10kV配电电缆线路振荡波局放检测技术应用研究

10kV配电电缆线路振荡波局放检测技术应用研究

王昱力1王滔2周成钢2

（1.中国电力科学研究院有限公司武汉分院武汉430074；

2.浙江省电力有限公司杭州供电公司杭州310000）

摘要：10kV配电电缆线路由于其结构设计与运行方法难以开展高压电缆线路常见的带电检测试验，目前阻尼振荡波局放检测技术是国内外广泛认可的配电电缆状态检测技术，其对检出电缆附件安装及部分绝缘劣化缺陷具有良好的灵敏度与有效性。本文结合涉121户重要用户的266回配网电缆线路的状态检测与评价中开展的359回次阻尼振荡波局放试验，验证了阻尼振荡波局放检测在配网电缆劣化缺陷的检出效果，基于大量实测数据形成了六类配网电缆典型缺陷的振荡波局放检测图谱库。

关键词：局部放电；阻尼振荡波；配网电缆；缺陷定位；状态评价

0引言

阻尼振荡波（DampedAC，简称DAC）检测技术作为一种用于交联电缆现场绝缘性能检测的新兴技术，是目前国内外研究机构与电力运行部门密切关注的技术热点，其技术实质是用阻尼振荡波电压替代工频交流电压作为试验电压，在此基础上结合符合IEC60270标准的脉冲电流法局放现场测试、基于时域反射法的局放源定位和基于振荡波形衰减的介质损耗测量多种手段[1-3]。国内电缆运行、试验单位陆续从国外引进基于该技术的测试系统，并在配网中压电缆线路开展了实际应用，现场发现并解剖验证了因制造、敷设、安装引起的各类缺陷，取得了良好的效果[4-6]。结合IEEE400相关标准[7]与实际应用经验，国内电力运行单位也组织起草了中压配电电缆阻尼振荡波局放检测方法与设备标准[8，9]。本文依据相关标准，结合专项检测试验工作中开展359回次阻尼振荡波局放试验数据，总结并形成了6类配网电缆典型缺陷的振荡波局放检测图谱库，对后续开展振荡波局放检测工作时，分析判别电缆线路缺陷类型提供了参考依据。

1配电电缆阻尼振荡波局放检测试验

10kV电缆振荡波局部放电检测基本原理如图3-1所示：

图1电缆振荡波局放测试原理

用直流电源将被测试电缆在几秒中内充电至工作电压（额定电压）。实时快速状态开关S闭合，将被测电缆和空心电感构成串联谐振回路，回路开始以的频率进行振荡。空心电感值根据谐振频率的要求进行选择，频率范围50～500Hz，相近于工频频率。图1中的中压电路一般具有相对低的介质损耗角的特点，与具有低损耗的空心电感相配，可得到具有高品质因数的谐振回路。回路品质Q一般为30～100，振荡波以谐振频率在0.3～1s内衰减完毕，这一过程只有几十分之一周波，并对被测试电缆充电，与50Hz（60Hz）时局部放电非常相似。

振荡波所产生的局放脉冲符合lEC60270推荐值，局放脉冲定位可由行波方法完成，进而生产电缆故障图，电缆电容C和tanδ值可通过振荡波的时间和频率特性来计算。

振荡波局部放电试验分别在0.3U0、0.5U0、0.7U0、0.9U0、1.0U0、1.2U0、1.3U0、1.5U0、1.7U0电压等级下测量局部放电，并根据所检出的局部放电量值进行状态评价，其评价依据主要参考国家电网公司企业标准Q/GDW11316-2014《电力电缆线路试验规程》[10]及电力行业标准DLT1576-2016《6kV~35kV电缆振荡波局部放电测试方法》[9]，其对配网电缆线路振荡波检测状态评价规定如下：

（1）国家电网公司企业标准《电力电缆线路试验规程》中7.4.5规定如下：

“7.4振荡波局部放电测试

7.4.5已投运的交联聚乙烯绝缘电缆最高试验电压1.7U0，接头局放超过500pC、本体超过300pC应归为异常状态；终端超过5000pC时，应在带电情况下采用超声波、红外等手段进行状态监测。”

（2）电力行业标准《6kV~35kV电缆振荡波局部放电测试方法》中7.2规定如下：

“7.2处理建议

对于存在局部放电的电缆线路，根据电缆不同部件及水平，建议参考表2中的判据开展电缆维护工作：

a）新投运及投运1年以内的电缆线路：最高试验电压2U0，接头局部放电超过300pC、本体超过100pC应及时进行更换；终端超过3000pC时，应进行更换。

B）已投运1年以上的电缆线路：最高试验电压1.7U0，接头局部放电超过500pC、本体超过100pC应及时进行更换；终端超过5000pC时，应及时进行更换。”

