核心词：
电缆 电缆 局部 带电 试验 技术 研究 探讨 目前110kV以上的特高压电缆局放测试判断技术相对已比较成熟,现场应用多,检测局放的成功案例也验证了该技术的可行性,但是10kV配电网电缆线路敷设环境、线路数量、线路之间的相互连接方式等都与110kV以上特高压电缆不同,至今还没有一套完整的适合10kV电缆线路带电局放测试的方法,使得相关运行维护人员未能够在电缆线路出故障前预先知道,达到预防的作用。以青秀分局为例统计,设备维护人员22人,人均维护配网线路56.75km,开闭所26.7台、电缆分接箱31台、公用配变65台、柱上开关39台,除去每月的重要用户保供电、危险点特巡、树木砍伐、配合停电作业、班组建设等工作,定期每月一次对辖区配电网线路、设备的巡视强度较大,随着设备量的增大也对分局运行维护的工作质量带来了更加严峻的考验。因此,根据10kV电缆线路特点来进行研究开发一种方法是必要的。本文通过实验室进行10kV电缆模拟局放测试,找出测试方式方法,然后选择有故障纪录的线路或常规试验时发现异常的线路进行对比性的局放带电测试,以发现和采集10kV电缆的局放信号,比较分析掌握其特征。结合10kV线路特点,局放测试与信号特点,研究及探讨出一套安全,简易,迅速有效的适合10kV电缆线路带电测试局放的方法与设备。
1、很难真正掌握局部放电信号的特征和特性 因此,仅通过现场运行设备的局放测试很难真正掌握局放信号的特点和特征。
2、并对信号进行比较 为了更加好的了解掌握电缆局放信号的相关特性,通过在实验室电缆样品上人工模拟各类缺陷而产生局放信号,并对信号进行比较分析总结,这是一种行之有效的学习局放方法。
3、分析总结出10kV电缆在试验方式和传感器采集位置下的局部放电试验灵敏度最高 通过在电缆本体上不同位置进行模拟局放测试,分析归纳10kV电缆在那一种测试方式和传感器采集位置局放测试灵敏度最高。人工局放系统构成如图1所示。根据10kV电缆试验系统的连接形态,选取了脉冲电流电磁感应式传感器与脉冲电流薄膜电极电容耦合式传感器,HFCT传感器可以安装在单相本体的主绝缘处,单相屏蔽层处,三相本体处及屏蔽层接地线上测试,而PDD传感器只方便安装在电缆本体上进行测试,并且灵敏度没有采用HFCT测试灵敏度高。
4、每个传感器和局部放电检测装置之间的连接线如图2所示 各传感器与局放检测装置的结线如图2所示。如图3所示,在10kV电缆上不同位置安装脉冲电流局放传感器,通过升压使人工局放源产生局放信号,传感器检测局放信号波形、信号频率分布、-q-n图谱等局放信号特征。由检测信号可知,10kV电缆局放信号波形呈现单脉冲波形,反应出极性特征,频率从低频至高频连续分布,电脑分析3维-q-n图谱呈现相位差1800的两簇信号,与110kV以上电缆局放信号特征基本一致。另外,从该试验看出,4种不同位置传感器均可以检测到局放信号,信号大小依次是PDS-1≥PDS-2>PDS-3>PDS-6,说明传感器安装在单相电缆本体上灵敏度最高,电磁感应式HFCT传感器检测灵敏度比薄膜电极电容耦合式PDD传感器灵敏度高。同理,分别在单相屏蔽层与三相共体屏蔽层接地线上进行测试,结果是检测灵敏度均没有在单体电缆上检测灵敏度高,如图4所示。其余两相采用同样的步骤与方法进行试验,得出的结果与该相一致。通过实验室人工升压模拟产生的局放信号的检测分析研究,可以总结出10kV电缆局放测试位置及局放信号的一些共同特点和特征。a)频率分布,PD的频率成分分布比较宽,由数MHz到数十MHz。b)发生相位,PD信号具有明显的相位特性或称为工频特性,即在?-q-n图谱上呈现中心相位差1800的两个簇群信号,重心主要分布在、象限。c)发生频度,即每秒钟内有多少个放电脉冲信号。PD的发生频度一般是n>30以上。
