高(gāo)壓電纜耐壓試驗過程中局放(fàng)測試方法及典型缺陷分析

一、高(gāo)壓電纜局放(fàng)測試的背景

1.高(gāo)壓電纜的應用(yòng)情況

交聯聚乙烯電纜因其具有電性能(néng)高(gāo)、輸送容量大(dà)、重量輕、運行維護方便等優點，我國大(dà)部分地區(qū)的高(gāo)壓電纜線路全部使用(yòng)了(le)該類型的高(gāo)壓電纜。

2.高(gāo)壓電纜的故障

高(gāo)壓電纜故障的主要原因在于産品質量和(hé)施工(gōng)質量，其中電纜附件占故障總量的90%，薄弱環節表現(xiàn)在電纜終端頭和(hé)中間接頭，主要由于設計(jì)不良、材料選擇不當、安裝制作(zuò)工(gōng)藝不良三個方面的原因造成。

3.高(gāo)壓電纜局放(fàng)測試的必要性

《GB 50150-2016 電氣裝置安裝工(gōng)程電氣設備交接試驗标準》要求新竣工(gōng)的電纜需要進行耐壓試驗，高(gāo)壓電纜交流耐壓等效電路如下(xià)圖，用(yòng)C1、C2、C3組合模拟被試電纜的各個絕緣部件，在試驗過程中C1、C2、C3同時(shí)承受高(gāo)電壓的考驗。

4.交流耐壓試驗技術存在不足，體現(xiàn)在如下(xià)兩個方面：

◆交流耐壓試驗隻關注電纜整體能(néng)否完整承受試驗電壓的考驗，其判斷标準爲電纜是否通過了(le)交流耐壓試驗，缺少電纜在試驗過程中可能(néng)出現(xiàn)的局部損傷和(hé)破壞的監測手段。

◆如電纜内部存在局部放(fàng)電,但(dàn)是電纜依然有可能(néng)能(néng)夠通過交流耐壓試驗，内部有缺陷的電纜帶病運行，電纜安全運行存在一定風(fēng)險。

因此檢測高(gāo)壓電纜在耐壓過程中的局放(fàng)信号。

二、高(gāo)壓電纜局放(fàng)測試的原理(lǐ)

在電纜耐壓試驗過程中，采用(yòng)如下(xià)測試回路，就可利用(yòng)脈沖電流法監測電纜局部放(fàng)電情況，測試原理(lǐ)如下(xià)圖。Cx爲被試驗電纜，Ck爲耦合電容器，在Cx、Ck的端部分别接入檢測阻抗Zm1、Zm2。Z爲高(gāo)頻阻波器，抑制電源中的幹擾信号進入局放(fàng)測試回路，阻止局放(fàng)信号進入電源系統。

一旦被試電纜發生局部放(fàng)電，耦合電容Ck瞬時(shí)對(duì)Cx充電，形成高(gāo)頻的脈沖電流波形，脈沖電流波形達到(dào)納秒級别，其頻譜高(gāo)達百兆以上(shàng)，脈沖電流的幅值大(dà)小(xiǎo)、發生的頻度反映電纜内部局部放(fàng)電的嚴重程度。

利用(yòng)局放(fàng)監測系統在耐壓過程可嚴密監視(shì)局放(fàng)信号随電壓和(hé)時(shí)間變化的趨勢，掌握電纜缺陷嚴重程度的變化。

高(gāo)壓電纜局部放(fàng)電的嚴重程度通過其局部放(fàng)電量來(lái)反映，要測試局放(fàng)量必須對(duì)測試系統進行校準。

在被試驗電纜Cx注入标準局放(fàng)信号Qo以模拟被試對(duì)象發生了(le)局部放(fàng)電，當标準局放(fàng)信号注入時(shí)，檢測阻抗Zm1、Zm2輸出信号，測試系統M獲取局放(fàng)信号的幅值大(dà)小(xiǎo)、相位分布特征、頻譜特性等信息。

局放(fàng)測試時(shí)參照校準信息就可以計(jì)算(suàn)出局放(fàng)量的大(dà)小(xiǎo)，對(duì)電纜局部放(fàng)電的嚴重程度、局放(fàng)類型評估，作(zuò)出正确的判斷。

三、高(gāo)壓電纜局放(fàng)測試的方法

1.交流耐壓試驗電源處理(lǐ)

變頻諧振系統輸出的電源不能(néng)直接作(zuò)爲電纜局放(fàng)試驗的電源直接施加于被試對(duì)象進行局部放(fàng)電測試，必須采取有效措施對(duì)試驗電源進行預處理(lǐ)，通過設置串聯電抗、防暈導線、均壓環進行對(duì)試驗電源質量進行改善，其電氣原理(lǐ)如下(xià)圖所示。

2.電纜終端局放(fàng)測試回路

電纜終端的局放(fàng)測試回路如下(xià)圖，當被試電纜内部發生了(le)局部放(fàng)電時(shí)，耦合電容瞬時(shí)對(duì)電纜終端充電，形成高(gāo)頻的脈沖充電電流波形，脈沖電流的幅值、發生的頻度反映了(le)電纜内部局部放(fàng)電的嚴重程度，通道(dào)1、通道(dào)2兩個傳感器将局放(fàng)信号傳送至局放(fàng)診斷系統進行分析處理(lǐ)。

