110 kV电缆振荡波局部放电模拟试验分析

曹俊平， 温 典， 蒋愉宽， 刘 岩

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.国网浙江省电力公司，杭州 310007）

110 kV电缆振荡波局部放电模拟试验分析

曹俊平1， 温 典1， 蒋愉宽1， 刘 岩2

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.国网浙江省电力公司，杭州 310007）

为验证110 kV高压电缆振荡波局部放电试验技术检测电缆绝缘潜在性缺陷的有效性，以及积累该项试验技术现场应用经验，在高压大厅进行了110 kV电缆终端及中间接头放电仿真模型局部放电振荡波模拟试验，并进行该项技术对试验电缆破坏性的比对研究。试验表明高压电缆振荡波局部放电试验技术可检测并定位电缆终端较明显的局部放电缺陷，但对于半导电尖端较小的模拟缺陷，则无法检测到局部放电。

高压电缆；缺陷模型；模拟试验；振荡波；局部放电

0 引言

截至2015年底，浙江电网110 kV高压电缆达到944回，共计1 980.4 km，中间接头和终端分别为1 961组和2 380组，呈逐年增长的趋势。

在电缆长期运行过程中，本体及附件故障屡见不鲜，如何通过有效的监测手段准确、实时掌握电缆本体及附件的运行状态，避免因电缆本体及附件故障击穿导致的大面积停电事故，是保障电力安全输送的重要课题[1]。浙江电网高压电缆曾多次发生电缆故障，严重影响了电力负荷的安全、稳定传输。

电缆振荡波局部放电（简称局放）试验技术是近年发展起来的离线（停电）电缆局放检测技术，该技术可以发现电缆绝缘潜在性的缺陷，目前已经在中低压电缆中得到了广泛的应用[2-3]，但该技术在高压电缆领域应用较少，主要是因为高压电缆现场测试存在很多难点。

本文介绍了在高压大厅利用110 kV电缆终端及中间接头仿真模型进行局放振荡波模拟试验，通过设置终端放电模型和中间接头半导电尖端模型验证该项技术的有效性，并比对研究了该项技术对试验电缆的破坏性，积累了该项试验技术现场应用的经验，为该项试验技术现场推广打下了坚实的基础。

1 电缆振荡波局放试验简介

电缆振荡波局放测试系统利用阻尼振荡电压作为试验电压，对被测电缆逐级加压测试并采集数据，经过数据分析得到电缆的局放特征参数和局放位置，由此可评估电缆局放特性并诊断潜在的缺陷，可用于带绝缘屏蔽结构电缆全线本体和附件缺陷检测[4-5]。

电缆振荡波局放测试系统的电源与交流电源等效性好，作用时间短、操作方便，与直流耐压和交流耐压相比对电缆造成的伤害较小，可发现潜在性的缺陷，在电缆发生绝缘故障前可对绝缘状态进行预判[6-7]。

电缆振荡波局放试验原理如图1所示，由高压单元、控制单元和测试软件构成，直流电源先对电容充电，然后IGBT（高压光触开关）闭合，由测试仪器电感和被试电缆电容产生谐振，在被试电缆端产生振荡电压。

图1 电缆振荡波局放试验原理电路

局放定位采用脉冲反射原理，若被试电缆某处发生局放，脉冲沿电缆向测试端和末端2个方向传播，其中一个脉冲（入射波）到达测试端；另一个脉冲（反射波）向测试末端传播，并在末端发生反射，反射波再传播到测试端，根据2个脉冲到达测试端的时间差，可计算局放发生位置[8]。

2 110 kV高压电缆试验室运行间隔模拟

在高压试验大厅构建110 kV XLPE电缆真型试验模型，如图 2所示。试验模型由 2盘YJLW03-64/110-1×630 mm2电缆、1个中间接头以及2个110 kV复合套管终端构成，其中U0（额定工频电压有效值）为64 kV，电缆回路总长度为168 m，接头数是1个，位于距离测试端83 m处。

图2 模拟试验电缆布置照片

先设置中间接头缺陷模型，在中间接头安装时设置了1个0.5 cm长的半导电尖端放电模型，进行中间接头缺陷模型测试。之后分别在被试电缆首、末端分别挂一段约30 cm长的裸铜线，模拟电缆首、末端放电情况。

3 模拟试验分析

在高压试验大厅对110 kV电缆仿真试验模型共进行了2项模拟试验分析，一项是振荡波检测技术对试验电缆破坏性的比对研究，主要与工频交流耐压试验作比对；另一项是基于电缆中间接头和终端放电模型的振荡波局放试验有效性研究，验证该项测试技术对电缆缺陷的辨别和定位效果。

3.1 振荡波检测技术对试验电缆破坏性的比对研究

为检验振荡波检测技术对电缆的破坏性，进行了以下试验：

（1）对模拟试验电缆回路进行状态确认，对电缆的主绝缘做绝缘电阻测试及耐压试验，绝缘电阻测试电压5 000 V，绝缘电阻值为509 MΩ，按照《电力电缆交接和预防性试验补充规定》，对试品电缆进行1.7 U0与60 min的工频交流耐压试验，试品未击穿，说明试品电缆回路无异常。

