10kV电力电缆OWTS局部放电试验适用范围

王冠宇;李博;李彦澄;王靖晶;钟庆超

【摘 要】介绍电力电缆局部放电和OWTS振荡波局放试验的基本原理,根据烟台10kV电缆近年来的试验数据,对OWTS局放试验现阶段的使用场合、情况依次进行分析,肯定该试验在电缆交接环节的重要性,并建议将局部放电试验纳入电缆交接试验的必备项目.最后讨论了将OWTS试验列为10kV电力电缆运行后的预防性试验的可行性.

【期刊名称】《山东电力技术》 【年(卷),期】2016(043)003 【总页数】4页(P57-60)

【关键词】电力电缆;局部放电;OWTS;电缆交接试验;电缆故障 【作 者】王冠宇;李博;李彦澄;王靖晶;钟庆超

【作者单位】国网山东省电力公司烟台供电公司,山东 烟台 2001;国网山东省电力公司烟台供电公司,山东 烟台 2001;国网山东省电力公司烟台供电公司,山东 烟台 2001;国网山东省电力公司烟台供电公司,山东 烟台 2001;国网山东省电力公司烟台供电公司,山东 烟台 2001 【正文语种】中 文 【中图分类】TM247

近些年，10 kV交联聚乙烯绝缘（缩写为XLPE）电力电缆以其绝缘性能好、易于制造、安装方便等优点在城市的配电网中广泛应用，越来越多的架空线路更换为

XLPE电缆入地，因此，对XLPE电力电缆的供电可靠性提出越来越高的要求。随着城市配网管理理念的改变，过去的巡检配抢修模式逐渐改为状态检修，要求从源头把关，提前对电缆进行诊断，对潜在的缺陷和隐患进行维护、维修，保证电力电缆的正常运行［1-2］。现有的电力电缆交接试验标准中没有明确规定开展局部放电试验检测，仅依靠耐压试验不能有效检测出电缆中存在的局部放电问题，而局部放电又是引起XLPE电缆绝缘破坏的重要原因，因此XLPE电力电缆局部放电试验在实际工作中得到大力推广应用。2011年，国家电网公司在Q/ GDW 3—2011《配网设备状态检修试验规程》中，将OWTS（Oscillating Wave form Test System）局放试验列为电缆线路的诊断性试验项目，OWTS局放试验因其良好的便携性和优秀的等效性及无损测试等优点，成为现阶段10 kV XLPE电缆局放试验的主要方法，但其合理的使用范围还有待讨论。 1.1 电缆局部放电原因和危害

电缆绝缘内部如果存在气隙、杂质、毛刺等绝缘缺陷，就会造成绝缘内部电场不均匀，进而导致某些区域电场强度高于平均电场强度，造成这些区域首先发生“非贯穿”放电，从而引发电缆局部放电。 而局部放电又会对电力电缆造成极大的影响：局部放电过程中，电离出的电子、离子具有较大能量，打断绝缘材料高分子的化学键，导致裂解；在故障点上的发热可导致高温，使绝缘材料发生热裂解导致绝缘体破坏；局部放电中产生的高压气体会使绝缘体产生微小裂痕，逐渐积累发展成电树枝。为了在故障发生前对局部放电进行有效控制，引入OWTS局部放电测试系统［3］。

1.2 OWTS系统基本原理

OWTS系统高压发生和测试原理如图1所示，将设备与电缆线芯连接后，由设备对电缆线芯进行10～100ms的直流加压。之后，由IGBT半自动连接开关将被测电缆与系统的电感线圈进行连接。由电缆和电感共振，使电缆产生一个阻尼振荡波

电压。在每次加压的过程中系统会测量局放量、局放起始电压和熄灭电压［4］。 图2 为OWTS系统的测试定位原理图。假设电缆总长度为l，故障点离测试点的距离为x，波速为v。故障点直接返回的原始脉冲到达测试点的时间为t1，则脉冲信号在故障点发出的反射脉冲到达测试点的时间为利用仪器得到两次脉冲的时间差为由此可以计算出故障点离测试点的距离x［5］。 1.3 OWTS系统特性

OWTS系统具有等效性、无损性和便携性。OWTS系统所加振荡波电压频率（50～500Hz）接近于工频（50 Hz），等效电缆运行环境；OWTS系统所加电压接近于工频电压（0.5 U0～1.7 U0），加压时间短（＜2ms），对电缆造成伤害极小［6］；设备为车载一体式，灵活快捷。

