1、配网电缆现场诊断方法（译文）2008-9-4Frank Petzold1, Edward Gulski2, Paul P.Seitz3, Ben Quak3, Hubert Schlapp11 SebaKMT, Dr-HerBert-Iann-Stresse 6, 96148 Baunach, Germany2 Delft University of Technology, Mekelweg 4, 2628 CD Delft, The Netherlands3 Seitz Instruments AG, Mellingerstrasse 12, 5443 Niederrohrdoft, Swi
2、terland摘要：本文论述了电缆局放诊断设备在配电网络中的重要作用。在考虑了电缆分布参数及衰减的情况下对电缆局放特性参数进行讨论。以 DAC 电压对 XLPE 和 PILC 电缆进行局放测试的现场经验并对资产管理提出相应的要求及指导意见。主要的困难是在可靠性方面对电缆的局放进行风险评估。如果用统计的方法取得足够多关于电缆和附件的 PD 诊断数据，那就可以资产管理提供局放的参考值和预防指导。索引：电力电缆，局部放电，局放脉冲衰减，散布，相关规定，资产管理。一、 简介目前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。配电部门需要赔偿客户的损失，而且资产管理机构也要求必须掌握中压电缆状
3、态的详细资料。在低场强下电缆及电缆附件内部的缺陷或者绝缘老化可能会导致电缆故障，配网电缆中的很多故障都是由电缆缺陷部位的局放发展过来的，这些缺陷主要集中在电缆附件上。很多事例表明，电缆绝缘中越来越多的缺陷降低了配网运行的可靠性。使用阻尼振荡电压（DAC）对电力电缆配电网络进行测试可提供电缆绝缘的相关信息，并帮助管理部门决定是否替换有缺陷的部分。由此可见，PD 局放对于电网维护的成本控制起到很大的作用。二、 局放诊断的重要参数关于局放缺陷在 XLPE 和 PILC 电缆中形成的机理在很多出版物中都有较详细的描述。对电缆管理人员来说，最重要的是在运行电压下是否有持续的局放发生。其次需要关注的就是电
4、缆由于接地故障或开关故障而运行在过电压条件下的状况。如果发生上述故障且电缆没有接地，那么电缆就会在高达 1.7U0 的电压下运行几个小时。最后要考虑的就是在运行电压下，电缆中存在的持续的局放对电缆运行产生的风险的评估。一般来说判断电缆局放状况常常通过三个参数， PDIV，即局放起始电压； PDEV 即局放熄灭电压和 PD VALUE即局放水平。通常以 U0 电压下的数值作为参考。在根据电缆的绝缘类型，附件设计以及局放定位（本体，接头和终端）来对电缆运行风险进行评估的方面，已经积累了相当多的经验。局放的幅度也表征了它的危险程度。脉冲会由于自身的频率而造成在电缆中传播时的低通特性。这意味着脉冲的高
5、频部分将被很大程度地削弱，使脉冲的幅值减小。另外，在长电缆中传播时，脉冲会分解为不同的频段。这样使得只有原始脉冲的低频部分被接收，它的影响因素很多，如电缆类型和长度，混合电缆的类型和接头数量等。配网中的情形有所不同。长达十多公里的电缆，混合电缆的转接头，有时候非常接近新装的开关柜，又有时仅以很短的电缆连接两个变电站。为了应对这种情况，最新的局放诊断系统应该具备下列特点：检测并定位长电缆中被高度分散的信号对发生在电缆终端头附近的局放具备较高的分辨率图 1. 不同距离上脉冲散播和衰减的模型由于局放放大器具有一定的动态范围，与测试长电缆上畸变的信号相比，高带宽的测试仪器对较短电缆测试更容易。测试较长
6、电缆时，仪器应该调整为低通模式，这样便于监测局放。三、 改进的局放技术改进后的震荡电压可以生成频率在 50500Hz 之间的几十个震荡波形，近几年里已经在世界范围内得到广泛应用。这种震荡波测试系统（OWTS）依据 IEC60270 标准设计，可用于电力电缆的诊断和对局放的现场检验。由于共振原理，由电缆和系统共同作用的震荡电压波形与运行电压很接近。另外很重要的一点就是由于电压作用时间比较短，整个测试过程是无损的。经过 7 年实际使用经验的积累，新一代的 OWTS M 系列被研发出来。（图 2）图 2. OWTS M28 系统，峰值 28kV，70kg，笔记本无限局域网控制除了系统实现小型化和轻量
7、化，系统硬件得到最佳优化外，对局放周期脉冲的带宽自动选择处理的新技术也应用到其中。测试系统的输入阻抗和带宽选择都被一同设计到系统中，可以通过手动和自动进行选择。图 3 显示高、低带宽之间的区别，图中是以校准器发射的脉冲在高衰减的 EPR 电缆中传播的轨迹。末端反射在低带宽选择的情况下（图 3A）要明显好于在高带宽选择的情况（图 3B）。同样，在测试长电缆或衰减较大的电缆（如 PILC，混合等）时也会得到相同的结果。A 3MHz 带宽 B 25MHz 带宽图 3. 不同带宽设定的影响另一方面，高带宽设置比较适合用于短电缆或者局放故障靠近远端终端头的情况。当设置为 40MHz 时，系统可以以非常高
