振荡波局放检测技术在铁路电力电缆测试中的应用

刘 维，吕 朝，李书全



振荡波局放检测技术在铁路电力电缆测试中的应用

刘 维，吕 朝，李书全

简要介绍了电缆振荡波局放检测技术的原理，通过实际应用验证了振荡波局放检测技术的良好检测能力，同时对引起电缆局放量异常的原因进行分析和总结，并提出了应对措施。

振荡波；局部放电；电力电缆

0 引言

交联聚乙烯电缆具有良好的电气性能，并具有易敷设、耐高温、运行维护简单等优点，因此被广泛运用于城市配电网，铁路10 kV电力工程中也大量采用了交联聚乙烯中压电缆。GB 50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》对中压电缆局放试验未进行强制性规定，目前电缆的交接试验多以常规的绝缘耐压试验为主，虽然能够发现电缆绝缘中存在的明显缺陷，但电缆投运后仍时有故障发生。振荡波局放检测技术作为一种新型检测技术能有效发现电缆的绝缘缺陷，并迅速定位绝缘缺陷部位，加之其具有轻便灵活、操作简单等优点，使其大受欢迎。

1 电缆振荡波局部放电检测技术

电缆具有容性，并随着电缆截面增大、长度增加，其等效电容量增大，使得大长电缆试验所需的工频检测设备功率高、体积庞大，现场试验难以实现。变频串联谐振耐压试验装置具有良好的工频等效性，但所用电抗器体积、重量依然较大，且数量较多，现场搬运、组装困难，效率较低。而且施工检修现场往往不具备对电缆进行交流耐压试验的条件，而直流耐压试验因试验电压较高，危险性较大，故障检出率低，还会对电缆造成不可逆的损伤从而可能引发新的故障，已不被推荐采用。

振荡波局部放电检测技术和定位技术是目前国际上应用较为广泛的能有效检测和定位中高压电缆局部放电位置且检测时不对电缆造成伤害的技术。国内已有多家科研单位对振荡波检测原理及与工频检测试验的等效性进行了相关研究，许多地区已经尝试采用并用以代替传统耐压检测试验。传统检测试验方法可发现一般、明显的绝缘缺陷，但不能发现隐藏、潜在的缺陷（运行后可能导致故障）。隐藏潜在缺陷表现为短时存在，短期内不影响电气设备的绝缘强度，但随着时间增加，绝缘介质在运行电压下不断出现局部放电，产生累积效应，使得绝缘性能逐渐劣化，并使局部缺陷逐渐扩大，最后导致绝缘缺陷部位彻底被击穿。

振荡波局放检测能一次性反映整根电缆的绝缘情况，通过定量的局放技术指标判断绝缘缺陷，还具有局放点定位功能，可协助试验人员迅速、准确查找局放集中位置，迅速处理故障。振荡波局放测试设备具有轻便灵活、便于携带及运输、操作简单等优点，而且可以用于长大电缆的检测。该检测技术在现场检测时所消耗的功率非常低，因此对试验电源功率要求也较低，有利于现场组织开展试验。用于电力电缆交接检测试验时，可以检测电缆敷设、中间头制作、终端头制作、安装工艺中存在的绝缘缺陷；用于电力预防性试验时，可以检测电缆长期运行后的绝缘状况以及确认电缆终端头和中间接头维修后的状态。

2 检测原理

2.1 局放测试原理

振荡波局放检测采用LC振荡原理，将被测电缆与检测设备相连，通过高压电源HV对被测电缆持续加压，当达到目标电压时闭合高压开关Switch，通过电缆电容Ccable与设备电感L发生串联谐振，产生低阻尼振荡电压，以此激发电缆及其附件中绝缘薄弱位置的局部放电，并通过高压高频耦合器Cc及高速采样回路CD采集局放信号，从而达到检测的目的，原理如图1所示。

图1 振荡波局放检测原理

Onsite MV30振荡波电缆局部放电检测装置主要技术参数见表1。其测试接线如图2所示。

表1 MV30振荡波局放检测装置主要参数

注：局放分析软件需配合笔记本使用。

图2 MV30振荡波局放检测接线示意图

需要注意的是，各部分连接完成后需要利用PD校准器进行PD测量校准，待校准完成后，必须移除PD校准器方可开始测试。

2.2 局放定位原理

电缆局部放电的定位采用时域脉冲反射定位法。局放发生处放电脉冲会沿两侧电缆进行传播，其中一个脉冲直接到达测试端，另一个脉冲经电缆末端反射后到达测试端，根据2个脉冲到达测试端的时差，在已知电缆总长度及信号在电缆中传播速度的情况下，可计算局部放电发生的位置=-×/ 2。脉冲反射定位法原理如图3所示。

图3 脉冲反射定位法原理示意图

3 现场应用

在某铁路电力电缆测试中，对48根型号为YJVY62-8.7/15 kV的单芯电缆采用MV30电缆振荡波（OWTS）系统进行了振荡波局部放电检测。

被测电缆长度主要在150～3 000 m范围，实际测试中，振荡频率集中在200～600 Hz范围内。经过局放检测试验，其中8根电缆出现了较为严重的局部放电现象，经过数据分析后对13个中间接头进行处理并重新进行复测；对复测仍存在问题的3个接头进行更换直至检测正常。

