《10kV中压电缆振荡波局放检测应用与研究》

10kV中压电缆振荡波局放检测技术应用与研究

（深圳供电局有限公司广东深圳518110）

摘要：电力市场供求的快速发展对配电网络的可靠性提出了很高的要求。随着供电水平要求的提高，国内外供电单位对配网设备的检测方法也在不断改善，已从以前粗放式的巡检和故障抢修模式，逐渐升级为对电力设备的状态监测模式，发现电力设备的缺陷，提前对潜在缺陷进行检修和维护，达到未雨绸缪的效果。如何通过测试和诊断的方法来有效降低配电网络的故障率，已然成为国内外电力公司最关心的问题。目前国际上比较广泛的OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位技术,能有效的监测和定位10kV中压电缆局部放电位置且本身不会对电缆造成伤害。本文简要的从该系统地电源技术、抗干扰技术、定位技术、应用情况、案例等方面进行研究，为该技术的进一步应用、改进创新提供参考。

关键字：OWTS、电缆、局部放电、检测和定位、应用、研究

Abstract:Electric power market supply and demand of the rapid development of distribution network reliability is raised very tall requirement. As the power supply level requirements increase, domestic and foreign power supply unit for distribution network equipment testing methods are also constantly improved, from the previous extensive inspection and fault repair mode, gradually upgrade for electric equipment condition monitoring mode, found in power equipment defects, in advance of the potential defect repair and maintenance, to save the effect. How to pass the test and diagnosis method to effectively reduce the failure rate of power distribution network, power companies at home and abroad has become the most concerned issue. The broader QWTS shock wave Cable Partial Discharge Detection and positioning technology, can effective monitoring and positioning of 10kV medium voltage cable partial discharge location and not on cable damage. This paper from the system power supply technology, anti-jamming technology, positioning technology, applications, case studies, for the further application of this technique, improvement and innovation to provide reference. Keywords: OWTS, cable, partial discharge, detection and localization, application, research

目录

第1章前言 (3)

第2章OWTS振荡波局放检测技术简介 (3)

2.1 OWTS振荡波电源技术 (3)

2.2 抗干扰技术 (4)

2.3 定位技术 (6)

第3章应用情况 (8)

3.1 检测情况及使用方法 (8)

3.2. 现场经验 (9)

3.3局放分析 (10)

第4章典型案例分析 (10)

4.1 安装工艺粗糙引起局部放电案例 (10)

4.2 系统提示加压错误案例 (12)

第5章OWTS电缆缺陷爆发周期与局部放电标准仿真研究 (13)

5.1仿真目的 (13)

5.2仿真内容 (14)

5.3数据分析 (14)

结束语 (15)

第1章前言

国内外相关电力公司相关统计资料表明，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。随着电缆运行时间的不断增长，潜伏的局部缺陷对城市电网可靠性的危害将会越来越突出，直接影响供电质量和公司形象。因此，引进先进技术及时检测出电缆潜伏性缺陷的要求也越来越迫切。

根据2007年北京市电力公司对新能源电网公司开展国际对标的重要成

果并参考国内外相关文献资料，采用OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位技术对10kV配电电缆进行测试，能够及时发现和定位潜伏性局部放电缺陷且不会对电缆造成伤害，可以大大提高供电可靠性。

第2章OWTS振荡波局放检测技术简介

2.1 OWTS振荡波电源技术

电力电缆由于其电容量大，很难在现场进行工频电压下的局部放电检测。过去充油电缆采用直流试验，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，直流耐压试验后，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。采用超低频（0.1Hz）电源进行试验，要求试验时间长，电缆绝缘损伤较大，可引发电缆中的新的缺陷。

振荡波电压是近年来国内外研究较多的一种用于XLPE电力电缆局部放电检测和定位的电源。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电力电缆中的各种缺陷，且试验不会对电缆造成伤害。

OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置如图1所示。检测时可以灵活施加0—28kV的直流电压，合上半导体开关后，被试电缆与电感产生阻尼振荡。该装置可以检测的电力电缆电容范围为0.05μF—2μF。

图1 OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置

2.2 抗干扰技术

由于电缆的电容量大，局部放电要求严谨，而电力电缆局部放电测量中不可避免的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，抗干扰手段的提高显得尤为重要。这些干扰按其时域和频域特征的不同，可分为窄带干扰、脉冲型干扰和背景噪声三类。由于干扰强弱、频域特性的不同，抗干扰技术要有一定的针对性。

（1）对于窄带干扰，由于其频域特征与局部放电信号的频域特征有较大差异，而且频带十分窄，故大多采用频域滤波的方法进行抑制。

（2）对于脉冲型干扰，由于它和局部放电信号非常相似，从单个波形上很难将它们区分开来。目前主要采取时延鉴别法进行鉴别。时延鉴别法是利用外来干扰脉冲及发射波到达测量点的时间差与内部放电及反射波到达测量点的时间差的不同进行鉴别。

