否合格。 本文以美国希波公 司的设备为例进行论述 。希 波公 司生产 的局 放 检测设 备 是利 用脉 冲 电流法 ( E R A法) 为原理并精心考虑电缆 的特殊需要 ， 构成 了一个 完整 的测试 系统 。该系统 还对 一定 长 度 的 交联聚乙烯绝缘电缆局放试验 ， 规定 了背景噪音与 电缆特性阻抗之间要达到如下水平 ， 以保证试验系 统 的正 常运 行 ： ( 1 ) 当电缆特性阻抗为 l 03 0 Q时 ： 背景噪音 应 小 于2 5 p C ； ( 2 ) 当电缆特性阻抗大于 3 0 Q时 ： 背景 噪音应 小 于 2 p C 。 即只有符合上述条件 ， 才能正确地反映电缆真 实的本体局放性能 ， 才能对 l 0 p c这样较轻微 的电 缆绝缘故障点进行精确的测量和定位 。 维普资讯 2 0 0 7年第 2期 No 2 2 0o 7 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 0 7年 4月 Ap r ， 2 0 0 7 2 背景噪音产生 的原 因 背 景噪 音决 定 了 最小 可 见 的视 在 放 电量 ， 亦 即 决定测量系统的灵敏度 ， 严重 的噪音将使局部放电 测量无法进行。要消除干扰， 必须先找到干扰源， 并 采取措施给以消除。干扰 的来源很多 ， 如送电线路 的电晕放电， 外界输人的电磁波 ， 例如各种电机或电 器的操作、 开关的开闭 ， 高压线放 电等 ， 以及导体接 触不良， 试验 电路接地不佳 ， 屏蔽不 良和内部有放电 现象等等， 而且这些干扰都是随机的， 因此难于建立 全 面的识别 方法 。 首先， 分析干扰进入试验回路的途径 ， 如图 1 所 示 。 图 1 干扰进入试验回路 的途径 T r 试验变压器 U 一电源干扰 c 被试品 U B 一接地干扰 c k 耦合 电容器 U 一试验 回路杂散电容 C产生的 干扰 z 一测量阻抗 U 。 悬浮电位放 电产生的干扰 D。 一 检测仪 u 一 高压各端部电晕 放电的干扰 M一邻近试验回路金属物 I 一试验变压器的放电干扰 I 杂散电感 L M耦合的辐射干扰 I 一耦合 电容器放 电干扰 综上所述 ， 干扰源来 自于电源 干扰 u 、 电磁辐 射干扰 1 、 地电位干扰 u 、 各种 电晕干扰 u 及 u 。 和终端放电等。但在实践 中遇到的大量干扰主要来 自于 u 、 I 和 u 。 3 背景噪音 的识别和抑制原则 由于局放的背景噪音是随机而且杂乱无章的， 因此 ， 难以建立全面 的识别方法 ， 但可利用文献 2 ， 3 提供的几种局部放 电的基本图谱 来提高识别能 力 。 其实， 只要严格按照局放仪 的技术规范去安装 和使用 ， 背景噪音会控制在允许范围之内的。 通常， 局放现场试验时会产生各种干扰， 但是 ， 实践证明， 有些干扰信号 ， 要把它全部抑制也是非常 困难 的。因此 ， 从经 济和实 用 角度考 虑 ， 只要 把干 扰 信号降低到允许范围之内， 从而不影响识别与判断， 则就不必要花很大精力将干扰信号全部抑制 。 4 局放现场试 验时干扰成 因及解决措施 希波公司生产的局放仪 已对各类干扰采取了相 应措施， 在技术规范中已明确指出。但实际使用中 因种种原因， 各类干扰还会频频出现， 所以只有反复 实践 ， 在不断总结经验中加深理解其规范， 才能把局 放试验做好 。以下论述试验实践中碰到的有关问题 及其解 决 的方法 。 4 1局放试 验 室的屏 蔽 屏蔽室对局放试验而言主要是屏蔽高频 电磁场 的影响。它采用低 电阻的金属材料 ， 利用电磁场在 屏蔽金属 内部产生的涡流所产生的反向磁场来抵消 原磁场。由于屏蔽板或网是接地的， 所以它也可兼 顾由分布电容耦合而产生 的静 电干扰 ， 达 到静电屏 蔽的效果 。 高压局放试验室由六面屏蔽在电气上焊成一体 并接地， 因此 ， 其实际上是一个大法拉第笼。