（2）用振荡波局放检测技术进行局放测试，试验电压峰值为150 kV（目前设备输出的最高峰值电压数值），试品电缆试验结果正常，未发现试品内部存在局放，试品未发生击穿或闪络。

（3）对试品电缆进行绝缘电阻测试和交流耐压试验，绝缘电阻测试电压5 000 V，绝缘电阻值为489 MΩ，耐压试验参数为1.7 U0与60 min，试品通过试验，试品未击穿。说明振荡波局放检测过程未影响试品电缆回路绝缘特性。具体试验结果见表1。

表1 振荡波检测技术对110 kV试验电缆破坏性的比对数据

3.2 振荡波局放试验有效性研究

3.2.1 中间接头缺陷模型下振荡波局放试验

逐步将振荡波检测电压升至峰值为150 kV时，电缆本体及附件未发现局放情况，试验数据见表2。

表2 试验电压峰值为150 kV时测试数据

经分析测试数据，中间接头缺陷模型下未能有效检出缺陷。

3.2.2 终端缺陷模型下振荡波局放试验

在被试电缆首端挂一段约30 cm长的裸铜线，模拟电缆首端放电情况，布置情况见图3。

振荡波检测电压峰值升至150 kV，测试时可见放电集中现象，见图4。

分析测试数据，得出放电位置为电缆首端，试验数据见表3，放电位置分布见图5。

在被试电缆末端挂一段约30 cm长的裸铜线，模拟电缆末端放电情况，布置情况见图6。

振荡波检测电压峰值升至150 kV，测试时可见放电集中现象，见图7。

图3 被试电缆首端放电模拟

图4 首端放电模拟125 kV时局放测试

表3 电缆首端放电模拟测试数据

图5 电缆首端放电位置分布情况

分析测试数据，得出放电位置为电缆末端，试验数据见表4，放电位置分布情况见图8。

4 结论

通过110 kV高压电缆仿真模拟，研究了110kV电缆振荡波局放试验技术检测电缆绝缘潜在性缺陷的有效性，并进行了该项技术对试验电缆破坏性的比对研究。

图6 被试电缆末端放电模拟

图7 末端放电模拟125 kV时局放测试

图8 电缆末端放电位置分布情况

（1）110 kV高压电缆振荡波局放试验技术可检测并定位电缆终端较明显的局放缺陷，但对于半导电尖端较小的模拟缺陷无法检测到局放。

（2）在模拟试验过程中，110 kV高压电缆振荡波局放试验未破坏试品电缆回路的绝缘特性。

（3）110 kV高压电缆振荡波局放试验现场应用还有待深入研究，110 kV电缆现场有2种接线方式无法进行该项试验，一类是电缆终端安装在终端塔塔身平台上时，受加压引线长度限制及定位影响，该侧无法测试；另一类是电缆头连接GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）时，从GIS侧加压时无法进行电缆故障定位。

[1]朱启林.最新电力电缆运行、检修、设计、施工与工程图集[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]杨连殿，朱俊栋，孙福，等.振荡波电压在XLPE电力电缆检测中的应用[J].高电压技术，2006，32（3）∶27-30.

[3]董雪松.中低压电缆振荡波局放测试若干注意事项[J].浙江电力，2012，31（12）∶15-17.

[4]刘岩，林洲游，胡伟.振荡波测试技术在中压电力电缆局部放电检测中的应用[J].浙江电力，2011，30（11）∶6-8.

[5]张国栋，田立斌，王江林，等.基于振荡波检测系统的电力电缆局部放电波形研究[J].电工电气，2013（11）∶45-48.

[6]郑竑.中低压电缆采购中电缆质量检验的实践与探讨[J].浙江电力，2015，34（5）∶56-59.

[7]钟宇军，李程，孙建生，等.国内外桥梁敷设电力电缆的可行性对比分析及建议[J].浙江电力，2016，35（7）∶16-19.

[8]BARTNIKAS R，NOVAK J P.On the character of different forms of partial discharge and their related terminologies[J].IEEE Transactions on Electrical Insulation，1993，28（6）∶956-968.

（本文编辑：陆 莹）

Analysis on Simulation Test of Oscillation Wave Partial Discharge of 110 kV Cable

CAO Junping1，WEN Dian1，JIANG Yukuan1，LIU Yan2
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

To verify the validity of 110 kV high voltage cable oscillation partial discharge test for latent cable insulation defect detection as well as experience accumulation of test technology in field application，partial discharge oscillation wave simulation test on 110 kV high voltage cable terminations and middle joints discharge simulation model is performed in the high voltage test hall,and comparative research on cable damage by use of the technology is conducted.The test shows that partial discharge test technology of high voltage cable oscillation wave can effectively detect and locate clear partial discharge defects of cable terminations and middle joints；however，it can not detect partial discharge from semiconductive terminal with small analog defects.

high-voltage cable；defect model；simulation test；oscillation wave；partial discharge

浙江省电力公司科技项目（5211DS15002B）

TM75

B

1007-1881（2017）02-0001-04

2016-11-01

曹俊平（1986），男，工程师，从事电气试验及电缆专业状态检测工作。