（3）对于背景噪声，由于其在时域中表现为无规律的随机脉动，在频域中则表现为在整个频带上均匀分布，因而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，往往采用时域平均的方法来抑制这种随机性的背景噪声，但效果并不理想。小波去噪算法的出现可以比较有效地解决这个问题。

OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置具有带通滤波、小波分析、时延分析等抗干扰功能，可根据信号特点，方便的进行放电脉冲的取舍，如图2所示。该装置还可以生成清晰的局部放电图形（如电压波形与局部放电信号关系图、三维谱图等），以便确定局部放电的类型，如图3所示。

（a）带通滤波功能（b）小波分析功能

图2 OWTS软件抗干扰功能

（a）电压波形与放电关系（b）三维谱图分析

图3 OWTS软件图形显示功能

2.3 定位技术

对于电力电缆局部放电的定位，早期就有对电缆实行扫描式检测查找局部放电点的技术，现在实际中采用的是70年代发展起来利用局部放电脉冲在电缆上的传播特性，用10MHz以上的高频扫描示波器进行定位测量的方法，该法也叫行波法或TDR法，其原理如图4所示。

a）接线图b）检测阻抗上的脉冲信号示意图

c）脉冲波在电缆上的传播CDO--示波器PDS—局部放电测试仪

图4 行波法定位原理

其中，Ck为高压电容，Zk为检测阻抗，同时也做匹配阻抗，消除脉冲在高压端的反射。设在t0时，在电缆x 处发生放电，送出的两个脉冲按相反方向沿电缆传播，t1时刻第一个脉冲到达测试仪，第二个脉冲在电缆远端反射后在t2时刻到达测试仪（如图4）。由于电缆中电脉冲的传播速度相对于确定的电缆绝缘型式是已知的常数，所以根据式（1）就可以算出放电点离电缆近端（高压端）的距离。

（1）

其中L为电缆长度，V为脉冲波在电缆中的速度，为两个脉冲的时延，即。

OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置采用该原理对电力电缆局部放电进行定位，如图5所示。

（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

第3章应用情况

3.1 检测情况及使用方法

在现场对电缆进行局放检测和定位技术性较强，需要掌握一定的技巧，遵循正确的步骤，才能够准确的排除干扰，得到正确的结论。现场应用OWTS 振荡波电缆局部放电检测和定位装置一般应遵循以下步骤。

第一步：测量电缆绝缘电阻，通过比较相间绝缘电阻的大小和历史变化情况，可以判断电缆是否存在受潮等缺陷。

第二步：测量电缆长度及接头位置。实际应用中，经常会遇到电缆资料不全或资料错误的问题，给测量带来很大的干扰。因此在测量时，最好应用电缆测距仪，重新测量电缆长度和接头位置。

第三步：正确输入电缆信息，如电缆路程、调度号、起点、终点、长度、接头编号及位置、U0大小等。

第四步：正确连接测试电路，校对放电量并测量波速。放电量校对时，应从10nC开始，逐步校对到100pC，目的是为了在加压测量过程中能够根据信号大小调整量程，以便得到正确的视在放电量。校对时应注意测量波速，对XLPE电缆来说，波速一般为170m/us。长电缆测量时，信号衰减较大，经常看不到反射波，这时可以利用波速来进行近似的校对。

第五步：摘除校对单元，逐步升高电压进行测量和数据保存。升压一般按照0、0.5、0.7、0.9、1.0、1.3、1.5、1.7倍U0的方式进行，目的是为了正确找到局放的起始电压，为故障判断打下基础。测量时应注意保存起始电压、熄灭电压和各电压下的测试数据。

第六步：对保存下来的数据进行分析判断和定位，生成试验报告。

3.2. 现场经验

影响OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置检测准确性的因素主要有四个，一是测试数据的准确性，主要是由于外界随机脉冲型干扰的进入检测系统，或加压端子连接不好，产生放电脉冲；二是在分析判断时入射波和反射波的选择不正确；三是测试过程中未及时改变量程；四是高压试验电缆长度。

针对以上四个影响因素，我们积累的现场经验有：

（1）为确保测试数据的准确性，在试验前，应该注意试验端子安全距离是否足够，表面是否清洁、光滑；试验时测量环境噪声时GIS电压指示器是否对测量形成干扰。

（2）对数据进行分析判断时，选择的反射波波形比入射波宽、幅值比入射波小，波形形状基本相似。

（3）测试时应及时改变量程，对超量程保存下来的数据进行处理时，应手动调整入射波的起点，避免误判。

（4）当50m或25m长的高压试验电缆由于接线产生局放时，将误判断认为离电缆对端2-3倍试验电缆长度位置有局放。如果该电缆确实存在局放，此信号将使真正的信号波形畸变而漏掉重要信息或误判断。这就要求我们在选择反射波时应注意和校对信号仔细对比，如果还存在疑问可以采取在电缆两端进行测量的方法进行区分。

