变电站内联络电缆局部放电检测及解体研究

魏占朋 ，王荣亮 ，林国洲 ，殷 震 ，潘玉美

（1.国网天津市电力公司检修公司，天津 300000；2.国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250021）

0 引言

为了节约用地成本，提高设备的可靠性，变电站内GIS设备的使用越来越普遍。一部分市区内的变电站站内变压器与GIS设备通常会通过一短段联络电缆连接，站内联络电缆距离较短，没有中间接头，仅有两个终端接头。随着电缆制作工艺的不断改进，电缆本体发生故障的概率已经非常小，但是电缆终端接头制作工艺复杂，场强分布集中，再考虑安装环境差和技术水平参差不齐，联络电缆的两个终端接头是该电气连接的薄弱点［1-2］。该段联络电缆是两个关键设备的连接线，一旦发生故障将直接造成变压器和GIS设备事故。

对该段处于重要位置的电缆线路进行全面的带电检测非常必要［3-5］。高频局放检测技术在电缆状态检测方面应用较早，现场应用较为普及［6］。无论在实验室还是现场都积累了大量的典型图谱，为现场检测工作提供判断依据［7］。但是对数据的挖掘还不是特别充分，缺少横向和纵向的对比。另外，近年来随着采集运算能力的提高，特高频检测技术渐渐开始应用于现场检测，并取得了良好的效果［8-11］。

结合站内联络电缆的局部放电缺陷，对高频放电信号进行深度发掘，分析了高频信号的传播特性、频率衰减特性和波形畸变率。在此基础上，优化高频局放的现场检测方法，通过对比近端和远端三相高频放电图谱先确定放电信号来源，再分析放电性质，提高了检测准确率。最后结合超声波和特高频技术验证了局部放电信号并进行了精准定位。

1 检测对象的接线方式

为了保证供电可靠性，对站内电缆进行一次全面的带电检测，发现变压器与GIS之间的一段联络电缆线存在局部放电疑似信号。该段电缆的电压等级为220 kV，长度为60 m。该段电缆没有中间接头，仅有两组终端接头，接头为充油套管终端，应力锥采用硅橡胶绝缘，外层为环氧树脂套筒，如图1所示。接地方式是一端直接接地，另一端经保护器接地，变压器侧是直接接地，GIS侧是保护接地，如图2所示，左侧为GIS侧，接地方式为经过保护接地，右侧为主变侧，接地方式为直接接地。接地线长度为3.5 m。

图1 GIS电缆终端结构

图2 联络线2202的接线

2 高频信号分析

2.1 统一检测方向

2.2 判断信号来源

判断信号来源需要同时分析GIS侧和变压器侧A，B，C三相的高频检测图谱。

首先分析GIS侧A，B，C三相的高频检测图谱，从相位图谱上分析，A，B，C三相均存在一簇相似放电信号，且每簇信号相位互差120°，C相的相位极性与A和B相相反。表明A，B，C三相检测到的高频信号是同一信号，该信号源于C相，通过接地线传播至其他两相的接地箱上。从频率上分析，C相频率集中在 5.5～6.5 MHz，A 相频率集中在 5.5～6.5 MHz，B 相频率集中在 3.0～4.5 MHz，A，C 两相频率较集中，B相频率已发散。表明放电信号在传播到B相频率发生了衰减，排除信号来源于B相的可能。从波形上分析，C相的第一个波头是向上，而A，B相的第一个波头都是向下的，采用高速示波器采集到同样的检测结果，如图 3所示（黄，绿，红依次代表 A，B，C三相），表明放电信号源自C相。

图3 高频对比图谱

再次分析变压器侧A，B，C三相的高频检测图谱，从相位图谱上分析，与GIS侧A，B，C三相的特征相似，表明信号源自C相，从频率上分析，C相频率在 2.5～3.6 MHz，A 相频率在 2.8～4.0 MHz，B 相频率在 2.6～4.2 MHz，A，B，C 三相都已发散， 无法直接判断。从波形上分析，与GIS侧A，B，C三相的特征相似，表明信号来自C相。

