第４３卷第４期２０１９年８月
南京理工大学学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ.４３Ｎｏ.４Ａｕｇ２０１９
㊀收稿日期:２０１９－０３－２０㊀㊀修回日期:２０１９－０８－０１
㊀基金项目：国家自然科学基金(６１６７３１６１)
㊀作者简介：孙永辉(１９８０－)ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要研究方向：电力大数据㊁综合能源系统建模与优化等ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｓｕｎｙｏｎｇｈｕｉ１６８＠ｇｍａｉｌ.ｃｏｍꎮ
㊀引文格式：孙永辉ꎬ王馥珏ꎬ邓鹏.高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究[Ｊ].南京理工大学学报ꎬ２０１９ꎬ ４３(４):５０５－５１０.㊀投稿网址:ｈｔｔｐ://ｚｒｘｕｅｂａｏ.ｎｊｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎ
高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究
孙永辉１ꎬ王馥珏１ꎬ邓㊀鹏２
(１.河海大学能源与电气学院ꎬ江苏南京２１００９８ꎻ２.南京供电公司ꎬ江苏南京２１００００)
摘㊀要：通过案例分析探讨了两种高压电缆局部放电带电检测技术的应用ꎮ针对传统带电检测技术仅仅只是反映短时间内电缆及附件状态的不足ꎬ首先在线路Ｂ上安装高压电缆局放重症监护系统ꎬ通过３ｄ不间断监测排除了一起中间接头的疑似放电缺陷ꎬ确认局放重症监护技术是运行电缆局放检测的重要补充手段ꎮ接着介绍了电缆终端局部放电在线监测系统ꎬ以及在国内使用就发现线路Ｃ的Ｂ相电缆终端存在疑似局部放电信号的案例ꎬ通过停电解剖ꎬ验证了局放信号存在的事实ꎬ从而确认终端局放监测技术发现电缆终端局放缺陷的有效性ꎮ关键词：高压电缆ꎻ局部放电ꎻ带电检测ꎻ重症监护ꎻ终端监测中图分类号:ＴＭ７５㊀㊀文章编号:１００５－９８３０(２０１９)０４－０５０５－０６ＤＯＩ:１０.１４１７７/ｊ.ｃｎｋｉ.３２－１３９７ｎ.２０１９.４３.０４.０１８ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒ
ｐａｒｔｉａｌｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｃａｂｌｅ
ＳｕｎＹｏｎｇｈｕｉ１ꎬＷａｎｇＦｕｊｕｅ１ꎬＤｅｎｇＰｅｎｇ２
(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９８ꎬＣｈｉｎａꎻ
２.ＮａｎｊｉｎｇＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００００ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｐａｒｔｉａｌｄｉｓｃｈａｒｇｅ(ＰＤ)ｏｆｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｃａｂｌｅｔｈｒｏｕｇｈｃａｓｅａｎａｌｙｓｉｓ.ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｊｕｓｔｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｓａｎｄａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓｉｎａｓｈｏｒｔｐｅｒｉｏｄꎬｆｉｒｓｔｌｙｔｈｅＰＤｉｎｔｅｎｓｉｖｅｃａｒｅｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｔｈｅｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｃａｂｌｅＢꎻｔｈｒｏｕｇｈｔｈｒｅｅｄａｙｓ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇꎬｔｈｅｊｏｉｎｔｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｃｔｅｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｗｉｔｈｄｅｆｅｃｔｓｉｓｒｕｌｅｄｏｕｔ.Ｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄ
ｅｄｔｈａｔｔｈｅＰＤｉｎｔｅｎｓｉｖｅｃａｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅａｎｓｏｆｒｕｎｎｉｎｇｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｔｅｓｔｏｆｔｈｅｃａｂｌｅ.ＴｈｅｎꎬｃａｂｌｅｔｅｒｍｉｎａｌＰＤｏｎ￣ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｔｈｅ
ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓｅｏｆｌｉｎｅＣ ＢｐｈａｓｅｃａｂｌｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｄｉｓｃｏｖｅｒｓｔｈｅｓｕｓｐｅｃｔｅｄｃａｓｅｓｏｆＰＤｓｉｇｎａｌｓ.
