一种电力电缆轻微性绝缘故障诊断和定位新技术的应用

李滔

（云南电网有限责任公司曲靖供电局，云南曲靖655000）

摘要：对电力电缆进行交流耐压试验是目前国内现场应用最广泛和有效的试验方法，但其仍无法对电缆的轻微性绝缘故障进行有效检测。现介绍一种将高电压试验技术与电缆局部放电测量和定位技术融合在一起的电力电缆安全检测评估系统，详细分析该系统的原理和结构，并通过该技术在高压实验室的实际应用，总结了一些经验，提出了后续建议。

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关键词 ：局部放电；串联谐振设备；高压滤波器；定位

0引言

随着城市电网电压等级和缆化率的提高以及部分电力电缆使用年限的增加，如何对电力电缆轻微性绝缘故障进行检测与评估以便拟定科学的检修策略，成为电力工作者迫切希望解决的技术难题。

目前，工频或类工频交流耐压试验由于试验状况接近电缆的运行工况而成为国内应用最广泛的试验方法，在现场试验应用方面，调频型串联谐振试验装置由于重量轻、体积小、变频电源输出功率仅为试验功率的1/Q等优点已成为高电压试验中一种新的方法与潮流，但其只能通过电缆绝缘是否击穿得出绝缘状况好与不好的定性结论，无法对电缆绝缘的中间状态进行定量评估。针对以上方法的缺点，应用将串联谐振试验技术与局部放电测量和定位技术相结合的电力电缆安全检测评估系统已成为当今电缆绝缘测试与安全评估的重要趋势。

1电力电缆安全检测评估系统技术分析

1.1系统局部放电检测原理

系统所采用的电力电缆局部放电检测方法为脉冲电流法，又叫ERA法，这也是IEC60270和GB/T7354—2003《局部放电测量》规定的测量方法。如图1所示，其基本原理为：电力电缆在加压情况下发生局部放电时，近端会产生一个瞬时电压，此时经过一耦合电容耦合到检测阻抗上，回路中就会产生一脉冲电流，脉冲电流流过检测阻抗将产生脉冲电压，将脉冲电压予以采集、放大和显示处理，就可测定局部放电的基本放电量。

1.2系统局部放电定位原理

局部放电定位首先要获取电缆长度信息，该系统利用脉冲反射法来测量电缆长度：采用任意波形信号发生器向被试电缆施加一个窄脉冲，此脉冲沿电缆正向传播，经一定的延时T到达终端，并产生反射现象。如果不考虑信号的衰减，则反射信号的幅值与入射信号相同，而方向相反。反射信号经过与入射信号相同的延时T到达发射端。在入射端测量信号传输的时间2T，并在电磁波的传播速度v已知的前提下得到被试电缆的长度。由于测试电压较低，因此不必考虑电缆局部放电信号的影响。

电缆长度计算公式为：

因此，在电缆长度已知的前提下，只要测量出正向行波和反向行波到达近端的时间间隔Δt，就可以计算出局部放电发生的位置。

1.3电力电缆安全检测评估系统结构

由于调频型串联谐振试验装置中的变频电源大多数为方波型电源，采用的是PWM原理进行变频逆变，所以本身局放量较大，对局放测量干扰比较严重。为了实现对电源干扰信号的有效降噪，该系统采用了π形结构的高压滤波器作为局部放电耦合器单元。局部放电耦合器单元是电力电缆安全检测评估系统拓扑结构的核心部件，是连接高压源和局放数据采集分析系统的桥梁，应根据调频型串联谐振试验电源设计相应局部放电耦合器单元。

将调频型串联谐振试验装置、高压π形滤波器和局部放电测量与评估系统结合起来，即可组成电力电缆安全检测评估系统。

2电力电缆安全检测评估系统的现场应用

2.1现场应用范围和限制条件总结

当进行新电缆交接和电缆大修时，由于IES?1000测试系统局部放电测量灵敏度高，测试系统将配合交流耐压试验进行，对电缆进行局部放电测量，如果未发现局部放电则电缆投入运行，如发现局部放电则进行绝缘状况评估、局放故障类型分析和局放位置精确定位，并采取措施进行检修或替换。

当电缆正常运行时，如通过在线检测设备发现电缆有局部放电现象，则应对该电缆进行计划停电，切换到备用线路，然后利用IES?1000测试系统局部放电测量灵敏度高和具备定位功能的特点对电缆进行绝缘状况评估、局放故障类型分析和局放位置精确定位，并采取措施进行检修或替换。

2.2应用实例分析

由于目前110kV运行电缆不易停电检测，该应用实例主要是在实验室对废旧电缆进行试验，电缆局部放电模型是针刺模型，通过在电缆绝缘层上扎入一根大头钉来实现，该钉上部必须与电缆的金属护套相接触，即与地连接，该钉的底部尖端稍稍扎入主绝缘即可在加压下形成不均匀电场，严禁将钉子贯穿主绝缘而造成短路。

在此次试验中，电缆绝缘状态评估结果如下：

（1）最大局部放电量为4640pC，表明该电缆应采用定位功能查找缺陷点，进行修补或更换。

（2）大于350pC的局部放电数量为277个，所占比重为74.06%，表明电缆局部放电量总体较大。

（3）在60周波内采集的局部放电总数为374个，表明局部放电活跃程度一般。

根据以上电缆绝缘状态评估结果，采用了电力电缆安全检测评估系统中的局部放电定位技术查找轻微性绝缘故障点。定位试验数据共采集了20次，两个光标之间的时间差即正反向波形的时间差为2.275μs，已知电缆长度为300m，代入式（4）可得，局部放电点离测量近端距离为106m左右，这与实际的电缆局部放电模型所在点（离测量近端105m）几乎一致，因此可证明电力电缆安全检测评估系统局部放电定位功能是有效的。

3结语

根据电缆故障的发展过程可知，一般轻微性绝缘故障经过较长时间才会形成绝缘击穿，且伴随着局部放电由弱到强的过程。因此，如果能在出现轻微性绝缘故障时采用局部放电测量定位技术发现它并采取措施，将可避免更大的损失。

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参考文献］

［1］罗俊华，杨黎明，史济康.电力电缆及试验技术回顾［J］.高电压技术，2004，30（S1）：81?82.

［2］江毅，钟建灵.交联电缆技术要求的新趋势及交流耐压试验的状况［J］.广东电力，2002，15（4）：34?35.

收稿日期：2015?07?13

作者简介：李滔（1985—），男，云南曲靖人，工程师，研究方向：高压试验。