5、放电量一般随电压的升高而增加 d)放电强度,PD的放电量一般是随着电压的升高而变大,如果电压稳定运行,则放电信号强度不会在短时间内变大,而是缓慢的增大或不变。况下PD都会连续发生,大小和频率都趋于稳定。f)应用HFCT传感器在测试中相对与其他类型的传感器灵敏度要高。
6、h） 传感器安装在单相电缆本体上 h)传感器安装位置在单相电缆本体上检测局放信号灵敏度最好。电缆局放在线测试设备的使用目的主要是检测和追踪发生在10kV等级的电缆以及与其相连高压设备附件的局部放电(局放,PD),及时预报和预测局放的发展趋势和预测相关设备的绝缘劣化程度,预止突发性的电气事故,为设备的状态检修和维护提供有效的数据依据。电缆局放在线测试设备示意图如图5所示,主要由局放传感器,信号处理装置、信号分析显示装置三个单元组成。电缆局放在线测试系统基本工作原理是如果被监测对象某处发生局放,安装在被测对象上面的局放传感器就会采集到局放信号,然后将所检测的局放信号传输到系统的信号处理装置并对局放信号进行数据处理,数据信号经信号处理装置处理后通过以太网送到信号分析显示装置进行分析和可视化处理并存储。信号处理单元进行滤波、放大,时域分析和频谱分析等信号处理,处理结果再经通信接口送到信号分析显示装置,经局放测试软件分析处理后进行信号显示存储,并发出相应的报警信号。实验室试验归纳总结出局放信号的共同特性以及根据10kV电缆线路结构而改进的测试设备,为运行电缆局放检测提供了可以借鉴的测试设备及方法。现场运行电缆局放测试与实验室局放试验测试存在相同点及不同点,两者对象均是10kV电缆,并带电测试;不同点在于实验室只是单回线路升压测试,而现场测试通常是在环网柜或开闭所进行运行带电测试,而环网柜中一般都是多回电缆线路连接同一母线,只测试一回路还无法对信号源位置进行方向性定位,需要多回路的同相进行测试才行,而且由于多数电缆是直埋敷设,不能直接在电缆中间接头测试,现场各种接地方式以及接地线长短也不一样,噪声干扰也比实验室高而杂的多,因此现场电缆局放测试不能硬搬实验室总结的方法,需根据现场条件选择不同传感器测试和灵活应用各种测试手法。为了验证和推广该设备与测试方法,作者特别选取了20回10kV电缆线路环网柜进行了带电局放测试。
7、只能在电缆线路的终端环主柜/开关站进行测试 kV电缆线路中间接头通常都是直接埋在地下方式敷设的,很难对该接头进行测试,只能在电缆线路的终端环网柜/开闭所处测试,采用电磁感应式HFCT传感器直接卡接在单相电缆本体上或卡接在接地线上进行测试,如图6所示。同步相位信号有无,对局放真伪的判别也有一定的影响。实验室由于同步相位能够直接在升压器侧直接提取,即可以得到真实的相位信号,于是,从信号簇群的象限分布可以一定程度对PD的真实性作分析。故现场进行测试时需要利用相位采集器在运行电缆上采集工频相位信号,如图7所示。现场运行电缆局放测试,除了实验室归纳总结的局放信号判别方法外,根据现场电缆运行环境,构造特性归纳出以下特性。多回路相同相同时同步测试,利用检测到的波形极性来判别信号源的方向。如3回路的A相同时同步测试,在某回路的A相波形极性与其他两回路的A相波形极性相反,则说明在3回路上检测到的信号源来自于极性相反的回路的A相方向。由于现场环网柜/开闭所同一母线连接的电缆线路较多,如果在某回线路检测到局放信号,还需综合同一母线的其他线路同时测试定出信号源的方向性。现场电缆测试在某回路电缆终端处检测到疑似异常信号,其线路及检测信号图谱如图8所示。