1、 广西 电网公司大修技改项目 可行性研究报告 项目名称： 10kV级电缆振荡波局放测试定位 系统购置 申请单位： 起止时间： 年 月 至 年 月 项目负责人： 联系电话： 手 机： 电子邮件： 传 真： 通信地址： 邮政编码： 年 月 一、 目的和意义 近十年来，我国城市电网中大量采用 XLPE 电力电缆输配电。交联电缆在当前中国乃至世界的电力系统中有着至关重要的 地位，在 220kV 以下的领域已经全面取代其他电缆，成为城市内传输电力的主导产品， 500kV 的交联聚乙烯电力电缆也开始挂网试运行，我国的电力设备制造能力有了长足的进步。 在 60 年代初问世以来的 40 余年中，由于交联聚乙烯
2、（ XLPE）电缆具有 良好的电性能和热性能并且结构简单，制造周期短，工作耐受温度高，无油，敷设方便，供电安全可靠、有利于美化城市等优点 ，因而被广泛应用于电力系统的各个电压等级中 1， 但是这种电缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或者由于工艺原因在绝缘与半导 电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出，在这些气隙和杂质尖端处极易产生局部放电，同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。 当它使用到一定年限后局部放电继续发展到一定程度导致绝缘击穿而造成电网事故，其主要原因是 由于 XLPE 等挤塑型绝缘材料耐放电性较差，在局
3、部放电的长期作用下，绝缘材料不断老化最终导致绝缘击穿，造成严重事故 2。 因而对交联聚乙烯电缆绝缘缺陷局部放电检测方法的研究就显得尤为迫切，及时、准确地检测到电缆绝缘隐患，就可以及时采取必要的应对措施，减少突发事故等带来的经 济损失具有十分重要的现实意义。 振荡波试验及局放测试对及时发现电缆存在的绝缘缺陷有很好的效果，但目前国际上对 110kV 及以上高压电缆振荡波及局放测试的设备研究还是空白，研究开发高压电缆振荡波局放测试设备有重要的实际意义及战略意义。 二、 国内外研究水平综述 目前国内外开展的局部放电检测的电源方式主要有： (1) 工频正弦波下的局放测试 工频正弦波下的局放测试试验最能反
4、映电缆绝缘实际情况，原因为 :电缆是在工频下运的，其试验电压频率在工频下最为合理，可完全模拟运行情况。从理论上讲，工频耐压试验不但能反映电缆 的泄漏特性，而且能完全反映电缆的耐压特性，还能准确反映运行电缆的缺陷等引起的局部放电特性。但在实际应用中，由于XLPE 电缆具有很大的电容量，在试验时便需要有很大功率的设备才能进行，这便造成了试验设备质量和体积的增大，当电缆较长时因设备太笨重便无法实施检测。过去除在电缆制造厂出厂试验时进行交流耐压试验外，在运行单位由于所需试验电源容量太大和试验设备过于笨重、移动困难等原因，不能在现场采用。 (2) 超低频法（ VLF）局放测试 VLF 法是采用超低频（小
5、于 1Hz）电源对电力电缆进行绝缘检测的方法，它适用于现场 中新安装的电缆绝缘检测和例行维护实验。用在本文所述的超低频局放测试中的超低频电源为 0.1Hz正弦波电源。 采用 0.1 Hz 作为试验电源 , 理论上可以将试验变压器的容量降低到 1/500,试验变压器的重量可大大降低 , 可以较容易地移动到现场进行试验。而且，对被试电缆可长期恒定电压，始终为 0.1Hz正弦波，波形没有毛刺且光滑，电压幅值恒定，不随时间变化。可长期加压测量 目前 , 0.1Hz超低频电源较多应用在电力电缆的耐压试验和介损试验，而且用户反映良好。因而 0.1Hz超低频耐压试验能够在较低的电压下有效地发现 XLPE绝缘
6、电力电缆受潮和存在水树枝的运行缺陷。此种方法主要应用于中、低压电缆的试验 , 由于电压等级偏低 , 还不能用于 110kV 及以上的高压电缆试验。 (3)阻尼振荡波下的局放测试 罗俊华等人通过对存在人为绝缘缺陷的 XLPF 电力电缆试品进行工频电压、振荡波电压和超低频电压进行平行比对试验，来研究这 3 种试验方法作为早期发现、判别 XLPE 电力电缆运行事故隐患的有效性和可行性。应用交、直流电压、 0.1Hz VLF及阻尼振荡波电压（ OWV）分别对运行 12 年、存在大量水树的退役电缆试品耐压以验证其等效性。等效系数 K = Ux/ Uac ，结果如下表所示： 另外，日本的 Katsumi