现阶段10 kV配网系统中的电力电缆OWTS局放试验主要运用在5个方面；新敷设电缆送电之前的交接试验；长时间停电、备用的电缆重新投入使用之前的交接试验；电缆在日常巡视过程中发现异常的停电试验；有新做、新加电缆终端头或中间头的电缆线路送电之前的电气试验；提停电计划对目标电缆进行普测的停电试验。 2.1 新敷设电缆送电前

以往新电缆投运前的试验项目主要为直流耐压试验，随着近几年倡导的无损试验，逐渐由直流耐压变为交流耐压，但此类试验不能有效发现电缆本体和电缆附件中隐藏的细微绝缘缺陷，导致电缆的局部放电从而在日后的运行中逐渐演变成绝缘击穿等缺陷。所以在新敷设的电缆送电前，用OWTS振荡波局放试验对电缆进行测试就显得尤为重要。新投运电缆不会影响到供电可靠性，该试验会在电缆终端头套接T型头之前进行，又不会影响到电缆终端头的可靠运行。以烟台为例，烟台供电公司在2014年共对32条新上10 kV XLPE电力电缆进行OWTS局放试验测试，发现不合格电缆1条次，该电缆为10/ 8.7 kV XLEP三芯电缆，电缆全长388m，距离测试端100 m处有一个冷缩中间接头。检测发现该电缆在1.7U0时放电量达到

7 000 pC左右，0.5U0时放电量达到1 200 pC左右，定位发现放电缺陷就在接头处。经过解体分析，该电缆内、外半导 电管端口不整齐有突起，且端部未缠绕半导电带形成坡口，外屏蔽层剥离不整齐，有突起是造成严重局部放电的原因。 2.2 电缆重新投入使用前

备用和长时间停运的电缆可能有进水、受潮等情况发生，如电缆停运前有轻微的缺陷在停运期间也有可能继续恶化，所以在重新并入电网运行前都需要做耐压和局放试验。烟台供电公司2014年共进行此类10 kV XLPE电力电缆OWTS振荡波局放试验2条次，未发现局放信号。 2.3 日常巡视异常

日常电缆巡视中，有时会发现电缆本体、电缆终端头、电缆中间头过热等情况，经过多次复测确定该电缆有疑似缺陷时就需要对该条电缆进行停电试验。而电缆中的细微缺陷和局部放电在直流耐压和交流耐压试验中不易被发现，此时通过OWTS振荡波局放试验就可以找出这些缺陷并进行消缺，从而确保电力电缆的可靠稳定运行。烟台供电公司2014年进行此类10 kV XLPE电力电缆试验1条次，未发现局放信号。

2.4 有新作、新加电缆终端头或中间头的电缆线路送电前

电力电缆在发生故障后，会重新制作或者新加电缆终端、中间头，此时的电缆因为电缆附件发生变更应视为新投运电缆，在线路送电前一定要进行各类电气试验以确保新制作的电缆终端、中间头制作工艺良好无缺陷，防止故障重复发生。 2.5 目标电缆普测

安排计划停电，对目标电缆线路或者电缆段进行OWTS振荡波局放试验。根据规程电力电缆在运行5年后应对其进行预防性试验，现阶段OWTS振荡波局放测试系统作为国家电网公司所推广的一项新技术，被要求提高该试验的使用次数，很多地区都开始了10 kV XLPE电力电缆线路的普测工作，按照双电源线路、可进行倒

负荷供电的线路、普通线路的顺序依次进行局放试验。烟台供电公司2014年共进行该类OWTS振荡波局放试验条次，发现击穿类故障5次，局放类缺陷1次。运行中的10 kV XLPE电力电缆在局放试验中故障击穿率为9.3%。5次击穿故障都为电缆中间头故障，经后期对故障电缆中间头进行解剖分析，发现均为电缆中间头制作工艺不良，造成电缆中间头内部出现局部放电，但此时电缆仍能正常运行。而在进行电缆振荡波局放时由于电压升至1.7U0，导致缺陷电缆中间头发生电压型击穿。此时的试验电压远超正常运行电压，在正常运行环境下此缺陷电缆中间头仍能正常运行一段时间。局部放电试验的主要作用是检测电缆中的局部放电，而实际操作过程时往往会导致电缆中间头出现“贯穿性”的放电，违背了原试验目的。当试验中电缆出现故障后，班组还需组织人员力量对故障点进行查找、抢修，停电时间将远超计划停电时间，造成延时停电，例如对10 kV制革线进行局放试验时，出现击穿，原计划工作时间为当天18∶00，但抢修工作持续到第二天凌晨6∶00；10 kV锦绣一线进行局放试验时，出现击穿，后定型为高阻故障，抢修工作完成后比原停电计划时间超出30 h。2014年烟台供电公司所管辖的电力电缆由于电缆本体和附件引发的故障次数为49条次，公司直属电力电缆线路为53，全年故障率为9.1%，可见，进行电缆局放试验的电缆故障率甚至高于电缆正常运行的故障率；而且，为了不影响供电可靠性，现阶段进行的局放试验都是利用倒负荷的方式将线路分成若干段分段进行局放试验，一次完整的局放试验整个流程大约需要4～5 h，人员也需要5～6名，若对烟台地区所有电缆线路进行局放试验，动用两个班组的人力、物力，不间歇进行试验，大约需要3年多的时间才能完成，其中还不包括发现故障后的处理故障时间，所用时间过长。