南京理工大学学报第４３卷第４期
Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｔｈｒｏｕｇｈｄｉｓｓｅｃｔｉｏｎｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｆｉｒｅｓｉｇｎａｌꎬｔｈｕｓｃｏｎｆｉｒｍｉｎｇｄｉｓｃｈａｒｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｄｅｆｅｃｔｃａｂｌｅｔｅｒｍｉｎａｌｓｔａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｃａｂｌｅꎻｐａｒｔｉａｌｄｉｓｃｈａｒｇｅꎻｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎꎻｉｎｔｅｎｓｉｖｅｃａｒｅꎻｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｔｅｒｍｉｎａｌ㊀
㊀㊀随着全国电网的不断改造升级ꎬ交联电力电缆已成为重点地区输电的主流设备ꎬ高压㊁超高压交联电缆线路已经在城市电网中占据非常重要的地位ꎮ然而ꎬ由于高压电缆附件是电缆线路上最薄弱的环节ꎬ加之电缆附件内部的场强分布复杂㊁运行环境相对较差ꎬ随着电缆线路运行时间的增长ꎬ不可避免地产生老化现象ꎬ进而引起事故[１]ꎮ
如何对电缆线路的运行状态进行检测和分析ꎬ
最经济有效地得到电缆的真实状态是非常必要的ꎮ经过多年的研究分析ꎬ国内外专家和国际大电网(ＣＩＧＲＥ)等电力权威组织一致推荐局部放电检测是交联电力电缆绝缘状态评价的有效方法[２]ꎮ常用的局部放电检测方法有：脉冲电流法㊁超声波法㊁
超高频法㊁电容耦合法㊁电磁偶合法等[３]ꎮ
目前在运行电缆线路上国内外仅限于使用便
携式局放检测设备开展短时的局部放电检测工作ꎬ虽然可以在短时间内对大面积的电缆附件进行带电检测ꎬ但由于检测手段单一ꎬ很难短时间排除外界环境干扰ꎬ有效检测的难度高ꎬ进而不能准确反映出电缆线路实际运行情况ꎮ为此ꎬ率先在南京地区引入基于脉冲电流法的电缆局放重症监护系统ꎬ以及和北京兴迪公司联合开发了电缆终端局部放电在线监测系统ꎬ通过对电缆线路长时
间带电检测ꎬ用以发现电缆线路绝缘缺陷ꎬ进而增加电缆线路寿命ꎮ
１㊀电缆重症监护系统乳化液泵
目前ꎬ国内外高压电缆开展局部放电普查已
经成为电力运检部门的常规运检手段[４]ꎮ但由于现场局放普查时受到背景噪声的影响ꎬ且普查时检测时间有限ꎬ对检测到的放电信号一时难以做出准确的判断ꎮ局放在线普查的检测报告多给出疑似放电的结论[５]ꎮ
电缆重症监护技术利用固体绝缘缺陷所特有的不可逆的特点ꎬ在发现疑似信号的附件组及其左右附件组上安装短期(２４~７２ｈ)的电缆局放重症监护系统[６]ꎮ系统对重点监护的附件放电谱图按照预设时间进行定时保存ꎬ观察放电信号是否长期存在ꎮ
电缆重症监护系统包含９个测量通道(图１为系统接线图)ꎬ通道之间采用光纤连接ꎮ可以对发现有疑似放电的接头附件组和其前后各１组接头附件进行重症监测ꎮ通过观察疑似放电信号与时间㊁负荷㊁天气的关系ꎬ对疑似信号进行研判得出更加准确的结论
ꎮ
图１㊀电缆重症监护系统接线图
腰果去壳机１.１㊀电缆线路概况
线路Ｂ为交联聚乙烯绝缘电缆:ＺＲ￣ＹＪＬＷ０２￣Ｚ/
２２０ｋＶ￣１∗２５００ｍｍ２ꎻ额定电压:２２０ｋＶꎻ电缆长度:１６００ｍꎻ附件型号:ＧＩＳ/ＹＪＺＧＧ￣２５００ｍｍ２ꎻ户外终
水烟端:ＹＪＺＷＣ４￣Ｆ/２５００ｍｍ２ꎻ接头:ＹＪＪＪ１２/２５００ｍｍ２ꎮ线路包含５个中间接头组成的两个交叉互联段ꎬ和一个户外终端ꎬ一个六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置(Ｇａｓ￣ｉｎｓｔｕ
