振荡波检测
局部放电(简称局放)是电缆绝缘劣化的征兆,也是造成绝缘劣化发展的重要原因之一,局放作为电缆线路绝缘故障早期的主要表现形式,既是引起绝缘老化的主要原因,又是表征绝缘状况的主要特征参数,是电力电缆运行中的一个较大的安全隐患。局部放电测量用于现场测量时,外部噪声干扰严重,测量很困难。虽然有困难,但已有测量结果也证明值得花时间和代价进行局部放电的测量。特别当怀疑有缺陷或破坏或者要求保证电缆工作最大可靠性时,这是一种典型的方法。只要把噪声等级降低到局部放电水平以下,测量的局部放电可以提供很多有用的诊断信息。通过观察局部放电信号的幅度与相位以及信号与升降压之间的变化关系,可以知道缺陷的形式和位置以及它们对电缆绝缘的影响。
其实,局部放电作为电缆绝缘非破坏性电气检验的主要项目。从50年代后期开始,世界各国纷纷采用宽频带放大检测器对电缆绝缘进行局部放电检测。1963年,荷兰NKF电缆厂F.H.Kreuger博士发表了他1957-1960年实验研究的论文和”局部放电检测“一书,奠定了局部放电的测量技术基础。此后,国际大电网会议(CIGRE)第21技术委员会(高压电缆)成立了局部放电工作组,针对电缆局部放电的特点进行确定试验方法标准的工作。1979年德国5家主要电缆工厂同汉诺威大学西林研究所合作研究,提出了长电缆上局部放电测试的科学方法。1980年德国正式批准这一建议为国家标准。1982年国际电工委员会((IEC)第17工作组采纳为IEC标准草案,1985年经各国IEC分委会多数表决,同意将该草案作为电缆局部放电的试验方法标准。
1996年日本株式会社的Katsumi Uchida等人通过在电气设备上制作气隙和电树,施加振荡波电压检测击穿电压。研究发现振荡波电压在这两种缺陷上的效果与交流电压较接近。
1998年荷兰代尔夫特理工大学的Edward Gulski等为了比较了振荡波电压和交流电压下的局放特性,制作了不同的电缆终端缺陷进行检测。研究发现两者的起始放电电压有很高的等效性,但是在局放量上存在一定的差异。振荡波的频率并不影响其局放起始电压,但是频率和放电量有很大关系,频率越小,放电量越大。
据目前国内外技术文献记载,该技术采用的振荡波电压是一种用于交联聚乙烯电缆局部放电检测和定位的电源,检测时,首先通过振荡波电路与电缆连接,产生振荡波电压作用于电缆。当电缆中存在缺陷时,会在振荡波电压的作用下,产生局部放电,经过电路中的局部放电检测设备检测放电信号,从而判断电缆的运行状态。
2008年1月,北京电力电缆公司吸取新加坡等国家在状态检测方面的成功经验,尝试采用振荡波法电缆局部放电定位(OWTS)测试技术对配网10kV电缆进行局部放电测试。在测试过程中,检测发现数条电缆有严重局部放电现象,经过对电缆的解剖分析证实了这些电缆存在的不同方面、不同程度的问题,通过对数百条电缆的局放检测情况进行总结分析,应用振荡波法对电缆局部放电进行测试并定位是一个非常有效的技术,而且方法操作简单,容易判断。得悉北京奥运保电引进振荡波技术检测配网电缆取得不错的效果后,国内电缆线路规模较大的城市,如上海、苏州、广州、深圳、武汉等城市都先后跟进,在10kV配网电缆上购置设备并组织开展,检测出大量10kV问题接头和电缆,及时消缺避免了很多跳闸事故。
但目前国内仅仅开展了配电网中压电缆线路在阻尼振荡波电压下绝缘性能检测与诊断的现场应用,而在高压电缆线路上的研究与应用处于一片空白,相关的经验和数据完全缺失。
2010年3月,武汉供电公司与国网电科院武汉高压研究所联合,首次在国内尝试引进瑞士OWTS HV150系统的DAC电压下现场测试、诊断2条110kV交联电缆线路的绝缘健康状况。研究分析和现场实测证明,用DAC电压代替工频正弦波电压作为试验电压,结合耐压试验、局放检测与定位、介质损耗测量多种绝缘性能检测方法,可有效覆盖线路全长范围内电缆本体及附件,较好地弥补了现有高压交联电缆绝缘性能检测手段存在的局限和不足。
2010年4月,为保障亚运会主网电缆安全,广州供电局引进了新加坡新能源公司所有权的瑞士OWTS HV150系统进行对亚运保电几条重要的110kV电缆进行检测,同时进行了技术交流和探讨。
尽管如此,在110kV , 220kV高压交联电缆线路现场试验和状态检测中,阻尼振荡波(DAC)电压下绝缘性能检测的研究与应用在国内的相关经验和数据仍相当缺乏。2011年深圳供电局采用OWTS (HV250)阻尼振荡波测试技术对3回220kV及14回110kV交联聚乙烯电力电缆线路进行高压振荡波检测试验,收获了大量现场实测数据。
IEC及世界各国都制定了相关的局部放电测试标准,通过对局部放电的检测及时发现绝缘系统中的薄弱环节,找出故障原因,保证电力电缆质量,保障电力系统安全可靠运行。国际大电网(GIGRE)也在2009年成立了电缆及接头现场局放检测技术的工作组,对该方面技术发展进行研究梳理。
阻尼振荡波局放检测技术在中低压电力电缆领域的应用效果,已为世人所认可并广泛应用,但在110kV及以上高压电缆领域仍是最尖端前沿的技术。瑞士Seitz公司研发成功的OWTS系统设备具备测试110kV及以上高压电缆,最高输出电压峰值达350kV可对220kV及以下电压等级电缆进行局放测试及耐压实验,在欧洲、中东、亚洲已有不少的成功案例。它具有与交流电源等效性好,作用时间短、操作方便、易于携带等特点,可有效检测交联聚乙烯电缆中的各种缺陷,不会对电缆造成伤害。高压电缆振荡波局放
测试主要用于检测电缆系统内部(包括电缆本体、接头、终端)存在的局部放电(绝缘层中存在的未击穿的放电通道,简称局放。局放会在电场作用下逐渐升级,最终转化为击穿故障),确保电缆处于健康状态。其原理是通过检测感性元件与被试电缆的高频脉冲信
号,结合信号补偿技术,达到测量并精确定位电缆线路局部放电的目的。
基于此,2011年深圳供电局采用DAC电压下现场测试、诊断3条220kV及14回110kV交联电缆线路的绝缘健康状况,开展了国内至今最大规模的DAC电压下电缆局部放电检测、放电源定位和介质损耗测量等试验工作,为全面了解典型高压交联电缆DAC测试系统(OWTS)的功能与组成,探讨研究用DAC电压代替工频正弦波电压作为试验电压的可行性,结合对比了耐压试验、局放检测与定位、介质损耗测量多种绝缘性能检测方法,初步认可阻尼振荡波检测局放可比较有效覆盖线路全长范围内的电缆本体及附件,较好地弥补了现有高压交联电缆绝缘性能检测手段存在的局限和不足。