这个笼 有很好的静电屏蔽 ， 而对磁场屏蔽而言要求屏蔽效 果约达 一6 0 d B ， 即采取屏蔽后使干扰磁场强度减弱 1 o 0 0 倍 。通常局放值为几个 p c， 因此， 如果要求干 扰水平小于 1 p C ， 这应该是足够的 。 但是 ， 在实践 中， 有的厂家为了防止接地棒与连 接螺丝生锈 ， 把防锈漆错误地涂在金属棒或与屏蔽 室连接的铜螺栓处 ， 这样就使屏蔽室失去了屏蔽作 用， 当外来电动工具工作时 ， 示波器像限上就会明显 地出现叠加 1 03 0 p c类似尖峰的放电信 号， 即使 屏蔽室门全关时该现象仍不 能消除 ， 即实际上说明 此屏蔽室的屏蔽已失效。当把油漆清除后 ， 重新涂 上即可防锈又可降低接触 电阻的 电力脂类或稀土、 石墨型长效防腐降阻剂后 ， 在屏蔽门全关闭情况下 ， 局放椭 圆形 波形上叠加 的背景 噪音可降低到 l p c 以下。这时， 即使电动工具在屏蔽室外启动与工作 ， 局放试验照样能正常地进行。 其次 ， 在 13常反复试验中， 要经常检查屏蔽门的 状况 ， 对于推拉式屏蔽门要特别避免门边撞击变形， 要确保 门框和门的间隙构成非接触式并且成为一个 等距的波导管， 这样才能确保其屏蔽效果 ； 而对于开 式屏蔽 门要经常检查门框和门边装嵌的凸形弹性磷 青铜片的质量， 要确保屏蔽 门关闭后 ， 使屏蔽室和屏 蔽门能构成一个导电良好的一个屏蔽整体。同时要 经常清除门沟内的灰尘及杂物 ， 尤其是金属物或金 属粉尘， 这样 ， 才能做到万无一失 ， 保证局放试验室 3 9 维普资讯 2 0 0 7 年第 2 期 No 2 2 0 ( ) 7 电 线 电 缆 El e c t r i c W ir e Ca b l e 2 0 0 7 年 4月 Ap r ， 2 0 07 的良好屏蔽。 4 2 出入 屏蔽 室的管道 与线 路 为了降低局放试验的背景噪音水平 ， 除 了把试 验室屏蔽起来外， 还要 防止外部干扰通过管道和线 路等窜入室内。凡是金属管道穿过屏蔽室时都必须 与屏蔽连接好， 否则它们会象天线一样把干扰引入。 凡是通过屏蔽室的配电线要先通过隔离变压器和滤 波器 。 通常， 局放试验 系统 的电网是采用 工频 2 2 0 V 输入电压， 然后经双屏蔽变压器及其低压滤波器 ， 对 电网给予大 于 1 2 0 d B的噪音衰减。这套供 电设备 单独使用时应该是没问题 的。但在实践中， 有的厂 还用这套供电设备供给其他设备使用 ， 这样就会产 生干扰。所以建议屏蔽室里的其他辅助设备 ， 可另 用一台双屏蔽隔离变压器供 电， 若有功率较大的设 备( 如空调等 ) 建议用分体式空调单独供电， 将室外 机装在屏蔽室外 ， 接地线也在室外， 而室内机地线仅 与室外机相连 ， 也 即让 它成为一个独立系统 ， 这样 ， 干扰水平可降到 1 p C以下甚至消失 。 局放系统的所有低压信号传输线应采用双屏蔽 同轴射频电缆。实践证明， 采用双屏蔽 同轴射频电 缆( 或称三同轴电缆 ) 、 优质 B N C连接器 ， 以及电缆 与示波器 良好接地等这样的测试 回路是消除干扰的 有效方法 ， 如 图 2 所示 。 图 2抗 干 扰 性 能 优 良的测 试 回路 l 一电缆内导体2 一电缆外导体( 或内屏蔽层 ) 3 一 电缆屏蔽层 ( 或 外屏蔽层 ) 4 一B N C接头5 一示波器外加屏蔽层6 _示波器 图 2中示波器是放置于屏蔽罩内， 屏蔽罩与双 屏蔽同轴 电缆的外屏蔽层相互连接并接地。这里要 重点论述一下为什么要采用双屏蔽同轴电缆。众所 周知 ， 普通型同轴电缆( 或称单屏蔽同轴 电缆 ) 是 内 导体、 绝缘、 外导体及护套所组成。由于高频信号传 输时的集肤效应 ， 高频信号是沿着内导体的外表面 及外导体的内表面进行传输， 因此， 外导体 的外表面 就成为一个良好 的屏蔽体 ， 能起到一定的屏蔽作用。 而这种屏蔽作用会随着信号 的传输频率的增高 ， 集 肤效应的显著而越来越好 ； 反之 ， 越来越差 。