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1、2010 电力电缆状态检修技术交流会会议手册 54 XLPE 电缆局放检测技术及其在上海市电力公司的应用 苏文群 1,张 丽1,钱 勇2,黄成军2,江秀臣2 (1. 上海市电力公司,上海 200122;2. 上海交通大学电气工程系,上海 200240) 摘 要: 本文介绍了上海市电力公司近年来在保障 XLPE 电缆稳定可靠运行方面做的一些工作, 主要基于宽频电磁 耦合技术,结合当前先进的超高频和超声局放测试技术,提出声电联合的测试思想,综合现场验收、日常巡检和重 点监测三方面考量,采用便携、移动和固定安装相结合的策略,通过外购国内外成熟产品及与国内高校开展科研合 作,全面提升上海市电力公司在
2、XLPE 电缆局放测试方面的技术水平和实践经验。 关键字:XLPE 电缆;局部放电;状态检修;声电联合 中图分类号:TM83 文献标识码:A 1 引言 XLPE 电缆线路在上海城市供电电网中占有极 其重要的地位。XLPE 电缆的安全运行对整个电力 系统的稳定至关重要,一旦发生故障,将引起所辖 地区重大的停电事故。 基于全国 2001 年主要城市电力电缆抢修记录、 事故现场照片和故障电缆封样等材料分析,导致电 力电缆运行故障的原因可划分为外力破坏、电缆附 件制造质量、电缆敷设安装质量和电缆本体制造质 量四大类型,各自所占比重分别为 58、27、12 和 3。不计外力破坏引发的故障,电缆附件的 故
3、障占到电缆运行故障的一半以上,而电缆附件故 障中 97以上是绝缘故障,由于固体复合介质沿面 放电导致的1。由此可见,XLPE 电力电缆线路的运 行,特别是电缆附件运行的安全可靠性应受到足够 的重视2-4。必须采取必要和恰当的手段来预防事故 的发生和监测电力电缆线路的运行状况。 本文主要针对电缆的实际运行情况,结合电缆 局部放电测试技术近年来的实践,介绍一下上海市 电力公司在保障电缆稳定运行方面做的一些工作及 其进展情况。 2 上海市电力公司电缆局放检测总体思想 XLPE 电缆的测试方案主要包括耐压试验、常规 状态评估和局放检测,目前,能用于现场运行中电 缆测试的主要是局放检测。 在 XLPE
4、电缆局放测试方面,上海市电力公司 从下述三个方面来考虑,组织实施电缆的局放检测 工作,力图涵盖电力公司所有的中高压电力电缆。 1)对于新建或修复的 XLPE 电缆线路,在进行 耐压测试的同时,同步进行现场局放测试。创造条 件争取在现场验收的过程中逐步将局放检测纳入验 收程序; 2)对于常规运行中的电缆线路,利用便携的检 测设备,将电缆局放检测纳入日常巡检的工作内容 中; 3) 对于少数需要重点关注的电缆线路,探索考 虑安装局放在线监测系统,持续监测电缆中的局放 情况。 局放检测工作在管理上借鉴开展多年,具有成 功经验的红外测温工作,通过制定管理制度、颁发 实施细则对局放检测的范围、方法、检测周
5、期和数 据存放进行规范,并通过各类作业导则对检测人员 进行培训和指导。但在技术水平方面,一方面由于 该工作开展较晚,检测人员对各种局放检测方法和 判据尚不能熟练使用,另一方面由于运行设备内部 工况复杂,且检测过程中易受外部干扰,即使能够 掌握各类典型判据, 也不容易对检测结果下一定论。 这是一个需要以大量实测数据和长期经验积累作为 基础的综合判断过程。 3 XLPE 电缆局放测试技术及其实践 目前,用于电缆现场测试的主要有宽频电磁耦 合法、超声(AE)法和超高频(UHF)法5。 电缆内发生局放时,会有部分电流通过外屏蔽 层接地线,流入大地。电磁耦合法检测电缆局放的 原理是,将罗格夫斯基线圈放在
