振荡波电压法检测10kV电缆局部放电试验

振荡波电压法检测10kV电缆局部放电试验陆国俊，熊俊，王勇，王劲，黄炎光，饶锐（广东电网公司广州供电局试验研究所，广东广州510410）摘要：介绍了振荡波电压法测试系统的主要原理、设备构成及局部放电定位技术的原理；基于振荡波电压法检测技术，通过在一条退运10kV交联聚乙烯短电缆上人工设置各种模拟缺陷，对系统的检测效果进行了初步分析，得出振荡波电压法对某些类型的缺陷如错用绝缘胶带等效果十分明显，而对其他一些缺陷如压接管表面存在毛刺等效果有待进一步研究；研究也表明电缆终端缺陷的检测可能会由于高压线夹表面放电引入干扰受到影响，建议采取其他辅助检测手段如开关柜局部放电检测技术或对高压线夹进行防电晕处理。关键词：配网；电缆；振荡波；局部放电中图分类号：TM247；TM855文献标识码：A文章编号：1006－6047（2010）11－0137－04电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentVol．30No.11Nov.2010第30卷第11期2010年11月ProblemsofunattendedsubstationreconstructedfromconventionalsubstationandsolutionsLIJianyu1，CHENHaihong2（1.ZhejiangWenchengPowerBureau，Wencheng325300，China；2.ZhejiangCangnanPowerCo.，Ltd.，Cangnan325802，China）Abstract：Problemsexistintheunattendedsubstationreconstructedfromtheconventionalelectromagneticone，suchasthereclosingfailure，improperreclosingandgeneralaccidentsignalloss.Theredesignisproposed：addtwo-positionrelayanddiodesinthesecondaryprotectivecircuitandremotecontrolcircuitofits10kVfeedercentralsignalpart.Thetrialoperationshowsthatthe10kVfeederreclosingrelayhasoperated36timeswith100%correctnessrateandthegeneralaccidentsignalhasacted16timeswith100%correctnessrateforoneyear，whichindicatestheredesigniseffective.Keywords：unattendedsubstation；problem；reclosing；circuit；solution0引言振荡波电压法检测系统OWTS（OscillatingWaveTestSystem），是近几年尝试使用并替代交流耐压方法的一种新兴试验技术［1-3］。广州电网近期引进了10kV振荡波电压电缆局部放电检测与定位系统，专门用来解决当前10kV电缆的绝缘状态诊断问。本文介绍了振荡波电压法的基本原理和主要部件构成，并通过在一条退运短电缆上人工设置若干常见绝缘缺陷，对该系统的检测效果进行了初步分析，以期为今后振荡波电压法检测技术在广州电网及其他地区的使用提供一定参考。1基本原理和部件构成1.1试验原理振荡波电压试验方法的基本思路是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理，使振荡电压在多次极性变换过程中电缆缺陷处会激发出局部放电信号，通过高频耦合器测量该信号从而达到检测目的［4-7］。振荡波电压试验接线图如图1所示，整个试验回路分为2个部分：一是直流电源回路；二是电缆与电感充、放电过程，即振荡过程。这2个回路之间通过快速关断开关实现转换［8-10］。检测过程中可以根据情况施加0~28kV的直流预电压，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缆电容范围为0.05~2μF。当被测电缆较短时，为将振荡频率保持在一定范围，需要在电缆上并联一个电容。1.2局部放电定位原理振荡过程中，利用行波法对局放信号进行定位。测试一条长度为l的电缆，假设在距测试端x处发生收稿日期：2010-02-09；修回日期：2010-06-08图1振荡波电压法检测系统示意图Fig.1SchematicdiagramofOWTS快速开关传感器被测电缆数据分析空心电感!