2典型案例分析

专项检测工作中，项目组共计完成试验测试线路266回，共计开展振荡波局放检测试验359回•次，其中正常线路173回、异常线路72回（含原正常线路改接后，检出异常线路4回）、超标线路21回，对全部异常与超标线路检测数据进行分析后，得到了6类具有明显统一化特征的典型谱图，详细案例分析如下：

2.110kV电缆中间接头进水缺陷

本节对某10kV电缆线路开展阻尼振荡波局放检测试验，分别对A、B、C三相分别进行振荡波电压下的局部放电检测，其中B相检出疑似局放信号，其检测图谱如下：

图2接头进水缺陷振荡波局放检测典型放电谱图

图3接头进水缺陷典型数据分析谱图

试验过程中，B相在1.1U0下开始检测到疑似局部放电信号，即起始放电电压为13.5kV（峰值），放电幅值最大为716pC，在1.7U0下放电量达到最大，放电幅值最大为12075pC，定位于距离测试端381m中间接头处。

对放电谱图进行分析发现：放电主要集中在0°~90°，180°~270°，在30°~40°，220°~230°放电量最大，正负半周放电密度明显不对称，正半周放电幅值大于负半周，最大放电量也大于负半周。

经解剖距离测试端381m的中间接头发现：绕包阻水铠装带内有严重进水，接头冷缩应力件内有轻微进水后放电痕迹。

图3电缆中间接头进水缺陷解剖图

2.210kV电缆热缩式终端复合界面混合缺陷

检测组对某10kV电缆线路开展阻尼振荡波局放检测试验，分别对A、B、C三相进行振荡波电压下的局部放电检测，三相均检出疑似局放信号，以C相为例，其检测图谱如下：

图4热缩终端复合界面缺陷振荡波局放检测典型数据谱图

图5热缩终端复合界面缺陷典型数据分析谱图

试验过程中，C相在1.2U0下开始检测到局部放电信号，即起始放电电压为14.8kV，放电幅值最大为2122pC，在1.7U0下放电量达到最大，放电幅值最大值为2210pC；放电源定位于测试站电缆终端处。

对放电谱图进行分析发现：三相放电均集中在10°~80°，都在第一象限，而90°~360°相位下没有发现放电信号。

经解剖测试端电缆终端发现：该终端为热缩式终端，运行年限较长，采用老式剥削工艺处理外屏蔽层，半导电屏蔽层剥削断口参差不齐，绝缘表面极度不平滑，应力管及主绝缘有明显老化裂痕与褶皱，应力管内主绝缘处有明显划伤，安装工艺极差。2#站终端现场解剖图如下：

图6终端内绝缘及半导电断口情况

2.310kV电缆预制式终端老化缺陷

检测组对某10kV电缆线路开展阻尼振荡波局放检测试验，分别对A、B、C三相分别进行振荡波电压下的局部放电检测，A、B相检出疑似局放信号，以B相为例，其检测图谱如下：

图7预制式终端老化缺陷振荡波局放检测典型数据谱图

图8预制式终端老化缺陷典型数据分析谱图

试验过程中，B相在0.5U0下放电幅值最大为5241pC，在1.0U0下放电量达到最大，放电幅值最大为20163pC；A、B两相放电源均定位于测试端终端处。

对B相放电谱图进行分析发现：B相放电在正负半周密度较为接近，主要集中在0°~80°，180°~260°，其中在20°~40°，180°~200°放电量最大。

经解剖测试端终端发现：该终端年限较长，为预制式终端，预制件老化严重，应力锥处有明显的老化开裂及放电痕迹。

图9预制终端内部应力材料老化开裂

2.410kV电缆冷缩式终端应力管握紧力不足缺陷

检测组对某10kV电缆线路开展阻尼振荡波局放检测试验，分别对A、B、C三相分别进行振荡波电压下的局部放电检测，A、C相检出疑似局放信号，以A相为例，其检测图谱如下：

图9终端握紧力不足缺陷振荡波局放检测典型数据谱图

图10终端握紧力不足缺陷典型数据分析谱图

试验过程中，A相均在1.5U0下开始检测到局部放电信号，即起始放电电压为18.5kV（峰值），A相放电幅值最大为562pC，在1.7U0下放电量达到最大，放电幅值最大为827pC；放电源均定位于测试端终端处。