虽然目前对电缆本体、中间接头、终端头的局放量判定指标还没有确定的统一标准，但绝缘缺陷部位的局放量相对于其他正常部位会有明显变化，且局放量会随测试电压的升高而急剧增大。统计了该次检测的局放量，可能是受电源质量等因素影响，在未升压时整体环境噪音均较大，但相对于环境噪音，电缆的缺陷部位局放量依然非常明显，普遍达数千pC，个别点可达数万pC。

图4 某段电缆的局放分布图

图4为对某电缆进行振荡波局放检测与定位的结果，并已判断集中点位置的放电为电缆内部缺陷产生。图中显示放电点集中的位置即为缺陷在电缆中的位置（以振荡波测试端为起点），通过电缆的测距信息或沿分布图即可判断放电点所处的位置（电缆本体、中间接头或终端头）。从图中可以看出，电缆在401、1 150、2 306和3 104 m处存在局部放电集中点，其中401 m处的局部放电量接近6 000 pC，1 150 m处高达12 500 pC，2 306、 3 104 m处的局放量也达7 000 pC，均需要处理或进行更换。经过处理、更换后，缺陷点的局放水平应降为环境噪音水平。

4 局放异常原因分析

通过对处理、更换的电缆中间接头进行解体发现，局放量异常主要是由于接头制作工艺不良导致。主要存在以下问题：

（1）绝缘损伤。主要是因为在去除电缆半导体层时，对主绝缘造成物理损伤，具体表现为用力过猛，刀体切入主绝缘产生划痕，使主绝缘表面呈沟状，或环切半导体层时用力不均，使主绝缘表面呈凹凸不平的坑状；其次是电缆安装敷设过程中弯曲半径过小，主绝缘出现裂纹。

（2）尖端放电。中间接头压接管表面未进行打磨处理，或绝缘断口断面未进行打磨倒角处理，存在毛刺。

（3）未做好清洁。剥离半导体层后未进行彻底打磨清洁处理或打磨不仔细，半导体层剥离不净，留有半导体微粒、线丝于主绝缘表面，导致导体高电位沿半导体微粒或线丝向半导电层爬电。

（4）错用胶带。误将用于相别标识的普通胶带当作半导电带用于接头处，因绝缘介质不同引起放电。

（5）空腔气隙放电。绝缘部位贴合不严或未充分填充留有空气间隙，因绝缘介质不同、电荷分布不均引起放电。

（6）受潮。施工过程中潮气侵入或者电缆中间接头密封不严，埋入地下后水汽进入接头部位引起绝缘降低。

同时也发现，同一接头处其局放量增加可能由一种绝缘缺陷引起，也可能由数种绝缘缺陷共同综合作用引起，可能既存在主绝缘划伤，又存在尖端放电和空腔气隙放电的现象。对引起绝缘缺陷的各种情况进行统计，统计结果见表2。

表2 绝缘缺陷情况统计

如果上述缺陷未检出或未做处理将会埋下安全隐患。通过该次实际应用，验证了电缆振荡波局放检测技术的优点，同时也发现了电力电缆安装、制作过程中的诸多问题。

5 局放异常预防控制措施

电缆中间接头、终端头的制作质量直接关系到电缆长期安全运行的稳定性和可靠性，因此，有必要规范施工管理并采用新技术、新方法来保证电缆供电的稳定可靠：

（1）加强电缆终端头、中间接头制作人员的业务能力、素质考核，严禁无能力、资质的人员参与制作。

（2）加强人员培训，避免敷设过程中对电缆造成伤害，避免电缆头制作完成后的二次损坏。

（3）加强旁站监督机制，严格执行验收规范，发现问题立即督促整改，必要时留影像资料备查。

（4）电缆耐压试验建议采用振荡波局放测试方法，为了保证及时有效发现隐患，在进行传统交流耐压试验同时，还需进行振荡波局放试验。

6 结语

振荡波电缆局放检测技术具有良好的局部放电检测能力，能有效检测电缆绝缘缺陷，准确定位故障点，缩短故障处理时间，且较常规检测项目更能及时发现绝缘问题，且检测设备体积小、重量较轻，对电源功率要求低，接线简单，操作简便，大大缩短了整体试验时间，提高了试验效率，建议将其列入中压电缆交接试验及预防性试验项目。

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The paper introduces briefly the principles of partial discharge inspection technology for testing of cables; verifies the inspection capability of oscillation wave based partial discharge technology through its practical application, analyzes and summarizes the causes to the abnormal partial discharge of cables, and puts forward the corresponding counter-measures accordingly.

Oscillation wave; partial discharge; power cable

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.05.002

U226.5+1

B

1007-936X(2018)05-0005-03

2018-08-22

刘 维，吕 朝，李书全.中铁电气化局集团第一工程有限公司，高级工程师。