双屏蔽 同轴电缆是 由内导体 、 绝缘 、 外导体 ( 或称 内屏蔽 4 0 层 ) ， 内护套、 屏蔽层( 或称外屏蔽层) 及外护套组成 ， 信号传输由内、 外导体构成的测试回路中进行 ， 而屏 蔽层是用于直接接地屏蔽 ， 这样就可把干扰电流直 接引入大地 ， 完全地将其从测试回路中分离出去， 提 高测试正确性和可靠性 ， 这说明， 不采用普通型同轴 电缆作为本系统 的信号传输线 的原因， 但有的生产 厂仍采用普通型同轴 电缆作为信号传输线。 4 3 排 除屏 蔽 室 内部 的干扰 源 排除来 自于屏蔽室 内部的干扰 ， 也是极其重要 的 。 所有高压电极及引线都应有合适的曲率半径和 光滑洁净的表面状态， 并应接触 良好 。所有不带 电 的金属部件都应良好接地 。 局放试验室内部照明最好放在屏蔽门外适 当位 置， 将照明投入室内， 并由双极开关同时断开灯具的 火线与零线 ， 在必要时， 还得把灯关掉 。 实践证明， 光源不宜采用冷光灯 ， 尤其是采用电 子整流器的冷光灯 ， 因它会产生强电磁干扰 ， 严重时 会超过 4 6 p C， 所以， 应采用普通 白炽灯为宜。 4 4 接地 与地线 系统 局放试验 ， 由于电压的性质和工作方式 ， 更需要 建立一个可靠的地线系统， 使其 既能达到工作接地 又能满 足保护接 地 。 为了消除 由于地 电位升高引起 的干扰 ， 可采取 减小接 地阻抗 和排 除地 中 电流 。 试验系统的接地宜采用铜管状 电极、 铜板状 电 极 ， 连接件可采用铜母排 ， 活动连接可采用多股绞合 软导线等， 这样可确保接地电阻在 1 Q以下 ， 若能做 到 0 5 Q以下更佳 。 为 了排除地中电流 ， 放电回路都在地面上有回 路母线 ， 这根母线一般由铜板或铜带制成 ， 除有一点 与接地网相连 ， 其余部分与地绝缘。这样接地网和 回路连线就严格分开。 但局放试验 电压较高 ， 这时寄生电容( 设备对地 面、 墙壁 、 天花板等杂散电容) 也将放电， 这些电流必 在地中流过， 它能变动地 电位 ， 从而影 响测量结果。 解决这个问题的最理想办法是把整个局放试验做成 一 个大法拉第笼， 而且笼与地只有一点相连 ， 测量仪 和线路在笼内， 由于笼体尺寸较大 ， 阻抗小， 杂散 电 容电流在笼上造 成的压降很小 ， 所以 ， 地 电位较稳 定 。但这样做 ， 投资成本较高。实践中， 一般采用在 地面铺许多铝板 ， 互成一整片， 板只有一点接地。高 压设备置于铝板上 ， 设备接地点用宽铜带与板相连 ， 所有测量电缆、 控制 电缆和接地线应从板下电缆套 管 中通过， 避免在板上形成回路。 维普资讯 2 0 0 7 年第 2 期 N o 2 2 0 0 7 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r e C a b l e 2 0 0 7年 4月 Ap r ， 2 0 0 7 例如， 希波公司的局放高压滤波器的电容接地 ， 是利用电容 自身连接螺栓直接固定在移动小车的铁 板上 ， 并通过铁板接地。由于铁板的导电率较差 ， 加 上表面油漆和绝缘油污 ， 在高压 下就会产生较大 的 杂散电容电流 ， 往往有 1 2 p C背景噪音 ， 现经加多 层薄铜片来连接该电容接地点及改善移动小车的集 中接地点后， 背景噪音基本消失 。 4 5其它 实际试验时 ， 还有许多具体的细微处要特加注 意 ： ( 1 ) 试验设备应紧固连接 ， 连接导线宜采用高压 绝缘软线 ， 连接处建议采用压接或焊接 ， 且线对不得 外露 。 ( 2 ) 确保试验 现场及所有 高压元件的干净 、 干 燥 、 无油污、 无粉尘、 无锈蚀， 在潮湿天气进行 3 5 k V 局放试验时 ， 为避免潮湿对试验的影响， 建议采用无 水酒精擦元件表面， 然后用干布擦干。 ( 3 ) 屏蔽室不应堆放与试验无关的杂物 ， 尤其是 电气设备及金属。实践 中， 曾发现一台不用的旧仪 器 ， 在 l 0 k V以上可产生 2 04 0 p c的稳定放 电信 号， 且堆物与局放检测的距离有关 ， 距离越近 ， 干扰 越严重； 另外 ， 曾经在潮湿空气下 ， 在 2 0 k V电压 下， 堆放物由于离局放放 电位置较近 ， 由于空气击穿 而 危及堆放物 ， 在堆放物表面可见放电痕迹。 ( 4 ) 绝缘油要及时更换。当绝缘油受潮或有大 量气泡时， 要对绝缘油加热驱潮 ， 静置排除气泡和降 温， 这样处理后要做空载试验 ， 按 规范 ， 放 电应小于 1 p C， 达到此要求后方能重复使用。 5 结 论 ( 1 ) 严格按局放试验规范进行试验 ， 能做局放试 验的必要条件是信噪比大于 2 ； ( 2 ) 为 了减少背景噪音 ， 希建屏蔽室。屏蔽室要 上下左右前后六面都要屏蔽 ， 更要作好 门窗的屏蔽 ， 且屏蔽室要可靠接地 。进入室内的管道应与屏蔽层 连接起来 ， 进入室内的电源线要先经过滤波 ； ( 3 ) 选用没有 内部 放电 的设备， 外露 电极要屏 蔽； ( 4 ) 一切不带电的导体都要可靠接地 ； ( 5 ) 照明灯应采 用白炽灯， 采用双联开关 ， 把火 线和零线同时关闭； ( 6 ) 与试验无关的设备与物品， 不要堆放在屏蔽 室 内 ； ( 7 ) 只要不影响识别与判断， 就不必要花很大精 力将背景噪音全部抑制 。 参考 文 献 ： 1 史金 高 电缆局放试验讲义 M 上 海蓝波高 电压技术设 备有 限公 司第五期局放培训班学习资料 ， 2 O O 4 1 8 。 5 6 【 2 孙秉 国 局部放 电的波形和识 别 M 上海蓝波 高电压技 术设 备有 限公司第五期局放培训班学 习资料 ， 2 O O 4 5 7 6 7 3 范作义 局部放 电测试 中的干扰 问题 M 上海杰 智 电工科 技 有限公司高压电缆 局部放电检测培训资料 ， 2 0 0 5 1 7 2 8 4 张仁豫 ， 陈昌渔 ， 王 昌长 ， 陈秉 中 高电压试验技术 M 北 京 ： 清华大学出版社， 1 9 8 2 2 2 5 2 3 4 I 上 接 第 3 7页 ) 而甲基乙烯基硅油可明显改善 M V Q混炼胶 的热老 化性能。沉淀法 白炭黑用量增加后 ， L D P E M V Q并 用胶的耐热老化性 能逐渐下 降。研究结果 同时表 明， 随着 L D P E含量的增加 ， L D P E MV Q并用胶的耐 热老化性能逐渐降低 。 参考文献 ： 1 Wa r r i c k E L C r y s t al l i n i t y a n d o ri e n ta t i o n i n s i l ic o n e r u b b e r IX r a y s t u d ie s J J o u r n al o f P o l y m e r Sci e n c e ，1 9 5 8 ， 2 7 ( 1 1 5 ) ： 1 - 4 2 Wa r r i c k E L C r y s t all i n i t y and o ri e n ta t io n i n s i l i c o n e r u b ber I I P h y s i c a l me a s u r e m e n J J 0 u ma l o f P o l y m e r Sci e n c e 。 