高压交流电缆附件的局放测试技术.docx

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1、高考高压电缆及其附件是输电系统的重要组成部分，其质量问题关系到电网的安全运行。一旦电缆设备出现故障，将会造成巨大损失。因此，对电缆进行状态监测意义重大。局放量检测是目前最为常用的状态监测手段。本文讨论了局放的基本原理以及各种典型局放缺陷，对比了不同电缆局放检测方法的优劣。什么是局部放电？局部放电是发生在设备绝缘内部，未贯通高低压电极的放电现象，会造成绝缘劣化，最终导致电缆寿命缩短。传统的油浸纸绝缘电缆，局放对其绝缘性能影响较小，而对于固体绝缘电缆，如XLPE（交联聚乙烯）或者硅橡胶电缆，局放会对其绝缘造成永久性损伤，导致绝缘性能下降。图1展示了局放模型与等效电路。在生产或安装过程中，电

2、缆绝缘内部存在缺陷，如固体绝缘的空隙（void），液体绝缘的气泡，或电场不均匀处。将空隙等效为电容c1，空隙的上层以及下层的绝缘材质等效为c2，临近部分的完好绝缘等效为c3。我们可以获得局放电路的等效模型。局放通常发生在绝缘内部，而且等效电容c1、c2以及c3无法被测量，因此，局放检测属于非直接测量手段。高考等效电路的电压与电流波形如图2所示。电压UP（t）为施加在主绝缘上的系统电压，U10（t）为空隙上的电压。当U10电压升高到空隙的击穿电压UZ时，空隙击穿，C1两端电压下降，空隙绝缘恢复，同时C2被充电，当U10高于击穿电压Uz时，以上过程重复发生。而每次局放时，都将会在绝缘泄漏电

3、流上叠加一个小的脉冲放电，如图2所示。通过检测放电脉冲发生的位置、时间以及幅值，我们可以对设备的绝缘运行状况进行评价。不同频率下的局放不同频率以及电压波形下局放的测量方法基本一致，因此，除了在工频电压下测量电缆局部放电外，还可以采用现场试验的方法，在电缆上施加不同波形频率的电压，对电缆进行局放试验。高考由于直流电压对于电缆绝缘的破坏作用较大，因此不建议在直流电压下测量电缆局放，本文也不对其进行讨论。工频电压下的测量技术目前普遍认为，50Hz电压下的局放试验是应用最为广泛的局放测量方法，最为主要的原因是运行电压频率为50Hz，局放测量结果与实际最为接近。然而，输电电缆线路长度较长，对实验

4、设备的容量要求较高。图3为工频电压下局放测试试验布置图。分为变压器、分压器以及被试电缆三部分。20至300Hz下的谐振测量方法图4为谐振频率下的局放试验布置示意图，与工频电压下的布置基本一致。根据IEC62067（≥245kV）与IEC60840（＜245kV）标准，电缆的试验频率X围为20至300Hz。试验布置采用串联谐振的方法，试验频率如下所示。上式中，c为电缆的等效电容量，L为串联电缆。由于串联谐振的特性，其对变压器的容量要求远小于工频电压。此外，通过调整电感数值的大小，可以匹配不同长度、型号的电缆。高考0.1Hz超低频试验技术IEC60060规定，0.1Hz的电缆局放试验波形，

5、可以采用正弦波或方波。由于电压频率较低，电缆的充电效应大大减弱，试验电源的容量也随之减小（工频下的1/500）。相同时间下超低频试验电压过零次数远小于50Hz工频试验，因此其局放重复次数要小于工频试验，通常不能采用局放重复次数来评价电缆或附件的运行状况。对于含有非线性电阻的电缆附件，不宜采用超低频试验，因为可能会对绝缘产生损伤。振荡波测量方法高考振荡波试验布置如图6所示，可以看做快速开关与谐振电路的结合。其试验原理为，通过直流电源对电缆进行充电，在达到一定电压后开关突然合上，此时电缆与电感形成串联回路，电缆（大电容）中储存的能量在电容与电感之间来回振荡，在振荡过程中电缆的局放量被获取。

6、这项技术主要应用在60kV及以下的电缆设备中，随着技术的进步，在更高电压设备上应用逐渐增多。这项技术虽然采用直流电源，但充电时间较短，很快切换为振荡波，对电缆设备损伤较小。且电源容量要求较小。缺点是振荡时间较短，100微秒，电缆耐压时间不够。因此，这项技术主要用用于电缆绝缘状况诊断，而不适合投运试验。高压电缆附件上的典型试验结果本节展示了户外电缆终端的缺陷局放试验结果，某些特性同样适用于中间接头等其他形式的电缆附件。试验采用50Hz电压，在一定条件下也适用于其他频率电压。电晕属外部产生的局放，如电场集中区域，与其他类型局放有较大的差别，可以精确地测量。由于放电发生在空气中，电极两端不会

7、发生电荷累积，因此，放电主要发生在电压的最大点，并且放电起始电压与结束电压是一致的。此外，当外加电压增大时，局放时间也会增加。高考当电晕起始点为高压侧时，在负半周可以检测到局放发生，如图7所示；当电晕发生在零电位区域时，局放发生在正半周。图8展示了户外终端的电晕易发生区域。导致电晕发生的主要原因有：不规X安装、毛边、尺寸不恰当等。一般来说，这些缺陷都是可以消除的，而且对于电缆设备的安全运行不会产生较大影响。电晕类局放主要发生在户外终端，一般不会