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第30卷电力自动化设备图2脉冲反射法原理示意图Fig.2SchematicdiagramofpulsereflectionmethodQ／2Q／2检测单元Q／2Q／2Δtxll-xCkZk局部放电（见图2，图中表示局部放电信号脉冲的起始位置，Q为放电信号幅值，Ck为高压电容，Zk为匹配阻抗），脉冲沿电缆向2个相反方向传播，其中一个脉冲经过时间t1到达测试端；另一个脉冲向测试对端传播，在电缆末端发生反射，之后再向测试端传播，经过时间t2到达测试端，如图2所示。根据2个脉冲到达测试端的时间差，可计算局部放电发生位置，即t1=x／v（1）t2=［（1-x）+1］／v（2）x=1-v（t1-t2）／2=l-vΔt／2（3）其中，v为电缆中的波速。脉冲反射法在10kV电缆找故障中被广泛采用，所以这种方法很容易被操作人员掌握，非常方便现场推广使用。准确寻找入射波和反射波是提高局部放电定位准确性的关键。一般原则是入射波幅值大于反射波；入射波上升沿更加陡而反射波脉冲更宽［10-11］。2主要操作步骤测试的主要步骤有：绝缘电阻测量；行波测距（确定电缆长度及接头位置）；将OWTS按照说明的接线；局部放电量校准；试验；结束试验；评估电缆状态。为了获得一个合理的局部放电起始电压（PDIV）及局部放电水平（PDlevel），建议采取谨慎的加压方式。一些案例的统计结果为：对交联聚乙烯电缆，局部放电起始电压低于或高于运行电压分别约占29%、36%。与油纸绝缘型电缆相比，发现交联聚乙烯电缆缺陷需要更高的施加电压，甚至超过2UN（UN为电缆额定电压）。某些案例中实测结果也指出对于10kV交联聚乙烯电缆的交接试验，振荡波电压可加至2UN；对于10kV交联聚乙烯电缆的预防性试验考核，振荡波电压可以加至1.7UN。振荡电压从0.1UN开始施加，升压间隔可取（0.1～0.5）UN。当进行交接试验后，需要将振荡电压调至运行电压UN下，以确认经过试验后的电缆绝缘性能未受到影响。整个试验操作较简单，关键是如何分析采集到的数据。制定试验方案是进行各种特殊高压试验的基本要求，其中应包含各项安全措施和试验结果预想2个基本。为使后续工作尽可能有效，局部放电相关特征量的分析应尽可能丰富以利于状态评估。3模拟试验3.1试品参数与检测回路电缆型号为YJV-3×70mm2-8.7／15kV，长度351m；实测电容值0.217μF，为退运电缆，运行时间不详。检测回路示意图如图3所示。距离测试端242m左右有一个中间接头，分别在三相设置不同类型的缺陷。其中，A相设置的缺陷是接头错用绝缘胶带；B相设置的缺陷是压接管表面有毛刺、飞边；C相设置的缺陷是接头主绝缘表面有盐水。3.2试验结果3.2.1接头错用绝缘胶带对A相从0.1UN开始施加电压，在UN和1.7UN时重复施加多次，保存。图4（a）为18kV时一组典型的局部放电图谱，局部放电幅值QPD明显且重复较强。图4（b）为经过行波定位分析得出的局部放电定位图谱（l为被测电缆长度），结果表明与初始的缺陷位置吻合，但在测试端也出现集中性局部放电。3.2.2压接管表面有毛刺、飞边对B相从0.1UN开始施加电压，在UN和1.7UN时重复施加多次，保存。图5（a）为27kV时一组典200-20uA／kV210QPD／pC48121620242832t／ms（a）典型局部放电图谱1250QPD／pC62530l／m（b）局部放电定位图谱0270图4A相局部放电定位结果Fig.4PDlocatingresultsforphaseA150nF近端242m109m接头远端接头缺陷图3检测回路示意图Fig.3Schematicdiagramofdetectioncircuit陆国俊，等：振荡波电压法检测10kV电缆局部放电试验第11期300-30uB／kV120600QPD／pC48121620242832t／ms（a）典型局部放电图谱380QPD／pC19050l／m（b）局部放电定位图谱图5B相局部放电定位结果Fig.5PDlocatingresultsforphaseB型的局部放电图谱，图中结果表明局部放电幅值很小，主要表现背景干扰噪声。图5（b）为经过行波定位分析得出的局部放电定位图谱，结果表明在测试端有集中性放电，而实际未在该位置设置缺陷。而在缺陷设置处，局部放电定位结果表明此处的局部放电强度较小且不集中。3.2.3接头主绝缘表面有盐水对C相从0.1UN开始施加电压，在UN和1.7UN时重复施加多次，保存。图6（a）中为24kV时一组典型的局部放电图谱，图中结果表明局部放电幅值很小，主要表现为在首个振荡周期内局部放电幅值较高且集中，但此后若干振荡周期内主要表现为背景干扰噪声。图6（b）为经过行波定位分析得出的局部放电定位图谱，结果表明在测试端有集中性放电，而实际未在该位置设置缺陷。