振荡波电缆局放检测和定位技术基本原理研究.doc

振荡波电缆局部放电检测和定位技术基础原理研究

伴随城市电网电缆化率程度不停提升, 社会发展和进步对供电可靠性要求也不停提升, 怎样正确掌握配电电缆健康状态, 制订正确检修对策, 避免因电缆本身质量问题造成突发性事故发生, 变得尤为关键。研究发觉, 电缆局部放电量与其绝缘情况亲密相关, 局部放电量改变预示着电缆绝缘可能存在危害电缆安全运行缺点。现在, 国际上应用比较广泛振荡波电缆局部放电检测和定位技术, 能够有效检测和定位配电电缆局部放电位置且检测本身不对电缆造成伤害。本文关键从该系统电源技术、 抗干扰技术、 定位技术、 经典案例等方面进行介绍, 为该技术深入推广应用、 改善创新提供技术参考。
近十年来, 挤塑型电力电缆尤其是XLPE电力电缆因为其绝缘性能好、 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。不过这种电缆绝缘结构中往往会因为加工技术上难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质, 或者因为工艺原因在绝缘介质与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出, 在这些气隙和杂质尖端处极易产生局部放电, 同时在电力电缆安装和运行过程当中也可能会产生多种绝缘缺点造成局部放电。因为 XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差, 在局部放电长久作用下, 绝缘材料不停老化最终造成绝缘击穿, 造成重大事故。
依据北京市电力企业相关统计资料表明, 电缆老化、 附件质量和工艺不良在 10kV 电缆故障中占有较大比重。伴随电缆运行时间不停增加, 潜伏局部缺点对城市电网可靠性危害将会越来越突出, 对供电质量和企业形象造成危害也会越来越大。所以, 引进优异技术立刻检测出电缆潜伏性缺点要求也越来越迫切。
依据 年北京市电力企业对新能源电网企业开展国际对标关键结果并参考中国外相关文件资料, 采取振荡波电缆局部放电检测和定位技术对配电电缆进行测试, 能够立刻发觉和定位潜伏性局部放电缺点且不会对电缆造成伤害, 能够大大提升供电可靠性。
振荡波电源技术
电力电缆因为其电容量大, 极难在现场进行工频电压下局部放电检测。过去充油电缆采取直流试验, 能够大大降低电源要求。但对XLPE电力电缆, 因为其绝缘电阻较高, 且交流和直流下电压分布差异较大, 直流耐压试验后, 在XLPE电缆中, 尤其是电缆缺点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绝缘击穿事故[1、 2]。采取超低频（0.1Hz）电源进行试验, 要求试验时间长, 电缆绝缘损伤较大, 可引发电缆中新缺点[3]。
振荡波电压是多年来中国外研究较多一个用于 XLPE 电力电缆局部放电检测和定位电源。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电力电缆中多种缺点, 且试验不会对电缆造成伤害[4]。
OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置如图1所表示。检测时能够灵活施加0—28kV直流电压, 合上半导体开关后, 被试电缆与电感产生阻尼振荡。该装置能够检测电力电缆电容范围为0.05 μF—2μF。

图1 OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置
2抗干扰技术
因为电缆电容量大（近µF 级）, 局部放电要求严（几pC）, 而电力电缆局部放电测量中不
可避免存在着环境噪声和外部干扰, 局部放电信号往往湮没于这些噪声和干扰中, 使测量变得非常困难, 抗干扰手段提升显得尤为关键。这些干扰按其时域和频域特征不一样, 可分为窄带干扰、 脉冲型干扰和背景噪声三类。因为干扰强弱、 频域特征不一样, 抗干扰技术要有一定针对性[5、 6]。
（1） 对于窄带干扰, 因为其频域特征与局部放电信号频域特征有较大差异, 而且频带十分窄, 故大多采取频域滤波方法进行抑制。
（2） 对于脉冲型干扰, 因为它和局部放电信号非常相同, 从单个波形上极难将它们区分开来。现在关键采取时延判别法进行判别。时延判别法是利用外来干扰脉冲及发射波抵达测量点时间差与内部放电及反射波抵达测量点时间差不一样进行判别。
（4）对于背景噪声, 因为其在时域中表现为无规律脉动, 在频域中则表现为在整个频带上均匀分布, 所以单从频域或时域都不能有效地抑制。在小波去噪算法提出之前, 往往采取时域平均方法来抑制这种性背景噪声, 但效果并不理想。小波去噪算法出现能够比较有效地处理这个问题[7、 8]。
OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置含有带通滤波、 小波分析、 时延分析等抗干扰功效, 可依据信号特点, 方便进行放电脉冲取舍, 如图2所表示。该装置还能够生成清楚局部放电图形（如电压波形与局部放电信号关系图、 三维谱图等）, 方便确定局部放电类型, 如图3所表示。