最后对比GIS侧和变压器侧C相的高频检测图谱，GIS侧的放电幅值更大，放电频率更集中，放电波形畸变率更小。所以最终确定信号来自GIS侧C相电缆终端内。

图4 GIS侧C相高频检测图谱

2.3 判断信号性质

通过横向和纵向的对比，最终确定放电信号源自GIS侧的C相电缆终端，所以重点对GIS侧C相的放电信号进行研究分析，C相的高频图谱如图4所示。

从相位上分析，在正半周或负半周的电压大于一个放电阈值后才开始积累放电脉冲，呈现出 “山坡”状。正半周的放电脉冲数要大于负半周的放电脉冲数。从频率上分析，放电频率比较集中，呈现一条“横线”的形状。从波形上分析，放电波形呈现典型震荡衰减，波形较为平滑没有明显的畸变。以上现象表明为内部或表面放电，且放电源距离检测点比较近，电缆终端接头放电的可能性最大，但是无法排除GIS内部绝缘件放电的可能。

3 超声波和特高频检测

3.1 超声波检测

采用AIA-2进行超声波检测，采用40倍放大倍率，在环氧树脂套筒底部超声最明显，如图5所示。

图5 超声波连续谱图

在连续模式下，该信号最大峰值16 mV，50 Hz相关性及100Hz相关性明显，且100Hz相关性大于50 Hz相关性。戴上耳机可以听到明显“嗡嗡”的放电声音。

3.2 特高频检测

采用莫克特高频检测仪进行特高频检测，检测位置在环氧树脂套筒底部，检测谱图如图6所示。

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一个周期内正负半周均有信号，正半周放电脉冲数多于负半周放电数，属于典型的绝缘类放电。

3.3 特高频时延分析

采用特高频两点时延的方法进行了定位，一个布置在C相电缆终端根部环氧树脂附近，另一个在2202-2隔离开关处的环氧树脂盆附近，两个传感器相距4.15 m，如图7所示。

图6 特高频PRPD谱图

图7 传感器安装示意

图8 特高频信号时延

高速示波器采集到的两传感器检测到的放电信号如图8所示，统计平均值得到时差为10.5 ns，特高频的传播速度为30 cm/ns，确定放电点在电缆底部法兰上方0.4～0.6 m之间。

4 解体分析

结合高频、超声、特高频及时延定位等检测结果，确定放电信号来自GIS侧C相电缆终端，且放电现象明显，属于严重缺陷，需立即停电解体。

放完绝缘油，取下环氧套筒后，在应力锥上部发现明显的放电灼烧痕迹，有许多炭黑结晶。如图9所示，经测定在法兰上部0.6～0.8 m，与特高频定位结果吻合，同时验证了高频检测手段的有效性。

分析原因可能是由于缺油造成的场强过于集中，造成局部放电。缺油的原因或许是操作失误注油没有达到规定的标准，或许是金属护套有沙眼存在渗油现象。

图9 电缆终端解体

5 结语

局部放电是设备状态评估的一个重要指标，放电现象的出现会产生放电脉冲电流，在接地回路中形成高频电流，放电源同时会通过介质向外传递机械波形成超声，放电源还会向外界辐射电磁波形成特高频信号。通过3种检测技术同时检测到同一个放电源，可以极大地提高检测成功率。

通过一起典型的站内联络电缆的带电检测及解析分析的案例，总结了一套全面的通过高频检测先确定信号来源再确定信号性质的方法，提高了高频检测的检出率。结合放电现象的特征，针对非常重要位置的站内联络电缆必须进行全面的状态检测，建议将全面的高频检测和接地环流检测作为普测手段，特高频和超声波作为复测及精准定位的手段。