6、电缆终端或连接头 上,穿过电缆屏蔽层的接地线,通过感应流过电缆 屏蔽层的局放脉冲电流来检测局放6,7。电缆内部有 局放时,会产生电磁波信号,并伴随有爆裂状的声 发射,产生超声波,且很快向四周介质传播。通过 会议论文 苏文群,张 丽,钱 勇,等. XLPE 电缆局放检测技术及其在上海市电力公司的应用 55 安装在电缆外部的超声波传感器,将超声波信号转 换为电信号,就能对电缆内的局放水平进行测量和 定位。 局放检测 UHF 法于 20 世纪 80 年代初期由英 国中央电力局(CEGB)实验室提出8,目前已经成 功应用到 GIS 生产和运行中,正逐步向其它电力设 备扩展,UHF 法的原理是通过检测局
7、放产生的超高 频电磁波,从而获得局放的相关信息。 超声和超高频信号在电缆中传播时衰减很快, 因而可检测的范围较小,目前这两种方法仅适用于 检测电缆附件局放。 3.1 运行中电缆的局放巡检 在 XLPE 电缆的日常运行中需要定期进行电缆 绝缘的例行巡检,传统的方式有目测法、红外测温 法等。近年来,超高频(UHF)和超声(AE)检测 法以其抗干扰性能好,便于现场定位的技术特点得 到越来越多的关注。 在电缆的日常巡检中,一旦发现存在疑似局放 后,需要快速准确地确定是否存在局放以及对局放 进行定位,以制定高效可行的设备检修维护方案, 这对于迅速排除故障隐患,保障系统安全运行具有 重要的意义。 上海市电
8、力公司通过和上海交大合作,研制了 一套应用于运行电缆及其附件局放测试的便携检测 系统9,10。 该系统采用宽频电磁耦合、 超声和超高频 联合检测技术,多种手段同步检测电缆附件中的局 放信号。 图 1 便携检测系统现场测试照片 就目前采用声电联合法巡检的经验来看,通过 对多种信号进行对比分析,能更加有效地排除现场 干扰,提高局放检测结果的可靠性。利用这种方法 已经发现和处理了多个缺陷,消除了事故隐患。对 电缆的日常维护和安全运行提供有力的保障,提高 了设备检修维护的效率,对保障电缆线路正常运行 具有重要的意义。 3.2 电缆局放在线监测 电缆内的局放是一个发展的过程,对电缆进行 局放在线实时监测
9、,有利于及早发现潜在的绝缘缺 陷问题6,7。上海市电力公司在国内率先进行电缆局 放在线监测应用的探索,通过和上海交大合作,在 上海市南两个 35kV 变电站黎安站和疏影站安装了 两套电缆局放在线监测系统。其中黎安站监测的电 缆线路 15 回,疏影站 24 回。局放传感器安装在电 缆层,信号线缆通过桥架敷设,监测服务器机柜安 装在开关室,服务器上运行有专家系统,可在线对 电缆内的局放信号进行实时诊断分析。 图 3 局放在线监测系统示意图 (a)监测程序主界面 (b)特征趋势曲线 图 2 便携检测系统程序主界面 图 4 监测系统程序界面 2010 电力电缆状态检修技术交流会会议手册 56 3.3
10、电缆验收局放测试 局放测量有助于在现场验收时检查电缆内部多 种绝缘缺陷,是电缆安装后耐压试验的很好补充, 建议有条件和可能的地方,应进行局放试验。但常 规的脉冲电流检测方法在现场应用时由于环境干 扰,往往难以有效实施11,12。因此,如何在电缆验 收现场进行局放的有效监测已成为电力行业相关部 门关注的重点。 为了对现场安装的电缆进行局放试验,需要一 套独特的局放测试设备,测试设备的规模要与电缆 线路的规模匹配,在耐压试验前安装,在耐压试验 后拆迁,方便快捷,效率高。为了实现这一目标, 上海市电力公司与上海交大合作,专门研制了一套 用于现场验收的局放测试系统。 2010 年 5,上海市电力公司成
11、功地将联合研制的 局放测试系统应用于 220kV 洲长 4286 线的现场耐压 验收。 图 5 220kV 电缆验收局放测试系统安装示意图 图 6 监测系统检测数据 4 XLPE 电缆局放检测成功案例简介 2009 年下半年至今,上海市电力公司与上海交 大合作, 对电力公司三十多个运行中的变电站及 150 条电缆运行线路进行了局放普测,发现了多个潜在 的绝缘缺陷,通过及时采取措施,消除隐患,有效 避免了停电事故的发生。 同时通过大量的联合测试, 积累了大量局放和干扰数据,锻炼和培养了局放检 测人才,为后续局放测试工作的进行打下了很好的 基础。下面结合一个典型的测试案例,对局放测试 的成果进行简
