10kV电缆振荡波局放诊断和定位技术

本文通过介绍一种电缆振荡波局放测试技术，对电力电缆的设备健康水平从而提供了一种新的技术分析手段，为电网运行提供了新的可靠依据。

【关键词】放测试技术 电缆 振荡波局

1 概况

随着对局放监测的关注度增加，更多的局放检测设备被研发出来，基本可分为以下两种：在线检测和离线检测。在线检测设备的优点是不需要断电即可测量，但缺点也是显而易见的：在线测量的信号干扰很大，现有条件和技术无法准确区分出局放信号和外界干扰，而且大多数设备安装后不能移动，需要重复投资购买多套设备才能构建起监测体系，投资巨大。

2 电缆振荡波局放诊断和定位技术主要内容

OWTS又称振荡波局放测试系统，是德国SebaKMT公司开发的用于检测、定位和评估电缆绝缘及附件中局放缺陷的产品。OWTS M28-S系统适用于10kV及以下电压等级的各类型电缆。

系统由控制单元、高压单元和相关附件组成。控制单元是一台带有无线局域网（WLAN）功能的笔记本电脑。高压单元中包含高压源、谐振电感和晶闸管开关，可产生测试所需要的阻尼振荡电压。高压分压器和嵌入式控制模块被集成于高压单元中，共同来完成数据的采集和局放信号的处理。局放信号的存储、分析以及评估均在笔记本电脑上完成，而数据分析和评估可以在现场或办公室进行。

局放测试时，首先用高压源对被测电缆进行充电，然后闭合开关加压。系统内部和被测电缆共同构成一个LC振荡回路，从而产生了一个阻尼较低的正弦振荡电压。根据被测电缆电容的不同，电压的频率会在几十到几百赫兹的范围内变化。其激发局放的效果接近于50Hz工频，因此我们可以对测量到的局放进行有效评估。

对典型局放的分析评估以及对局放故障点的定位，可为维护和维修计划的制定提供可靠的依据，提高电网运行和管理的水平。

2.1 主要技术难点

振荡波局放的主要技术难点是系统内部用于切断直流高压瞬间，形成振荡的固态开关和分析软件中对局放信号衰减的补偿。

2.1.1 高压切断开关

振荡波局放定位设备中的高压切断开关是该套系统中硬件部分最为关键的部分，也是此项技术得以在实践中应用的技术保证。此开关采用特殊的材质和特殊的工艺制成，可确保系统高压关断的次数和振荡波电压输出曲线的平滑和稳定，从而保证测试结果的准确性和有效性。

2.1.2 衰减补偿

该套系统软件，开发并实现了对不同电缆进行专有的、自动的“衰减补偿”的功能。这样，软件将测得的局放结果自动还原至真实的局放水平，系统和操作人员就不会产生“误判断”，从而正确的预评估电缆绝缘的真实状态。

2.2 系统功能

2.2.1 工作原理

电缆在运行过程中，绝缘长时间承受着较高的场强。由于制作工艺原因，电缆绝缘中或多或少会存在一些缺陷，这些缺陷部位使原来电缆线芯周围均匀的电场产生畸变，当场强达到一定程度时就会产生未贯穿整个绝缘层的放电，进而影响绝缘的性能，最终导致电缆彻底击穿，造成停电事故。

为了能够通过测定电缆局放来预防电缆击穿事故的发生，1997年德国SebaKMT公司与荷兰戴夫特大学、瑞士Seits公司共同合作研发出用于电力电缆局部放电检测及定位的设备：振荡波局放测试系统，简称OWTS。

它采用振荡波作为激发局放的高压源，通过自动或手动分析得到准确的局放定位。首先，系统对被测电缆加压充电，2秒钟之后，由特殊的固体开关切断直流电源，系统内置的电抗器与被测电缆组成低阻尼振荡回路，在电缆中产生几十到几百赫兹频率的阻尼振荡电压（接近于电缆的工频实际运行状态），使电缆绝缘薄弱处产生局放，最终根据局放耦合单元接收到的局放脉冲信号对电缆进行局放分析。

2.2.2 与工频电压有良好的等效性

通过对比，OWTS的测试电源在激发不同类型的局放方面与工频有着良好的等效性，这已经被世界上很多国家所认可。很多著名学者都曾就两者的等效性进行过相关的实验。在相同的测试电压等级下，振荡波与其它类型的激发电压相比，所得到的数据更接近工频条件下的结果。不仅如此，在不同类型缺陷检测的对比中，OWTS以数据的稳定性（即针对不同缺陷测得数据的离散性）排在第一位，这就使得局放严重程度的评估难度大幅降低。

2.2.3 无损测试

OWTS系统的无损性主要表现在两方面，即测试电压低和加压时间短。首先，测试电压低：由于OWTS对被测电缆施加的电压频率与工频相近，这样就可在与工频相近的电压水平下进行测量。测试从0.5U0开始加压，最高加压到1.7U0（仅对10kV及以下电缆，35kV电缆建议最高加压到1.5 U0）。而对于有严重缺陷的电缆，OWTS往往在0.5倍U0的电压下就可准确地测量并定位到缺陷点的局放。如此低的工作电压对于采用其他电压测量的测试系统是不可能完成的。其次，加压时间短：加压时，振荡波在整个系统里的持续时间不到100毫秒，整个测试过程最多加13次，加上所加电压波形是衰减的正弦波而非直流或变化缓慢的电压，所以对电缆绝缘几乎没有影响。

由此可见，在局放激发电压方面， OWTS系统与其它局放设备有着根本的区别：即测试的无损性。而其他设备在测量局放时仍需要长时间的加压，且电压水平较高。这会对电缆绝缘造成二次损伤，与以前的耐压试验是一样的，属于破坏性试验。

2.2.4 优秀的采集与分析系统

局部放电具有随机性的特点，不可能通过定义一个特征参数来作为判断所有类型局放的标准。所以，OWTS采用的高频采样器，将电压振荡阶段接收到的所有信号（包括局放信号和环境干扰）全部记录下来，由电脑或人工对这些数据进行挑选与分析，有效地避免了漏测与错测。电缆缺陷点的严重程度是根据系统生成的局放图，并依据统计原理来进行判断的，这使得个别分散的局放点不会影响到最终判断结果，大大降低了误判的可能性。

3 研究结论

作为具有一定科技和技术含量的新技术，振荡波系统的操作简单，分析软件易于掌握。系统具备在线和离线分析功能，既可在现场实时分析，第一时间得到数据，又可以坐在办公室练习或讨论。

系统对于高压单元的操作都是通过无线网络遥控完成的，从操作方式上保障了工作人员的人身安全；高度集成化的设计使整套系统体积紧凑，携带方便（仅为70Kg）增强了系统现场测试的灵活性。测试完毕生成分析报告，可为电网运行和管理提供依据，并将测试报告存档，方便日后查阅。

作者单位

1国网沧州供电公司运维检修部 河北省沧州市 061000

2国网沧州供电公司安全监察质量部 河北省沧州市 061000