对放电谱图进行分析发现：A相放电主要集中在0°~90°，180°~270°，其中在30°~80°，220°~230°放电量最大，正负半周放电密度明显不对称，正半周放电密度、幅值都大于负半周，最大放电量也大于负半周。

经分析发现：测试端终端为冷缩式终端，冷缩式应力管握紧力不足，均匀电场作用不佳，采用23#绝缘带绕包缠绕增加握紧力后重新开展振荡波试验，未检测到异常放电信号。测试端终端现场图如下：

图11应力管绕包修复强化握紧力前后比对

2.510kV电缆T型终端主绝缘未打磨缺陷

检测组对某10kV电缆线路开展阻尼振荡波局放检测试验，分别对A、B、C三相分别进行振荡波电压下的局部放电检测，其中A、C两相检出疑似局放信号，以A相为例，其检测图谱如下：

（a）1.7U0下A相放电谱图

图12终端绝缘未打磨缺陷振荡波局放检测典型数据谱图

图13终端绝缘未打磨缺陷典型数据分析谱图

试验过程中，A相在1.7U0下开始检测到局部放电信号，即起始放电电压为20.9kV，A相放电幅值最大为6136pC，放电源均定位于测试端电缆终端处。

对放电谱图进行分析发现：A相放电主要集中在10°~90°，190°~270°，其中在10°~90°的放电次数明显多于190°~270°，正负半周放电密度明显不对称，正半周放电密度、幅值均大于负半周，最大放电量也大于负半周。

经解剖测试站电缆终端发现：该终端内主绝缘未打磨光滑，表面粗糙。测试站终端现场解剖图如下：

图14终端内电缆主绝缘未打磨缺陷

2.610kV电缆T型终端主绝缘划伤缺陷

检测组对某10kV电缆线路开展阻尼振荡波局放检测试验，分别对A、B、C三相分别进行振荡波电压下的局部放电检测，其中B相检出疑似局放信号，其检测图谱如下：

图15终端主绝缘划伤缺陷振荡波局放检测典型数据谱图

图16终端主绝缘划伤缺陷典型数据分析谱图

试验过程中，B在1.5U0下开始检测到局部放电信号，即起始放电电压为18.5kV（峰值），B相放电幅值为1485pC，在1.7U0下放电量达到最大，放电幅值最大分别为1882pC；放电源定位于测试对端站终端处。

对放电谱图进行分析发现：放电主要集中在0°~80°，180°~270°，其中在220°~270°放电量最大，正负半周放电密度明显不对称，负半周放电幅值大于正半周，最大放电量也大于正半周。

经解剖测试对端站电缆终端发现：该终端内主绝缘表面有明显划伤。测试对端站终端现场解剖图如图所示。

图17终端内电缆主绝缘划伤缺陷

3结论

本文在振荡波局放检测试验中检出为异常或超标的线路中发现的主要缺陷有如下四类：

（1）部分热缩式、预制式电缆终端运行年限较长，平均为10-15年，已经存在严重老化，应力控制材料出现明显裂痕、劣化现象，常伴有明显的放电烧灼痕迹。

（2）冷缩式电缆终端采用应力管结构设计，但其握紧力明显不足，导致电缆半导电端口的应力控制不足，电场畸变严重，产生明显的局放现象，长期运行可能危害电缆绝缘性能。

（3）电缆附件安装时，在切剥半导电层时，常出现绝缘划伤、半导电切割端口不齐等现象，此外，对电缆绝缘表面出现的明显粗糙或伤痕未采取有效的打磨处理，造成复合界面电场的畸变，导致局放现象的产生，长期运行可能危害电缆绝缘性能。

（4）电缆线路浸水运行致使电缆接头内部进水，导致线路绝缘电阻降低以及因接头内部的电场变化产生的局放，危害线路绝缘性能。

后续工作中应注意的工作要点：

（1）排查电缆线路，特别是电缆附件的投运年限，对于长年限运行热缩式、预制式电缆附件进行逐步更换。

（2）强化安装工艺过程管控，杜绝安装过程中对电缆绝缘造成的明显损伤和因简化处理安装流程导致的如电缆绝缘未打磨等安装错误。

（3）对冷缩式电缆终端采用半导电带、23#带进行握紧力加固，强化电缆终端的应力控制能力。

（4）定期开展振荡波局放检测及0.1Hz介损检测，发掘电缆线路可能存在的进水隐患和绝缘老化隐患，及时开展消隐消缺工作。

（5）强化电缆通道环境检查，利用电缆接头阻水技术手段提升电缆接头在浸水运行环境下的长期可靠性。

参考文献：

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