不難發現電纜絕緣狀況的好壞與電纜的局部放電量有直接關系,一旦局部放電量超標,極有可能存在影響電纜正常運行的安全隱患,因此通過電纜局部放電量的準確測量是最直接的判斷方法。國內外專家學者以及IEEE國際大電網會議等機構建議,局部放電試驗是檢驗XLPE電纜的絕緣狀態的最好方式。
電力電纜局部放電檢測技術包括直流耐壓法、交流耐壓法、超低頻法和振蕩波法。由于電纜等效電容值大,在現場條件下進行局部放電檢測難度較大,常用方法包括了直流耐壓法和交流諧振耐壓法。
直流耐壓法用于測量電纜的局部放電信號,方法是通過采取高壓直流電壓來測量局放信號,施加的直流電壓會在電纜芯線與外皮之間累積空間電荷,累積的空間電荷與電纜正常運行電壓疊加后會產生遠高于額定電壓的過電壓,對電纜絕緣造成損傷,因此直流耐壓法近年來使用的越來越少,有些部門甚至禁止對電纜做直流耐壓測試。
下圖所示為串諧電路,當電容值與電感值為一特殊數字時,該電路會發生串諧現象,此時電抗器上的電壓與電容器上的電壓數值相等、相位相反,并且電壓值遠高于輸入電壓。電纜屬于電容性設備,所以能夠作為回路中的電容值,再通過調節電感L或電源的頻率,可上產生一個高電壓值U0。串聯諧振時,Q為品質因素,Q=2πf L/R0 。
工頻串諧耐壓實驗是利用調節電感值大小,與電纜電容形成串諧,可以模擬實際運行情況,是測試XLPE電纜最合適的方法,既能夠掌握絕緣泄漏大小,也能真實反應電纜的耐壓特性。變頻諧振試驗的設備具有調諧方便、重量輕、易于移動的優點,因此在XLPE電力電纜的現場運用的比較廣泛。
GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中對塑膠電纜在20Hz-300Hz交流耐壓試驗電壓和時間如表所示。
額定電壓U/U0 | 試驗電壓 | 時間(min) |
18/30kV以下 | 2U0 | 15(或60) |
21/35-64/110kV | 2U0 | 60 |
127/220kV | 1.7U0(或1.4U0) | 60 |
190/330kV | 1.7U0(或1.3U0) | 60 |
290/500kV | 1.7U0(或1.1U0) | 60 |
但如果試驗電纜較長,幾公里乃至十幾公里的時候,就必須采用大功率或者更高電壓等級的設備,如發電機、試驗變壓器、諧振腔、變頻電源控制箱、局部放電檢測儀等,耦合電容和高壓電纜連接。同時這些設備的吊裝、運輸需要必須利用大型吊車和車輛,成倍增加了試驗成本,且在很多現場緊湊的條件下無法使用。如圖所示,長電纜的現場試驗圖。
交流耐壓試驗現場圖
基于LCR的阻尼振蕩原理是振蕩波局部放電檢測技術的理論基石,在給電纜直流充電完成后,通過內置的高壓電抗器以及實時固態開關與試品電纜產生阻尼振蕩電壓波,在試品上施加類似工頻的正弦電壓波,激發出缺陷處的局放信號進行采集?;诿}沖電流法進行局放檢測,對被測電纜無傷害,且檢測結果與工頻情況下非常接近。
耐壓試驗都有一定的局限性,CIGRE SC21 WG21-09工作組指出采用工頻交流電壓或近似工頻的交流電壓(30-300Hz)進行試驗,證實比其他試驗方法有效。采用局部放電試驗與交流電壓試驗相結合的方法可能更為有效,但試驗方法尚在研究與開發中。