12、单介绍。 2009 年 8 月,电力公司局放检测小班在上海交 大的技术支持下,对广场站各电压等级电缆进行例 行局放检测, 在广藏 3150 和广茂 3145 (与广武 3145 并仓)电缆终端附件测到明显的超高频、超声和高 频脉冲电流信号。如图 7 所示,为电缆层 HFCT 和 UHF 传感器安装照片。 图 7 局放测试传感器及安装方式 如图 8 所示,将电缆广武 3144/广茂 3145 的电 缆仓打开之后,在广茂 3145 的 B 相和 C 相上发现 有明显的故障放电痕迹。 图 8 广武 3144/广茂 3145 电缆仓打开后照片 5 结束语 通过近年来的持续努力, 上海市电力公司在开展
13、电缆局放检测工作方面取得了一些成绩,也发现了 会议论文 苏文群,张 丽,钱 勇,等. XLPE 电缆局放检测技术及其在上海市电力公司的应用 57 一些尚存在的问题: 1)电缆局放检测可有效发现一些潜在的绝缘缺 陷,及时采取措施可避免一些不必要的故障损失; 2)声电联合检测定位技术可明显提高现场局放 检测的效率及检测结果的可靠性; 3)在现场使用中,检测设备自身的抗干扰性能 还有待加强,局放特征数据库不够全面,自动诊断 结果的准确度较低; 4)国外检测设备的数据库不一定适合国内的设 备,应该在大量的测试中建立和完善适合国内设备 特点的局放和干扰数据库,以进一步提高检测和诊 断的准确性。 5)先进
14、的设备需要高素质的人员来操作,要继 续加强人才队伍的建设,在实践中培养一支高水平 的状态检修专家队伍。 参 考 文 献 1 罗俊华,邱毓昌,杨黎明. 10kV 及以上电力电缆运行故障统计分析J. 高电压技术,2003,(6). 2 罗俊华,杨黎明,姜芸,盛龙宝. 电力电缆运行、故障及试验综述J. 电 力设备,2004,(8). 3 江秀臣,蔡军,董小兵,曾奕. 110kV 及以上电压等级交联电缆在线监测 技术J. 电力自动化设备,2005,(8). 4 董小兵,蔡军,江秀臣,曾奕. 1035 kVXLPE 电缆在线监测技术J. 电 力自动化设备,2005,(9). 5 郭灿新,张丽,钱勇,黄成
15、军,姚林朋,江秀臣,. XLPE 电力电缆中局部放 电检测及定位技术的研究现状J. 高压电器,2009,(3). 6 罗俊华,冯江,袁检,马翠姣,邱毓昌. 交联聚乙烯电缆局部放电高频检 测技术的研究J. 电网技术,2001,(12). 7 罗俊华,马翠姣,邱毓昌. XLPE 电力电缆局部放电的在线检测J. 高 电压技术,1999,(4). 8钱勇, 黄成军, 江秀臣, 等. 基于超高频法的GIS局部放电在线监测研 究现状及展望 J. 电网技术, 2005, 29(01):40-43,55. 9郭灿新,张连宏,姚林朋,钱勇,黄成军,江秀臣,. 局部放电 HF/UHF 联合 分析方法的现场电缆终端检测应用J. 电力自动化设备,2010,(5). 10 耿旭旭,张丽,郭灿新,钱勇,黄成军,江秀臣,. 便携式 XLPE 电缆绝缘 检测装置J. 电工技术,2009,(11). 11 罗俊华,马翠姣,邱毓昌,金祎,陈守直,史济康. 35kV及以下XLPE电力 电缆试验方法的研究J. 电网技术,2000,(12). 12 罗俊华,杨黎明,史济康,朱海钢. 电力电缆及试验技术回顾J. 高电 压技术,2004,(S1). 苏文群苏文群 高级工程师 上海市电力公司检修公司。
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