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马钢110kV电缆头局放测试探索与实践
2017-11-24 15:19:23  作者:曾文清 袁军芳  来源:中国设计师网  
  •   本文对电缆局放测试的三种方法进行了分析比较,选择了特高频局放测试方法对马钢110kV电缆头进行了局放测试,并对一处局放超标的点位进行了详细的检测和分析,对局放超标的电缆头进行了更换、解剖和分析。

  马鞍山钢铁股份有限公司能控中心 曾文清 袁军芳

  1 引言

  马钢110kV输电网中,采用了大量的110kV交联聚乙烯电力电缆,电缆总长接近100km、各种电缆接头(包括GIS终端头、户外终端头、电缆中间头等)总数接近200个。这些电缆及其接头在制造、安装及运行过程中都可能产生缺陷,并因此引发局部放电。从马钢多年的运行经验来看,电缆接头的故障概率要高于电缆本体发生的故障概率。因此,加强电缆接头的局部放电检测,及时发现设备缺陷,防止电缆接头由于局部放电加速绝缘老化造成绝缘击穿事故,是电缆运行监控和维护的重要项目。

  2 电缆头局放测试方法比较和选择

  局放的检测方法目前主要有高频检测法、特高频检测法以及超声波检测法等。

  传统的高频检测法抗干扰能力差,能够在现场采集的信号频率范围窄,难于达到电缆局放检测所需的精度。另外,高频检测方法需要将传感器安置在接地线上,而许多架空线路和电缆结合处的电缆终端接地箱都处于较高的位置,这对高频检测也造成了很大的困难。

  特高频检测法主要是检测特高频电磁波信号,检测范围较大,可以比较精确地采集到频率在1MHz~1GHz范围内的全频段信号,并且采用电容式传感器直接检测电缆或电缆附件,而不是从接地线中获取信号,提高了原始信号采集的准确性,也方便信号的采集。另外,特高频检测法不受空气中电晕干扰影响,对各种放电性缺陷均具有较高的敏感度,检测灵敏度可达几个PC。

  超声波检测法抗干扰能力较好,对电气干扰不敏感,但易受机械或电磁振动的影响;对自由颗粒缺陷具有较高的检测灵敏度,但对固体绝缘表面及内部的缺陷敏感度较低;传播衰减很大,检测范围小,适合缺陷定位。

  综合三种局部放电检测方法的优缺点,马钢电缆头局放测试项目选择了特高频局放检测装置进行测试。

  3 特高频局部放电检测原理和接线示意图

  特高频局部放电检测装置采用独立双通道同步采集待测电缆(电缆附件)和现场环境信号,通过差分算法排除环境干扰,可进一步提高对现场局放信号的辨别。特高频局放检测技术具有超高的信号采样率,通过合理布置传感器即可有效辨识信号的来源方向,实现对局放信号的预定位。

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  特高频检测装置的接线示意图如图1所示,数据传感器安装在接近待测电缆附件的电缆本体上,工频传感器安装在同一相电缆上,用来检测该相50Hz工频信号,环境传感器放置在现场环境中。

  设备接收到双通道同步采集的信号后,系统进行分析出理,经过置信区间分离局放信号和噪声干扰信号,得到去噪后局放信号谱图以及放电量、周期放电概率和放电可信度三个标准参数。装置通过神经网络等算法,从五个不同维度对比现场局放检测数据样本,给出准确的待测电缆及电缆附件状态评价结果。

  4 马钢110kV电缆头局放测试结果分析

  4.1 总体情况

  2015年~2016年,马钢对189个110kV电缆头进行了局放测试,总体情况良好。从测试结果来看,这189个电缆头除塘原762线路14#点B相电缆户外终端头局放信号超标外,其余均正常。

  4.2 塘原762线路14#点局放信号分析

  2015年12月,通过检测,发现该处原始放电量-相位谱图存在异常数据,其相位谱图如图2所示。

  从相位谱图数据可以发现,在相位10度~120度范围内存在3500~4000PC的密集放电量,190度~300度范围内存在类似的密集放电量。由于该相位谱图反映的是现场的实测信号,该信号同时包含放电信号和噪声信号,因此,还无法仅以此来判断该信号是否为局放信号。必须进一步结合放电置信区间、信号的时域频谱、平均放电量、周期放电概率及放电可信度等参量来综合判断。这些参量的数据处理结果分别如图3~图5所示。

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  从图3可以看到,放电置信区间内有成簇状的数据点。其时域波形(图4)反映的是长度小于2μs的瞬时脉冲信号,同步触发采集时,测量点信号和环境信号存在明显的差异;其对应的频谱(图5)测量点数据在30MHz~200MHz和210MHz~300MHz存在频率高峰,而环境中无此频段的脉冲信号,证明此信号来自测量的762线路14#点。

  根据以上分析并结合数据处理结果(图6所示):放电可信度达到81%、周期放电概率为100%,平均放电量为3476pc,判断该测量点处电缆或电缆附件存在密集型严重放电现象。

  4.3 塘原762线路14#点局放源的定位

  在762线路14#点B相发现明显的局部放电信号后,为了分析分析局放信号究竟是来自电缆还是来自电缆终端头,对该点电缆及附件进行了精确测量以确定信号的来源方向。

  如图7所示,为了判断局放信号的方向,将2只相同的特高频电磁式传感器A、B同时放置在该相电缆本体上,间隔1.5米左右,传感器A靠近电缆终端,2只传感器同步采集信号。测量结果如图8所示:

  从测量信号的时域图来看,A波形超前B波形,即该局部放电信号传输时先通过传感器A,再通过传感器B,由此可判断该放电信号来自电缆终端方向,局放超标的应该是电缆终端头。

  4.4 塘原762线路14#点B相电缆户外终端头解剖检查和分析

  2016年3月,对塘原762线路14#点B相电缆户外终端头进行了更换。为了确认放电原因,于2016年4月8日对更换下来的电缆头进行解剖检查。

  检查解剖后的电缆头发现,该电缆头应力锥表面存在放电痕迹,在应力锥内壁有沿面爬电痕迹,进一步检查发现在电缆半导电层与应力锥之间也存在明显的放电痕迹。这一解剖检查结果与特高频局放设备检测结果一致,充分证明了特高频局部放电检测的有效性和缺陷定位的准确性。

  4.5 塘原762线路14#点B相电缆户外终端头更换后的测试

  电缆头更换后,2016年8月,再次用特高频设备对该点进行了局放测试,测试图谱如图9-11所示。

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  测试结果显示,原始放电量未再发现特征局放信号,放电置信区间无疑似局放信号,信号的时域和频谱也正常,数据处理后的结果显示为放电可信度为0,周期放电概率为0,平均放电量为0,检测未发现放电现象。

  5 结束语

  通过本次局放测试实践,马钢积累了电缆及其附件局放测试与分析的经验,并且发现了一组局放超标的电缆头,通过解剖分析该电缆头,确实发现电缆头内部存在放电现象,避免了一次可能出现的电缆头放电短路事故。

  马钢的电缆局放测试项目,证明了特高频局放测试的有效性和局放信号来源方向判断的准确性,对于交联聚乙烯电缆及其附件的局放有很好的诊断效果,通过测试可以提前发现电缆存在的放电缺陷,有效避免事故的发生。

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