OWTS振荡波局放试验在实验室条件下可以检测出交流耐压试验无法发现的10 kV XLPE电力电缆局部放电信号，但是在实际环境中，OWTS振荡波局放试验现阶段的实验设备排除干扰的方法有限，环境因素对数据现场采集的准确性有很大的

影响，如果电缆老化，则信号衰减严重，数据波动大。该试验中抗干扰技术还需要进一步研究改进。

OWTS振荡波局放试验为离线试验，试验需停电进行，只有在对新投运、备用电缆做该试验或通过倒负荷的方式对线路分段试验时才不会影响供电可靠性。 OWTS振荡波局放试验在具体操作时需要将设备线夹接在电缆的线芯上，除了新投运的电缆都需要将电缆终端头从环网柜、开关柜上解下，并拔下T型头，此过程可能会造成电缆终端头附件可见或不可见的损坏，从而造成物料损耗或潜在隐患。 OWTS振荡波局放试验作为新投运10 kV XLPE电力电缆的交接试验，可有效地检测出电缆中细微缺陷引起的局部放电，弥补交流耐压试验无法检测局部放电的空白，确保电力电缆可靠稳定运行。该试验不影响供电可靠性，整个过程也可以在制作电缆终端头之前进行，不会对电缆终端头、T型头造成损坏，所以建议将OWTS振荡波局放试验纳入10kV XLPE电力电缆的交接试验，并制定严格的试验标准和验收标准。

OWTS振荡波局放试验在试验过程中会加速原有缺陷的发展，现阶段来看，局放试验中的电缆击穿故障率高于日常运行时的电缆击穿故障率，当出现击穿故障后所用的停电时间相对于正常的故障抢修停电时间会更长，且对整个电网中所有的电力电缆进行局部放电试验将耗费大量的人力物力和时间，因此，将OWTS试验作为10 kV电力电缆运行后预防性试验的必要性和设备安全性还有待商榷。

王冠宇（1987），男，从事电力电缆运行检修工作。 【相关文献】

［1］ 王琪，刘晓飞，闫杰.基于OWTS技术的电缆局放检测应用分析［J］.山西电力，2014（5）：14-17.

［2］ 孙振权，赵学凤，李继胜，等.交联电缆典型绝缘损伤针刺模型的局部放电试验研究［J］.

高压电器，2010，46（6）：55-59.

［3］ 张皓，唐嘉婷，张立志.振荡波测试系统在电缆局放测试定位中的典型案例分析［J］.电力设备，2008，9（12）：31-34.

［4］ 洪海程，陈志平，葛永超.中压电缆局放振荡波检测的应用与讨论［J］.科技资讯，2012（35）：103-104.

［5］ 金金元.影响交联电缆局部放电试验的若干问题［J］.电线电缆，2012（3）：29-32. ［6］ 王龙宇，李刚，赵刚.OWTS局放测试系统的模型研究［J］.电气自动化，2014，36（4）：99-102.

地现象。这是由台风期间风速过大造成两条线路摇摆导致的，同时，大量雨水造成线路发生短路时有一定过渡电阻存在［3－5］。

9月16日的19∶53到19∶左右，乙Ⅱ线发生了A、B相间接地故障。这是由台风期间风速过大造成树枝折断碰到线路导致的。

9月17日的10∶11左右，乙Ⅰ线存在A、B两相接地短路发展为B相经过渡电阻接地短路现象。这是由台风期间雨量过大造成线路上电气设备大面积受潮，从而使其绝缘降低引发短路烧毁线路和电气设备导致的。