1.1高压电缆的应用情况
交联聚乙烯电缆因其具有电性能高、输送容量大、重量轻、运行维护方便等优点,高压电缆线路基本上都使用了该类型的高压电缆。
1.2高压电缆的故障
高压电缆故障的主要原因在于产品质量和施工质量,其中电缆附件占故障总量的90%,薄弱环节表现在电缆终端头和中间接头,主要由于设计不良、材料选择不当、安装制作工艺不良三个方面的原因造成。
1.3高压电缆局放测试的必须性
《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB 50150-2006 )要求新竣工的电缆需要进行耐压试验,高压电缆交流耐压等效电路如下图,用C1、C2、C3组合模拟被试电缆的各个绝缘部件,在试验过程中C1、C2、C3同时承受高电压的考验。
交流耐压试验技术存在不足,体现在如下两个方面:
a)交流耐压试验只关注电缆整体能否完整承受试验电压的考验,其判断标准为电缆是否通过了交流耐压试验,缺少电缆在试验过程中可能出现的局部损伤和破坏的监测手段。
b)如电缆内部存在局部放电,但是电缆依然有可能能够通过交流耐压试验,内部有缺陷的电缆带病运行,电缆安全运行存在一定风险。
因此检测高压电缆在耐压过程中的局放信号。
2. 电缆产生局部放电的成因
2.1局部放电
局部放电是指高压设备中的绝缘介质在高电场强度作用下,发生在电极之间的未贯穿的放电。这种放电只存在于绝缘的局部位置,而不会立即形成贯穿性通道,因此称为局部放电。
2.2电缆局放的局放位置
2.3电缆局部放电的危害
局部放电的能量很小,通常不影响电缆短期的绝缘强度。但是长期存在着局部放电,即可以缓慢损坏绝缘,日积月累,最终导致绝缘击穿。此外受化学性质决定,交联聚乙烯绝缘的电缆耐局部放电的性能较差,长时间的局部放电会加速其绝缘劣化,最终使其发生故障。2.4电缆中间头因制作工艺不良引发局放的图集
压接管包绕绝缘带
3. 高压电缆局放测试的原理
旦被试电缆发生局部放电,耦合电容Ck瞬时对Cx充电,形成高频的脉冲电流波形,脉冲电流波形达到纳秒级别,其频谱高达百兆以上,脉冲电流的幅值大小、发生的频度反映电缆内部局部放电的严重程度。
利用局放监测系统在耐压过程可严密监视局放信号随电压和时间变化的趋势,掌握电缆缺陷严重程度的变化。
高压电缆局部放电的严重程度通过其局部放电量来反映,要测试局放量必须对测试系统进行校准。
在被试验电缆Cx注入标准局放信号Qo以模拟被试对象发生了局部放电,当标准局放信号注入时,检测阻抗Zm1、Zm2输出信号,测试系统M获取局放信号的幅值大小、相位分布特征、频谱特性等信息。
局放测试时参照校准信息就可以计算出局放量的大小,对电缆局部放电的严重程度、局放类型评估,作出正确的判断。
4. 高压电缆局放测试的方法
4.1交流耐压试验电源处理
高压电缆交流耐压采用的是变频谐振装置产生试验电源,变频柜是装置的核心部件,变频柜通过晶闸管的整流和逆变获取试验所需的频率,在电源变换过程中引入了大量的高频脉冲电流成份。
4.2电缆终端局放测试回路
电缆终端的局放测试回路如下图,当被试电缆内部发生了局部放电时,耦合电容瞬时对电缆终端充电,形成高频的脉冲充电电流波形,脉冲电流的幅值、发生的频度反映了电缆内部局部放电的严重程度,通道1、通道2两个传感器将局放信号传送至局放诊断系统进行分析处理。
4.3高压电缆局放测试的技术难点
a) 测试系统灵敏度要求高
4.4局放诊断判据
(1) 通过大量的试验室模拟和现场测试结果显示:局放信号的相位与试验电源的相位具有180度或360度的相位特征,同时发生在一定宽度的相位上。4.5交流耐压时进行局放测试的优点
1. 在进行电缆耐压试验过程中同时进行局放测试,由于电缆耐压试验电源采用异频电源,工频信号在试验电源的相位图谱上不具有相关性,只有试验系统内部的局放信号可能在试验电源的相位图谱上具有相关性,利用这一点可有效排除运行设备产生的干扰信号。试验装置自身的局放信号是晶闸管的开通关闭造成,一般集中在特定相位,这类干扰在一定程度上可通过“开相位窗”予以排除。
4.6局放测试系统
SPD局放检测系统的信号处理主要由硬件实现,信号波形保持较真实。检测时信号经电容臂从电缆终端耦合,通过传感器PDD 将信号检取,送到高通滤波器HPF滤波, 再送到局放测试主机PDM,通过一系列的滤波、放大及模、数转换等处理,去除干扰信号,得到所需信号送至后台分析软件进行判定,主要是从频率f、相位Φ、频度n、电量q、时间t五个因素判断,在软件上可以清楚地看到这几个量的大小,以及之间的相互关系,通过它们之间的关系,对存在的可疑局放的可能性作一个分析。
MPD600 局放诊断系统侧重于由软件实现对信号的分析处理,具备频谱分析功能,在频谱图上可连续自由选择滤波器中心频率及带宽,屏蔽干扰信号的影响,通过调节触发电平的大小在一定程度上可排除干扰因素。
PDCHECK诊断系统与前面两个系统的优势在于没有设置带通滤波器来排除干扰信号的影响,而是对超过触发电平的所有脉冲信号进行分析,计算出每个脉冲的脉冲宽度及中心频率,根据这两个特征量将脉冲进行分类,采取这种方式可以最大限度的排除干扰,得到真实局放信号的幅值会较大,检测灵敏度好。