ｌａｔｅｄｓｗｉｔｃｈｇｅａｒꎬＧＩＳ)终端ꎮ
６
０５
总第２２７期孙永辉㊀王馥珏㊀邓㊀鹏㊀高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究
㊀㊀１.２㊀电缆局部放电普测
在对线路Ｂ进行电缆局部放电普测时发现
此线路的＃３中间接头存在疑似局部放电信号ꎮ图２为现场检测图谱
ꎮ
图２㊀电缆局放普测图谱
１.３㊀疑似局放信号排除
为确认检测到的局放信号是否是干扰信号ꎬ对线路Ｂ的＃２㊁＃３㊁＃４中间接头进行７２ｈ连续监测ꎬ并在此期间对该线路进行停电操作ꎬ在停电期间继续进行局放监测ꎮ
监测时ꎬ每隔１５ｍｉｎ保存一次各接头㊁各相去毛刺工具
的信号图谱ꎬ每隔２４ｈ保存一次不同频率下的信号流ꎮ
最终ꎬ综合重症监护的图谱和停电后的检测结果ꎬ原检测到的＃３中间接头的放电信号不是由接头局部放电引起的ꎮ图３为停电后检测到的＃３中间接头的信号图谱
ꎮ
图３㊀停电后＃３接头检测图谱
２㊀电缆终端局部放电在线监测系统
电缆终端一直是电缆线路的薄弱环节ꎬ逐年来电缆终端事故呈上升趋势ꎮ２０１０年北京大规模更换国外某公司的几百只电缆终端ꎻ２０１２年１月国网公司在石家庄以欧洲某知名品牌的电缆终端为案例开展全网的电缆终端局放普查工作[７]ꎮ
对于高压电缆终端ꎬ国内多使用便携式仪器
对已经运行的电缆进行运行状态下的局部放电诊断的研究ꎬ没有开展高压电缆终端局部放电在线监测工作[８]ꎮ电缆终端ꎬ尤其是户外终端开展局部放电检测的难度相当大ꎮ从终端上检测到的信号大多为外部干扰信号ꎻ不同的天气情况下检测的局放谱图可能完全不相同ꎬ且与电缆终端的绝缘好坏没有任何关系ꎻ不同的时间段ꎬ比如白天或半夜检测到的局放谱图可能完全不同
[９]
ꎮ
为了实时㊁有效地监控㊁检测电缆终端设备的运行状态ꎬ从根本上减少电缆终端故障率ꎬ笔者基于局部放电高频检测技术
[１０]
研发了一套高压电
缆终端的在线局放监测系统ꎬ并成功在两条
１１０ｋＶ电缆线路的电缆终端上发现局部放电信号ꎮ图４为局放监测系统接线图
ꎮ
图４㊀电缆终端局放监测系统接线图
２.１㊀现场检测
高压电缆终端局部放电监测装置投入现场使用以来ꎬ对４条线路共计１２只终端进行了近一个月的监控ꎬ２０１４年１１月１０日发现１１０ｋＶ线路Ｃ的Ｂ相电缆终端有疑似局部放电现象发生ꎬ而其他３条线路终端工作正常ꎮ图５为现场检测传至监测终端的图谱ꎮ
７
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南京理工大学学报第４３卷第４
皂液盒
期图５㊀２０１４年１１月１０日图谱
２.２㊀数据分析
通过对近一个月的１１０ｋＶ线路Ｃ的Ｂ相终端图谱进行取样研究ꎬ可以看到ꎬ当环境背景噪声较小时ꎬ图谱中有少量放电现象发生ꎬ并且有的放电图谱处于对称状态ꎬ但也有处于悬浮状态的ꎬ而当背景噪声变大时ꎬ则放电图谱被背景噪声所掩盖ꎬ因此ꎬ可以初步判断１１０ｋＶ线路Ｃ的Ｂ相终端有局放情况产生ꎮ图６为历史检测图谱
ꎮ８０５
总第２２７期孙永辉㊀王馥珏㊀邓㊀鹏㊀高压电缆局部放电带电检测技术的应用研究
㊀
㊀图６㊀历史检测图谱
２.３㊀检测结果验证
为了验证是否有局部放电的发生ꎬ于２０１４年１１月２６日ꎬ对１１０ｋＶ线路Ｃ进行了停电检修ꎬ并对电缆终端开展了解剖检查工作ꎮＢ相电缆终端的应力锥拔出后ꎬ发现在电缆的外半导电口上方约２０ｍｍ处有放电痕迹ꎬ并有肉眼可见的片状斑痕和一条长约１ｃｍ的条状放电斑
痕ꎬ用无水酒精擦拭后ꎬ片状斑痕可清除ꎬ条状放电斑痕依然存在ꎮ图７为停电前后Ｂ相电缆终端局放图谱ꎬ图８为Ｂ相电缆终端现场解剖照片ꎮ
之后再将收集的Ｂ相终端硅油和应力锥送第三方检验部门检测ꎬ检测结果确认Ｂ相终端有局部放电现象存在
ꎮ
图７㊀停电前后Ｂ相电缆终端局放图谱
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