對電力電纜的現場局部放電檢測,目前主要有在線和離線兩種檢測方式。在線局部放電檢測是在電纜運行狀態下進行,這樣對局部放電的測定評估限定在U0水平以下,對背景噪聲的處理技術上有一定的難度。另外,在線局部放電檢測系統還不能按照IEC的標準進行校準,PD水平無法量化,也不具備可比性一比。
離線局部放電檢測是使用合適的高壓電源來對離線電纜中局部放電進行定量測量,由此評估電纜在運行狀態下的局部放電特性。對電纜進行現場局部放電檢測(定量測量),目前還只能用離線的檢測方法,其最重要的三個測量參數為:局部放電起始電壓(PDIV)、局部放電熄滅電壓(PDEV)和局部放電量。為更加準確的評估電纜中的局部放電特性,局部放電檢測所加電壓的波形及頻率應盡可能與正常運行時電壓波形相近,這樣上述測量參數PDIV、PDEV和局部放電量就能更準確的反映出運行狀況下的局部放電特性。
研究結果表明,絕緣薄弱處的局部放電跟所加電壓波形和頻率有關,相同電壓下,不同的測試頻率在同一點處所誘發的局部放電有很大差別。另一方面,局部放電檢測時所加的高壓不應對電纜絕緣造成二次損壞,用于電纜局部放電檢測的設備必須按照IEC60270標準進行校準,這樣定量測量的結果才有可比性。
對于電力電纜的離線檢測,常用的技術有:工頻測試方法、直流測試方法,超低頻測試方法。
工頻測試方法,對幾公里長的電纜進行充電測試需要很大的能量,該充電系統包含多個設備,如發電機、高壓變壓器或諧振器、控制儀器、局部放電探測和故障定位儀器、耦合電容和高壓連接電纜。同時運輸這些設備需要大型運輸車輛,大大增加了測試費用,不利于現場條件下的離線檢測。
直流測試方法,可以大大降低電源的要求,但對XLPE電力電纜,由于其絕緣電阻較高,且交流和直流下電壓分布差別較大,直流耐壓實驗后,在XLPE電纜中,特別是電纜缺陷處會殘留大量空間電荷,電纜投運后,這些空間電荷常造成電纜的絕緣擊穿事故。
超低頻測試方法,以0.1Hz正弦波形電壓作為為局部放電激發源,其電源極性轉換頻率很低,轉換時電壓曲線斜率也低,這樣就需要加很高的電壓并且測試較長的時間才能激發并采集到足夠多的局部放電數據,因此對電纜的損傷就比較大,并引發電纜中的新缺陷,增加電纜擊穿的幾率。
另外,從局部放電檢測可信度角度來考慮,直流與超低頻測試方法中所施加的電壓與電纜實際運行電壓不具備等效性,因此在這兩種測試條件下電纜局部放電的特性也與工頻運行條件下有較大區別。
振蕩波實驗系統,即稱為Oscillating waveform test system(OWTS),或Damping AC Voltage (DAC,是近幾年國內外供電單位嘗試使用并替代交流耐壓的一種新興實驗技術。上世紀九十年代初至九十年代末期為實驗室摸索階段,2000年至2007年之間為通過現場試點而不斷完善的時期。近幾年,由于快速關斷開關等技術得到解決,美國、荷蘭、日本、新加坡及中國北京、濟南、上海等地的電力部門才開始引入這種方法,也先后證明該方法在檢測電力電纜尤其是中壓電纜系統絕緣狀態的有效性。目前,關于OWTS的產品基本依托高校作為技術支撐。其中,荷蘭達夫科技大學高壓實驗室的E.Gulski,F.J.Wester,J.J.Smit等人是研究振蕩波實驗技術的代表者。振蕩波測試系統電源與交流電源等效性好,作用時間短、操作方便、易于攜帶,可有效檢測XLPE電力電纜中的各種缺陷,且實驗不會對電纜造成傷害。
振蕩波檢測技術基于LCR阻尼振蕩原理,在完成電纜直流充電的基礎上,通過內置的高壓電抗器、高壓實時固態開關與試品電纜形成阻尼振蕩電壓波,在試品電纜上施加近似工頻的正弦電壓波,激發出電纜潛在缺陷處的放電信號。基于脈沖電流法高靈敏度檢測局部放電信號,配合高速數據采集設備完成局部放電信號的檢測、采集、上傳。該技術具有以下突出優勢:
1)對電纜無損壞。單次測試過程一分鐘左右,測試效率高,對被測電纜無傷害;
2)局部放電檢測可行度高。通過LC阻尼振蕩對電纜試品施加近似于工頻的正弦電壓,在近似電纜運行狀態的條件下完成局部放電信號的檢測,且符合IEC及相關國家標準,局部放電檢測結果具有很強的真實性;
3)適合現場巡檢。該技術通過無源諧振技術取代傳統的交流實驗電源,系統體積及重量顯著減小,實現了檢測系統的便攜性,極大降低并簡化了電纜現場檢測的難度與結構,可適用于現場大規模的巡檢與普測;
4)判別局部放電類型并定位故障位置。該技術在近似工頻狀態下基于脈沖電流法高靈敏度檢測局部放電,在此礎上提取局部放電脈沖的指紋信息,結合故障模式庫判別實測故障類型;基于脈沖信號在電纜中傳播的行波原理完成脈沖對的匹配,根據時問差算法精確計算故障點所在位置。
北京市電力公司自2008年1月份以來利用OWTS振蕩波局部放電檢測設備進行10kV電纜狀態監測,先后發現排除潛在性隱患多起,積累的大量實踐經驗。目前,北京市電力公司己經制定了應用振蕩波測試系統進行電力電纜局部放電實驗的相關標準,耐壓與局部放電實驗結合成為判定中壓電纜的絕緣狀況的主要手段。