而在缺陷设置处，局部放电定位结果表明此处的局部放电强度较小且不集中。3.3分析与讨论通过利用振荡波电压法检测人工设置3种在施工过程中常见的缺陷，结果表明：对于设置的缺陷，振荡波电压法对某些类型的缺陷如错用绝缘胶带等效果十分明显，而对其他一些缺陷如压接管表面存在毛刺等效果则有待进一步研究。这种情况与实际情况一致，因为某些引入的缺陷需要经过一定时间的发展才能激发局部放电。从模拟试验结果来看，用振荡波电压法进行电缆入网前或投运前的考核有其优点，但是否能替代耐压试验方法则有待进一步实践。从模拟试验结果可以看到，3种缺陷条件下的测试均在测试端发现了集中性局部放电，而实际未在该位置进行缺陷布置。后经过寻找原因发现是由于高压线夹处在一定电压下激发了表面放电，从而引入到测试过程中影响了对真实局部放电位置的判断。建议采取其他辅助检测手段如开关柜局部放电检测技术或对高压线夹进行防电晕处理以覆盖整个检测范围。在对采集到的数据进行分析时，发现利用振荡波检测系统提供的自动分析局部放电定位功能效果并不十分理想，有可能出现误定位的情况。建议利用手动分析对局部放电波形进行逐个定位以提高准确度，2种结果的对比如图7（a）（b）所示。250-25uC／kV6003000QPD／pC48121620242832t／ms（a）典型局部放电图谱1500QPD／pC75040l／m（b）局部放电定位图谱20图6C相局部放电定位结果Fig.6PDlocatingresultsforphaseC725图7使用2种手段得到的局部放电定位图谱Fig.7PDlocatingresultsbytwomethods1450QPD／pC50l／m（a）典型局部放电图谱350有缺陷无缺陷1250QPD／pC62550l／m（b）局部放电定位图谱350有缺陷10kVXLPEcablepartialdischargedetectionbasedonoscillatingwavesLUGuojun，XIONGJun，WANGYong，WANGJin，HUANGYanguang，RAORui（CentralTestingandResearchesInstitute，GuangzhouPowerSupplyBureau，GuangdongPowerGridCorporation，Guangzhou510410，China）Abstract：ThecompositionofOWTS（OscillatingWaveTestSystem）andtheprincipleofPD（PartialDischarge）locatingtechniqueareintroduced.AshortXPLEcablewhichisoutofserviceisartificiallysetwithvarioussimulativedefectsandtestedbyOWTS.Theresultsoftestsshowthat，somedefectsareeasilydetected，suchasthemisuseofinsulatingtape，buttheothersarenot，suchasthesurfaceburrofpress-connect-tubes.Studyshowsthatthedetectionofterminaldefectmaybeinfluencedbythesurfacedischargeofhigh-voltagelinenipperandtheswitchgearPDdetectingtechnologyortheanti-coronatreatmentofhigh-voltagelinenipperissuggested.Keywords：distributionsystem；cable；oscillatingwave；partialdischarge第30卷电力自动化设备4结论a.基于振荡波电压法检测技术对一条退运10kV交联聚乙烯短电缆，通过人工设置各种模拟缺陷，对该系统的检测效果进行了初步分析，得出振荡波电压法对某些类型的缺陷如错用绝缘胶带等效果十分明显，而对其他一些缺陷如压接管表面存在毛刺等效果有待进一步研究。b.研究也表明电缆终端缺陷的检测可能会由于高压线夹表面放电引入干扰受到影响，建议采取其他辅助检测手段如开关柜局部放电检测技术或对高压线夹进行防电晕处理以提高全范围检测效果。致谢本文的试验部分是在长沙电缆附件厂及华南理工大学的大力帮助下完成的，谨致谢意！参考文献：［1］罗俊华，邱毓昌，杨黎明．10kV及以上电力电缆运行故障统计分析［J］．高电压技术，2003，29（6）：14-16．LUOJunhua，QIUYuchang，YANGLiming．Operationfaultanaly-sisofXLPEpowercableabove10kV［J］．HighVoltageEn-gineering，2003，29（6）：14-16．