电缆振荡波局放测试及定位系统

简介：
开展的局部放电现场检测的电源类型主要有：工频正弦波电源，超低频电源和阻尼振荡波电压源。针对以上三种电源方式下相应的局部放电检测主要为：工频正弦波电压下的PD检测、超低频电压下的PD检测和阻尼振荡波电压下的PD检测（Damped AC Voltage Testing，简称ME-OWST）。

2.1 工频电压下局放检测设备
工频电压下局放检测设备是的试验设备，但在试验时需要有很大功率的设备才能进行，这便造成了所需试验电源质量和体积的增大，当电缆较长时因设备太笨重便无法实施PD检测，因而电力电缆在工频电压下的PD现场检测较为困难。工频电压下检测设备的笨重，不易现场检测。
2.2 超低频电压下局放检测设备
超低频电压下的局部放电测试中所用的超低频电源为0.1Hz正弦波电源，此电源理论上可以将试验变压器的容量降低到1/500，因而试验变压器的重量可大大降低，可以较容易地移动到现场进行试验。超低频电源可长期对被试电缆施加恒定电压，始终为0.1Hz正弦波，波形没有毛刺且光滑，电压幅值恒定且不随时间变化，因而其用在中、低压电力电缆的耐压试验和介损试验较多，能够在较低的电压下有效地发现XLPE绝缘电力电缆受潮和存在水树枝的运行缺陷。超低频电压下电缆的PD检测应用较少，其测试结果也备受质疑。超低频检测结果的可信度及对电缆的损伤。
2.3 直流阻尼振荡波电压下局放检测设备
阻尼振荡波电压法是近年来国内外研究较多的一种用于XLPE电力电缆局部放电现场检测和定位的方法，它是由荷兰代尔夫特大学学者研究提出。该方法具有：与交流电源法等效性好、作用时间短、操作方便、易于携带、可有效检测XLPE电缆中的各种缺陷，且试验不会对电缆造成损害等特点。
但是采用直流对XLPE电缆进行充电，就会存在许多问题。直流电压下绝缘老化的机理和交流电压下的老化机理不相同，在直流电压下XLPE电缆会产生“记忆”效应，并存储积累单极性残余电荷，使得电缆上的电压值远远超过其额定电压，从而有可能导致电缆绝缘击穿。直流试验时，如果在试验时电缆终端头发生表面闪络或电缆附件击穿，会造成电缆芯线上产生波振荡，在已积聚空间电荷的地点，由于振荡电压极性迅速改变为异极性，使该处电场强度显著增大，可能损坏绝缘，造成多点击穿。XLPE电缆绝缘内易产生水树枝，在直流电压下会迅速转变为电树枝，并形成放电，加速了绝缘劣化，以至于运行后在工频电压作用下形成击穿。结合以上四点因素，即使直流冲击高压发生器对XLPE电缆直流充电时间较短，其安全性还是有待进一步考量。
2.4 ME-OWST阻尼振荡波电压下局放检测设备
综合上述电缆PD检测的方法优缺点。研制出基于变频谐振的阻尼振荡波电压下XLPE电缆现场局部放电检测及定位系统。
有效解决了：
工频电压下检测设备的笨重，不易现场检测。
超低频检测结果的可信度及对电缆的损伤。
直流ME-OWST对电缆引起的不安全性。
既可以完成交流耐压试验，又实现了局放测试及故障定位。

3.3 ME-OWST电缆振荡波局放测试及定位系统工作原理
如图3-2所示，由供电线路或发电机输入220V的交流电压，经过电源主机转变成频率、幅值可调节的方波电压，再通过励磁变压器升压，通过改变激励强度使得被试电缆到达预定电压。当电源控制主机给出产生振荡波的信号时，是系统RLC回路短路，则在被测试品电缆上产生阻尼振荡波电压，可通过局放检测阻抗传感器耦合电缆上的局放信号，经宽频放大器放大、滤波，zui后由数据采集卡进行阻尼振荡波电压信号、电缆局部放电数据的同步采集，并把数据暂存在工控机上，zui后由外部笔记本命令将数据从工控机上传回到笔记本上进行分析、处理。

图3-2 ME-OWST电缆振荡波局放测试及定位系统工作原理图

4.1 ME-OWST电缆振荡波局放测试及定位系统基本技术指标
表4-1 ME-OWST系统基本技术指标

阻尼交流输出电压	10~220 kV
阻尼交流电压频率范围	20 Hz~ 500 Hz
电容范围	0.05 μF ~2 μF
加压方式	交流谐振升压
局放检测频带	30kHz~15MHz
局放测试范围	zui小10pC
故障定位精度	±2 m
局放水平检测	放电脉冲的时间分辨率为10μs，相位分辨率为0.18°， 符合IEC 60270 标准
耐压试验	交流耐压试验、局放试验
供电电压	AC380V+/-10%, 50Hz, 5A
网络接口	WLAN 无线采集

4.2 ME-OWST电缆振荡波局放测试及定位系统软件功能
1）本系统适用于220kV及以下电压等级电缆PD现场检测及定位。
2）本系统采集部分实现无线数据采集，增强了系统和操作人员的安全性。
3）本系统提供参数设置模块、信号采集模块、数据分析及谱图显示、数据存储、离线数据回看、分析、处理计算放电位置，可对局放故障进行定位。
4）本系统提供放电谱图、故障定位谱图、放电相位谱图、放电次数谱图、放电类型识别等功能。
5）本系统具有数字滤波、动态阈值、小波分析、时延鉴别、相关分析等抗干扰功能，可根据信号特征，对放电脉冲和干扰脉冲进行取舍和鉴别，以及通过简单模式识别进行PD类型识别。
6）本系统根据阻尼振荡电压波形与局部放电信号关系图以及定位谱图确定局部放电的类型，对电缆的整体绝缘状况和寿命做更有效的评估和预测。