3.3局放分析

确定分析结果是否由电缆局放导致，可参考以下几点进行判断：

（1）放电量与放电频率随电压升高；

（2）放电信号波形可明显分辨出“入射波” 与“反射波”；

（3）定位图上有代表局放的、集中的“点集合” 或“线集合”；

（4）局放相位具有典型的“180度” 原则。

根据实际测量及解体分析的结果，我们建议电缆维修可采取如下方针：（1）新投运XLPE电缆最高试验电压2U0，接头局放超过300pC、本体超过100pC应及时进行更换；终端超过5000pC时，应在带电情况下采用超声波、地电波、红外等手段进行状态监测。

（2）老旧XLPE电缆最高试验电压1.7U0，接头局放超过500pC、本体超过300pC应及时进行更换；终端超过5000pC时，应在带电情况下采用超声波、地电波、红外等手段进行状态监测。

第4章典型案例分析

4.1 安装工艺粗糙引起局部放电案例

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。

检测发现该电缆在1.7U0时放电量达到10000pC左右，0.5U0时放电量达到1000pC左右，定位发现放电缺陷就在接头处。测试情况如图6所示。

（a）方波标定（b）加压至9kV时电缆局部放电与施加电压的关系

（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的原因，如图7所示。

（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、外半导电热缩管的端部均没有用半导

电带缠绕形成坡口。

4.2 系统提示加压错误案例

2011年4月8日对该电缆进行检测，电缆长度3559米，10个中间接头，敷设时间为2010年,带负荷运行一年时间,三项绝缘分别为A:160兆欧B:160兆欧C:20兆欧。根据规程，三项绝缘不平衡且绝缘水平偏低.按照测试过程,测试进行到加压步骤时，系统提示加压出现错误,判断该电缆已经电缆击穿.

1、当加压到1.0倍U0(瞬间电压8.7 kV)时，系统提示加压出现错误，判断该电缆已经电缆击穿。

如图8所示：

图8加压错误提示图

2、经过电缆故障定位，找出故障点，发现该中间头C 相绝缘已烧坏。

如图9所示：

图9现场解剖图

第5章 OWTS 电缆缺陷爆发周期与局部放电

标准仿真研究

5.1仿真目的

选取缺陷电缆，对电缆局部放电量进行定期检测，记录其局放量变化，

为缺陷爆发时间与局放标准分析提供基础数据。

C 相严重烧坏

5.2仿真内容

1、选取不同类型缺陷电缆8段，包括运行环境差异、制造工艺差异两类电缆，建立模拟10kV运行环境。

2、对每段缺陷电缆进行编号、建立档案，利用OWTS技术进行周期（3个月为一周期）检测，记录其局放量的变化。数据记录例表如下：

电缆编号类别投运时间缺陷局放

值（PC）

周期1

局放（PC）

周期2

局放（PC）

缺陷爆发

局放值

缺陷爆发

时间

1 运行环境恶劣新投运50 70 90 100

2 运行环境恶劣投运5年内100 120 200 300

3 运行环境恶劣投运5年外300 320 450 500

4 制作工艺差新投运50 70 90 100

5 制作工艺差投运5年内100 120 200 300

6 制作工艺差投运5年外300 320 450 500

5.3数据分析

通过此方法对记录数据分析研究出缺陷电缆爆发时间与局放量的关系。为OWTS电缆局部放电检测提供更多参考。完善中压电缆振荡波检测参考标准。具体如下：

㈠中间接头

⒈新电缆投运：局放量小于100pC；

⒉运行5年以内电缆：局放量小于300pC；

⒊运行5年以上电缆：局放量小于500pC；

㈡终端接头

新制作终端局放量大于3000pC，应查明原因；大于5000pC，不能投入运行；

结束语

1、振荡波法电缆局部放电定位系统（OWTS）的使用方便快捷，适合现场使用，能够有效排出现场杂散信号的干扰，准确反应局放信号。

2、采用固定电感和电缆谐振产生正弦振荡波进行加压，其波形及频率接近工频，且电压持续时间小于100ms，不会损伤电缆。

3、根据局放点信息数据，能够确定各相电缆的局放起始电压（PDIV）和最大局放量（PDMax），并记录在报告中，以便建立线路档案，日后能快速、准确的了解该电缆的运行状况。

4、实践证明，振荡波法电缆局部放电定位（OWTS）测试设备对电缆的本体、附件质量、接头工艺等均有良好的检测效果。

参考文献

参考资料：

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