［2］GULSKIE，WESTERFJ，SMITJJ．Advancedpartialdischarge-diagnosticofMVpowercablesystemusingoscillatingwavetestsystem［J］．IEEEEIMagazine，2000，16（2）：17-25.［3］罗俊华，马翠姣，邱毓昌，等．35kV及以下XLPE电力电缆试验方法的研究［J］．电网技术，2000，24（12）：58-61．LUOJunhua，MACuijiao，QIUYuchang，etal．StudyontestmethodsofXLPEpowercableratedupto35kV［J］．PowerSys-temTechnology，2000，24（12）：58-61．［4］UCHIDAK，TANAKAH，HIROTSUK．StudyondetectionforthedefectsofXLPEcablelines［J］．IEEETransactionsonPo-werDelivery，1996，11（2）：663-668．［5］GULSKIE，WESTERFJ，SMITJJ，etal．PDknowledgerulesforinsulationconditionassessmentofdistributionpowercables［C］∥5thVoltaColloquiumonPartialDischargeMeasurement，PDMeasurementsintheField.Alkmaar，Netherlands：［s.n.］，2005：1-9.［6］TURNERM．Anewmethodfordiagnosisofinstalledmediumvoltagepowercables［R／OL］.（2006－12－20）［2010－07－06］.http：∥kth.diva-portal.org／smash／get／diva2：9062／FULLTEXT01.［7］PETZOLDF，GULSKIE，SEITZPP，etal．Advancedsolutionforon-sitediagnosisofdistributionpowercables［C］∥2008InternationalConferenceonConditionMonitoringandDiagnosis.Beijing，China：［s.n.］，2008：1-4.［8］GULSKIE，CICHECKIP，SMITJJ，etal．On-siteconditionmoni-toringofHVpowercablesupto150kV［C］∥2008Interna-tionalConferenceonConditionMonitoringandDiagnosis.Bei-jing，China：［s.n.］，2008：978-982.［9］GULSKIE，PIEPERSO，PETZOLDF，etal．Powercablescon-ditionindexingbystatisticalanalysisofdiagnosticdata［R／OL］.（2005-12-27）［2010-07-06］.http：∥journals.lww.com／investigativeradiology／Abstract／1989／03000／Some_Practical_Is-sues_of_Experimental_Design_and.12.aspx.［10］杨荣凯．XLPE电缆线路局部放电量指标的分析［J］．高电压技术，2005，31（2）：27-28．YANGRongkai．AnalysisofPDLevelofXLPEinsulationcable［J］．HighVoltageEngeneering，2005，31（2）：27-28．［11］KOOJU，KIMJT，LEEJS，etal．Astudyontheoscillatingwavevoltagetestasanafter-layingtestfordistributionpowercables［C］∥IEEEAnnualReport-ConferenceonElectricalIn-sulationandDielectricPhenomena.Minneapolis，USA：IEEE，1997：334-337.（编辑：柏英武）作者简介：陆国俊（1972-），男，广东广州人，高级工程师，硕士，长期从事电力技术管理与新技术推广工作；熊俊（1983-），男，江西宜丰人，助理工程师，硕士，主要从事高压设备绝缘试验与新技术推广工作（E-mail：xiongj@gdgz.csg.cn）；王勇（1967-），男，湖南岳阳人，高级工程师，硕士，长期从事高压设备绝缘试验与新技术推广工作。