基于前述局放信号识别方法可知,在C相所检测到的异常信号是一个疑似PD,差异在于现场是三相同时检测,故判读上三相信号波形与图谱可以进行相互比较,如波形极性与大小(交叉互联箱PD相信号与其他两相的极性相反,幅值大1倍以上),相图谱的相位信号簇群图谱相位相差1800,可以看出,该疑似信号源在C相,频率分布小于等于15MHz。疑似PD信号的初步分析:波形特征,根据在接头处检测到的波形特点,如波形呈现单脉冲形态,前沿陡峭,可以判断,C相的异常信号是PD的可能性比较大;极性,检测系统是3相同步测试方式。根据线路的结构及传感器的安装方法,从3相检测信号波形的幅值和极性就可以判断出局放信号是来自于哪一相,即PD相的波形极性与其他非PD相波形极性相反,非PD的两相波形极性相同。
8、A相和B相的同步波形前缘向下 如图8-2所示,C相的波形前沿向上,而A相和B相的同步波形前沿向下,这个相关极性说明信号源在C相。密度,由于该疑似信号的发生密度即重复率比较高,平均每秒出现10次以上,以一般统计累积型的数据图谱,如常见的?-q-n图谱可以明显的凸显出PD信号特征。频率,信号频谱显示该信号的频率成分主要在15MHz以下,如图8-2所示。
根据PD信号在电缆中传播特性,信号传播的距离越远,高频成分衰减得越快越大,相反,信号源离传感器越近,所检测到的信号频率分布就越高。而接头处所检测到疑似PD信号频率分布只到15MHz,很多高频部分由于电缆传播衰减。换言之,该疑似PD信号源不应该在测试点位置,而是离测试点有一定的距离。对于该疑似PD信号的状态,视在量上看还不是很大,对10kV电缆正常运行来说,危害性还不大,因此对该信号的处理措施是跟踪测试,如果该信号存在增大的趋势,则进行定位并估算信号源位置信号的大小,制定进一步的处理措施。
9、在电缆环主柜的多回路a相中检测到可疑异常信号 现场电缆测试某电缆环网柜多回路A相均检测到疑似异常信号,通过多回路相同相同时同步测试判定出信号源方向,其线路及检测信号图谱如图9所示。分别在902、903、904回路接头A相统一方向安装传感器,检测3个接头的A相信号,通过3接头检测到的波形幅值与极性来判断A相疑似PD信号是来自于那个接头的电缆线路如图10所示。由以上分析可见,3个接头电缆检测到的波形信号,904接头电缆A相波形极性与其他两个个波形极性相反且信号幅值比其他两个波形幅值大,说明PD信号是来自于903接头线路方向。同理,901、902、903接头A相同时同步测试,得出还是903接头A相检测波形极性与其他两相相反,故最终确定在该开闭所多回路A相疑似PD信号应该是来自与903回线路方向。通过10kV电缆样品上人工绝缘缺陷所产生的PD,
6平方电缆在电缆不同位置采用不同传感器进行测试,归纳10kV电缆PD信号在特征特性上如频率、相位、频度、强度、持续时间、波形极性和信号快慢的相似和差异,为PD的识别提供了有力的依据。根据实验室试验的各种数据分析以及10kV电缆线路的结构与连接方式设计改进了10kV电缆局放测试设备,并采用相应的设备在现场电缆线路进行PD测试,对实验室PD试验的结论作进一步的研究及补充。线路测试更需要注意传感器的类型选择和接线方式,相位信号的获取以及检测信号在相与相之间或同一相不同地点间的极性和时间差上的差异,这对PD的判断和定位都很有要意义。本文所述的设备及方法虽然在实验室及现场运行电缆的局放测试中发现了一些疑似局放的异常信号,并根据总结出来的判断依据对信号进行了相应判定,而异常信号目前来说还处于较弱水平,暂不建议做进一步的处理,但是作为一种研究型技术项目,该信号或结论可以为以后对该技术进一步的研究增加探讨的可能性。
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