1 9 5 8 ， 2 7 ( 1 1 5 ) ： 1 9 3 8 3 J a n a PN， Mu k u n d a PG， N a n d o G B T h e r m o g r a v i m e t r i c ana l y s i s o f c o m p a t i b i l iz e d b l e n d s o f l o w d e n s i ty p o l y e t h y l e n e and pol y ( d i m e thy l s i l o x a n e )r u b ber J P o l y m e r D e g r a d a ti o n a n d S ta b i li ty，2 0 0 3 ， 8 0 ( 1 ) ： 7 5 8 2 4 付群星 硅橡胶绝缘电线 U L安全认证 的特点 J 电线 电缆 ， 2 0 O 2 ， ( 6 ) ： 2 4 - 2 5 5 王进文编译 低密度聚 乙烯一 硅橡胶共混体 电缆绝缘材料 J 世界橡胶工业 ， 2 0 0 6 ， 3 3 ( 2 ) ： l 8 2 6 6 J a m R N，N and o G B ，K h a s t r D C o m p a t i b il i s e d b l e n d s o f L D P E and P D M S r u b ber a s e ff e c t i v e c a b l e i n s alant s J P l a s t i c s ，R u b ber and C o m p o s i t e s 。2 0 0 3 。 3 2 ( 1 ) ： 1 1 - 1 9 7 H s i e n - T ang C h iu ， J y h H o mg Wu S i l i c o n e pol y p r o p y l e n e o x i d e pol y e t h y l e n e o xi d e c o pol y me r c l a y c o mp o s i t e s (I) 一 c u ri n g beh a v i o r ， i n t e r m o l ecu l a r i n t e r a c t i o n and t h e r m o m ech a n ic al p r o p e r t i e s J J o u r n al o f P o l y m e r R e s e a r c h ， 2 0 0 4 。 1 1 ( 4 ) ： 2 4 7 2 5 5 8 Q u a z i R T，B h a t t a c h a r y a S N，K o s i o r E T h e e ff ect o f d i s p e r s e d p a i n t p a r t i c l es o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i es o f r u b ber t o u g h e n e d pol y p r o p y l e n e c o m pos i t e s J J o u r n a l o f M a t e r i al s S c i e n c e ，1 9 9 9 ， 34 ( 3) * 6 0 7 6 1 4 9 J a n a R N ，B h u n i a H P，N and o G BA n in v e s t i g a t i o n i n t o t h e mec h an i c al p r o p e rt i e s an d c u ri n g k i n e ti c s o f b l e n d s o f l o w d e nsi ty pol y e thy l e n e and pol y d i m e t h y l s i l o x ane r u b b e r J T h e r m o c h i m i c a A c ta，1 9 9 7 ， 3 0 2 ( 1 - 2 ) ： 1 - 9 1 0 张泽鸿 硅橡胶绝缘 耐火 电缆 的扑 发与研究 J 电线电缆 ， 2 0 0 5 。 ( 3 ) ： 1 0 - 1 3 4】 维普资讯