（a）带通滤波功效 （b）小波分析功效图 2 OWTS 软件抗干扰功效

（a）电压波形与放电关系 （b）三维谱图分析图 3 OWTS 软件图形显示功效
3定位技术
对于电力电缆局部放电定位, 早期就有对电缆实施扫描式检测查找局部放电点技术, 现在实际中采取是70年代发展起来利用局部放电脉冲在电缆上传输特征, 用10MHz以上高频扫描示波器进行定位测量方法, 该法也叫行波法或TDR法, 其原理如图4所表示。
HV
CDO/
PDS
1
0
x
L
v
v
2
v
1
2
a）
b）
c）
t1
Ck
Zk
t2
0
t
首波
反射波
1
2

图 4 行波法定位原理
a）接线图 b）检测阻抗上脉冲信号示意图 c）脉冲波在电缆上传输
CDO--示波器 PDS—局部放电测试仪
其中, Ck为高压电容, Zk为检测阻抗, 同时也做匹配阻抗, 消除脉冲在高压端反射。设在t0
时, 在电缆x处发生放电, 送出两个脉冲按相反方向沿电缆传输, t1时刻第一个脉冲抵达测试仪,
第二个脉冲在电缆远端反射后在t2 时刻抵达测试仪（如图4）。因为电缆中电脉冲传输速度相对于确定电缆绝缘型式是已知常数, 所以依据式（1）就能够算出放电点离电缆近端（高压端）距离x。
x = −L τV
2 （1）
其中L为电缆长度, V为脉冲波在电缆中速度, τ为两个脉冲时延, 即τ= −t2 t1。
OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置采取该原理对电力电缆局部放电进行定位, 如图5所表示。

（a）单个脉冲分析及定位情况 （b）放电量及放电位置图5 脉冲分析及定位情况
4经典案例分析
利用该装置对某10/8.7kV XLPE三芯电缆进行局部放电检测和定位, 该电缆全长383米, 距离测试端100米处有一个热缩中间接头。
检测发觉该电缆在1.7U0时放电量达成10000pC左右, 0.5U0时放电量达成1000pC左右, 定位发觉放电缺点就在接头处。测试情况如图6所表示。

（a）方波标定 （b）加压至9kV时电缆局部放电与施加电压关系

（c）单个脉冲分析及定位情况 （d）放电量及放电位置图 6 某 10kV 电缆现场测试情况
经过解体分析, 该电缆内、 外半导电管端口不整齐有突起, 且端部未缠绕半导电带形成坡口, 外屏蔽层剥离不整齐, 有突起是造成严重局部放电原因, 如图7所表示。

（a） （b）

（c） （d）图 7 电缆解体图片
（a）外屏蔽剥削不整齐, 有突起, 未打磨; （b）黑色热缩管是半导电材料, 红色热缩管是绝缘材料。黑色热缩管端部不整齐, 且未用半导电带做过渡形成坡口, 热缩管表面有凹陷, 不平滑。（c）里层黑色热缩管与电缆导体接触, 表面有凹陷, 不平滑。（d）内、 外半导电热缩管端部均没有用半导电带缠绕形成坡口。
5 小结
实践证实, OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置经过采取振荡波电源技术、 时延判别等抗干扰技术、 行波法定位技术能够在现场有效检测出10kV配电电缆局部放电水平并对其进行正确定位, 从而避免因为安装工艺或电缆劣化造成突发性事故发生, 值得深入推广应用。
参考资料:
[1] 饶强, 交联聚乙烯新试验方法[J], 广西电业, （8）: 107-109
[2] 罗俊华 等, 35kV 及以下 XLPE 电力电缆试验方法研究[J], 电网技术, .24
[3] 张平康, 韩伯锋, XLPE 电缆试验方法[J], 高电压技术, .30（增）
[4] 杨连殿等, 振荡波电压在 XLPE 电力电缆检测中应用[J], 高电压技术, .03
[5] 邱昌容等. 《绝缘测试技术进展》. 第二届电气绝缘测试技术会议论文集, pp1～15,
October 1991, 桂林.
[6] 胡龙龙. 数字信号处理方法在局部放电信号提取中应用, 硕士学位论文, 西安: 西安交通大学, .
[7] Xu Y.S., Weaver J.B., Healy D.M., Jr., and Lu J. Wavelet Transform Domain Filters: A Spatially
Selective Noise Filtration Technique. IEEE Transaction on Image Processing, Vol.3, No.6, November 1994
[8] Donoho D.L. and Johostone I.M. Ideal Spatial Adaptation via Wavelet Shrinkage. Biometrika, Vol.81,1994