在電纜的中間接頭，測試原理(lǐ)如圖所示，一側電纜的铠裝與電纜導體之間存在電容Ca，另一側電纜的導體與铠裝之間存在電容Cb，如果在電纜的中間接頭發生局部放(fàng)電，那麽形成兩個電容C1和(hé)C2，此時(shí)Ca和(hé)Cb就會(huì)通過導體向C1和(hé)C2充放(fàng)電，從(cóng)而形成局放(fàng)電流回路，在兩側電纜屏蔽層橋接一個高(gāo)頻低(dī)阻的電容臂C0和(hé)高(gāo)頻電流傳感器，就可以檢測到(dào)局放(fàng)的脈沖電流信号。

高(gāo)壓電纜局放(fàng)測試的技術難點

1.測試系統靈敏度要求高(gāo)

高(gāo)壓電纜發生局放(fàng)時(shí)産生的脈沖信号微弱，要求傳感器及測試系統有相當高(gāo)的檢出靈敏度。

2.現(xiàn)場幹擾因素複雜(zá)

在現(xiàn)場實施電纜局放(fàng)試驗時(shí)幹擾信号會(huì)嚴重影響電纜局放(fàng)的檢測和(hé)診斷，主要有臨近試驗現(xiàn)場的運行設備産生的電暈或者局部放(fàng)電信号、交流耐壓試驗裝置自(zì)身的局部放(fàng)電信号、交流耐壓試驗回路的引線産生的電暈信号三個方面的因素。

因此甄别并排除幹擾信号、提取有效的信息并根據其特征診斷電纜的絕緣狀态是一項具有挑戰性的技術難題。

3.測試系統靈敏度要求高(gāo)

高(gāo)壓電纜局放(fàng)的信号主要集中在0-30MHz範圍内，信号頻帶較寬，加上(shàng)現(xiàn)場存在一定的幹擾信号，測試人員通過信号抑制、識别、分類、提取、判斷等技術手段，準确的解析複雜(zá)的電子信号成份實現(xiàn)電纜的狀态診斷。這(zhè)項技術要求測試人員熟練使用(yòng)示波器、頻譜儀、濾波器等電子設備，并具備高(gāo)頻電子信号分析判斷能(néng)力。

4.國家标準及行業标準無明(míng)确指引

高(gāo)壓電纜局放(fàng)測試是目前國内比較新的技術應用(yòng)課題。

5.局放(fàng)診斷判據

（1）通過大(dà)量的試驗室模拟和(hé)現(xiàn)場測試結果顯示：局放(fàng)信号的相位與試驗電源的相位具有180度或360度的相位特征，同時(shí)發生在一定寬度的相位上(shàng)；

（2）在測試中若發現(xiàn)存在多種信号源，需運用(yòng)帶通濾波器分别提取不同頻帶的脈沖信号進行單獨分析；

（3）局放(fàng)傳感器采集到(dào)的高(gāo)頻脈沖信号的波形和(hé)頻譜是否具有典型局放(fàng)特征（脈沖波形上(shàng)升沿一般爲幾十納秒）；

（4）必要時(shí)，将實際測試局放(fàng)波形與利用(yòng)模拟局放(fàng)源對(duì)測試回路進行校準時(shí)的波形進行反複類比，觀察其信号的相似性；

（5）極性判别法：運用(yòng)脈沖波形的極性鑒别局放(fàng)源的位置。

交流耐壓時(shí)進行局放(fàng)測試的優點

1.在進行電纜耐壓試驗過程中同時(shí)進行局放(fàng)測試，由于電纜耐壓試驗電源采用(yòng)異頻電源，工(gōng)頻信号在試驗電源的相位圖譜上(shàng)不具有相關性，隻有試驗系統内部的局放(fàng)信号可能(néng)在試驗電源的相位圖譜上(shàng)具有相關性，利用(yòng)這(zhè)一點可有效排除運行設備産生的幹擾信号。試驗裝置自(zì)身的局放(fàng)信号是晶閘管的開(kāi)通關閉造成，一般集中在特定相位，這(zhè)類幹擾在一定程度上(shàng)可通過“開(kāi)相位窗”予以排除。

2.高(gāo)電壓狀态下(xià)局放(fàng)測試的靈敏度高(gāo)，高(gāo)壓電纜交流耐壓時(shí)所施加的電壓爲2U0，利于将電纜内部的缺陷檢出。

（1）對(duì)于在1U0下(xià)不産生局放(fàng)信号的缺陷，在2U0下(xià)激發下(xià)産生局放(fàng)，缺陷才可能(néng)被發現(xiàn)。

（2）對(duì)于同樣的電纜缺陷，電壓越高(gāo)，産生的局放(fàng)信号越大(dà)，檢出的靈敏度越高(gāo)。

3.局放(fàng)的提前發現(xiàn)對(duì)運行安全、設備檢修的影響。

通過局放(fàng)測試，可以在電纜投運前發現(xiàn)缺陷，施工(gōng)人員有足夠的時(shí)間和(hé)空(kōng)間查明(míng)原因、消除缺陷，避免電纜帶病投入運行後重複停電，影響電網的正常運行。