8、的精度测试距对端几米远的局放故障。如图 4，5 。在图 4 的脉冲反射图形中，系统可以清晰地分辨间隔很近的两次反射波形。图 4. 距对端 15 米的局放反射波形 图 5. 据对端 15 米的局放集中图四、 OWTS 典型局放故障示例测试对象的信息是否明了对局放分析的准确性有很大影响。电缆绝缘类型、长度以及接头类型对评定电缆的 PDIV、PDEV、PDIV 、电缆局放水平以及电缆在 2U0 时局放水平等参数非常重要。除了电缆参数和电缆局放的集中程度外，地网干扰也要考虑到最后的结果中。剧烈局放在 XLPE 和 PILC 电缆中会有几百 PC 的差异。所以当地网干扰在 100PC 以下的时候可以不进
9、行考虑。从图 6 充油接头的局放图形中可以很容易分辨出缺陷类型，如孔穴（图 6）或干燥纸层间放电（图 7）。图 6. 充油电缆局放图形 图 7. 纸绝缘干燥纸层间放电对于充油电缆接头来说，局放长时间超过 10nc 也不算危险。而如图 8 在绝缘层上的集中局放则会在不久后导致击穿。图 8. 油纸电缆 820 米的接头局放和 1180 米的纸绝缘局放 图 9. 严重损坏的 PILC 电缆上的局放另一种典型故障就是由于外力破坏导致电缆护套严重变形。图 9 显示的是靠近转接头位置的局放，在 U0 电压下已经达到了 60nc.检视后发现接头没有故障，但接头附近的电缆铅包却发生了严重的变形。如图 10。图
10、 10. PILC 电缆外力破坏导致变形引起局放故障 图 11. 铅护层腐蚀，绝缘油泄露，纸层间发生局放在配网中使用的 PILC 电缆其使用年限往往能超过 60 年。如果电缆的外护套没有变形，并且其一直运行在设计电压下，那么这条电缆仍然可以再用几十年。但往往在落差较大或强腐蚀性（图 11）的环境中会造成纸绝缘层绝缘油变干。这些电缆的可靠性下降，并且在运行中频频出现故障。通过 PD 测试可以对这些临界缺陷进行定位来替换掉缺陷部分，以此来提高整个系统的可靠性（图 12）。图 12. PILC 电缆由于腐蚀使绝缘油泄露而引起的局放局放的发生大多数是由于制作接头或终端头的技术手段不合格。尽管在近 20
11、 年的时间里冷、热缩接头的结构和制作工艺不断地得到发展，但仍有大量的错误备件被安装在配电网络中。这些配件一般能用 510 年，直到某天突然增加的故障率会表明这种“时间炸弹”开始爆发了。有时技术的原因也会引起最初的缺陷。连接头的生产厂家直接对公共设施供货，最终用户必须选择他们需要的接头，可能成千上万的不合乎尺寸要求的配件被用在接头上（如图 13）。图 13. 错误的接头尺寸导致导体和绝缘间空隙产生局放 图 14. 20kV 电缆中因热缩接头的错误安装导致的局放由局放产生的性能下降是显而易见的。在正常运行电压下，局放水平已经高达几千 pC，但令人惊奇的是，这种热缩接头的绝缘材料在这种放电水平下竟能
12、工作 510 年。PD 诊断对电缆缺陷定位来说是一个极佳的方法（图 14）。正常的运行条件下，XLPE 电缆及其附件应该不存在局放。当地网噪声在 100PC 范围内时应仔细分析噪声对测试结果的影响，并尽量降低它的干扰。有时由于地网噪声经常改变，所以需要把测试延迟到以后。而油纸电缆就算在运行电压下发生几千 PC 的离散局放也可以看作对电网没有损害。图3 ，4表明，经常做周期性的检验，可以监测电缆上局放缺陷点的发展。由于局放物理上的随机性，所以一种测量局方程度并定位的基于统计分析的方法就显得很重要。U0 时产生的局放严重程度是一个很重要的信息。由于电缆材料不尽相同，特性也不同，为了进行电网的风险评
13、估，对于 PILC 电缆来说也有其他一些标准用于 PE/XLPE 电缆上。7 年多来积累的关于临界放电值或发展趋势等相关经验为电网运营商提供很好的参考。对被测电缆相关资料的掌握也很重要。例如，即便是 PD 水平比较低的油纸电缆上的一个接头，也可能引起接地短路故障。如果在局放监测过程中发现只有这一个接头影响着局放，那么只需替换掉这个接头，便可排除故障。错误的安装操作将根据停电的特征以及 PD 测试的特征参数，特别是局放起始电压来评估。以 3 到 6 个月为周期，经常检查局放起始电压及局放水平的发展趋势对一些特别案例是很有帮助的。从过去的局放试验，线路结构，运行电压，维修经验和故障统计等多方面来进行评估，而不只是从电缆重要与否，这样最才能对于维修或替换得出准确的结论。（图 15）图 15. PD 测试结果的全面评估 五、 结论对电力电缆无损条件下的评估总结为以下几方面：1. 对电缆及附件等的局部放电检测，电压应逐步加到 1.7 U0 ，之后进行分析。2. 运用 DAC 技术的 OWTS M 系统具备高分辨率的带宽特点，并且，对于分离后的局放信号也有很高的动态测试能力。3. 丰富的测试经验为维修决定提供依据