7、Uchida教授和荷兰的 Edward Gulski教授也都分别验证了阻尼振荡波电压与工频电压的等效性，最后结果相近，即 振荡波电压与交流电压的绝缘试验等效性较好 ,前者作用时间短 ,操作方便 ,即使耐压试验时所加电压超过电缆的额定电压一定幅值 ,也不会在电缆中引发新的缺陷。应用振荡波电压检测电力电缆中的气隙缺陷及施工中留下的缺陷很有效 ,在检测电缆中的电树枝时 ,电树枝起始电压与电缆击穿电压有一定差距。因此应用振荡波电压进行电力电缆竣工或维修 后的交接试验是较理想的实验方法。 德国 SABA 的振荡波是采用直流充电产生阻尼振荡波，它的问题是需要一个高压电子开关闭合 LC 回路，因此电子开关的
8、工作等于试验电压，在 110KV 电缆需要工作 150KV 以上，它的价格和可靠性已经有问题，再加上专有技术等原因，国产化较困难。 本课题 采用交流激励 技术 产生阻尼振荡波，而且没有直流预充电时对电缆的直流加压过程 ， 利用低压电子开关闭合 LC 回路，可以 对 110、 220、 500kV电缆进行阻尼振荡波 局放检测和定位试验 。 该技术 走的是与德国 SABA 完全不同的另一条技术路线，不存在技术 知 识 产权问题 ， 而且可以对电缆做交流耐压试验。 该技术的研究应用成功，可以填补 110kV 及以上 XLPE 高压电缆阻尼振荡波局放测试和定位技术的空白，交流激励产生阻尼振荡波用于电缆
9、局防测量技术为世界首创，价格较 德国 SABA 的 1/3,在国内外具有很大的推广价值 。 三、 相关依据 IEEE Std 400.3-2006 IEEE Guide for Partial Discharge Testing of Shielded Power Cable Systems in a Field Environment 四、 利 用 本 系统可以开展的主要工作 （ 1）变频谐振阻尼振荡波高压局放试验 采用阻尼振荡波电压源，将被试电缆换成电压等级 40kV 的 1 F的高压电容器和 4.5kV 即能发生放电的电晕模型并联，对被试电容和电晕模型并联电路加压 5.5kV，即能产生
10、放 电，测试结果如下。 （ a） （ b） （ c） （ d） 图 12 阻尼振荡波下的局放实验 （ 2） 电缆 中 局放的准确定位 长电缆作为分布参数来 考虑，对其局放位置的确定应使用传统的行波法（脉冲反射法），定位原理如图 13 表述。同时我们在实验室模拟了长电缆的定位。实验电路图如下： 检 测阻 抗Z d耦 合 电 容 C k宽 频 带信 号 调 理放 大 单 元N I5 1 3 3采 集 卡P C5 0 0 m 同 轴 电 缆 线图 13 实验室模拟长电缆局放定位电路图 利用 500m 长的同轴电缆线，并以分成数段，并且都已做成两头都是 BNC 接头，中间用两端头连接；检测阻抗、宽频带
11、信号调理放大器和高压耦合电容器如前所述， 3个性能一致的方波脉冲发生器，仍用数字示波采集卡。利用方波模拟局放信号，先求出局放在整个线路中 的传播速度 v，利用公式 v=2L/ t 求得，再利用公式（ 3-9）： 211122x l v t t l v t 求得局放发生的位置（即方波注入的位置）。 500m 处， 50pC方波注入 500m 处， 500pC方波注入 图 14 局部放电定位模拟实验 以上实验可以说明：长电缆的定位在实验室的情况下是可以实现的。但是现场情况比较复杂，干扰较多，定位起来比较困难，所以就需要配合时延相关法、自适应滤波、小波分析等高级数学手段以提高长电缆中局放定位的准确性和可靠性。 五、 主要技术指标 输入电压： 380V 15% 激励功率： 10kW 试验容量： 250kvar 振荡 波 电压： 0-25kV 高压测量精度： 1% 谐振频率范围： 25-500Hz 局放测量精度： 1pC 试验系统局放量： 5pC 六、标配清单 序号 设备名称 型 号 数量 备注 1 振荡波发生器 ST6508-10 1 套 3 振荡波采集单元 FC6508-25 1 套 4 电缆振荡波局放测 试定位系统 ST6508.1 1 套 软件
