第16章-振荡波检测技术

目录第十六章振荡波检测技术.....................................................................................................2第一节振荡波检测技术概述.............................................................................................21发展历程....................................................................................................................22技术特点....................................................................................................................23应用情况....................................................................................................................3第二节振荡波检测技术基本原理.....................................................................................31振荡波检测的电源技术............................................................................................32振荡波检测的抗干扰技术........................................................................................43振荡波检测的定位技术............................................................................................54振荡波局部放电检测仪器的组成及基本原理........................................................6第三节振荡波检测及诊断方法.........................................................................................71检测方法....................................................................................................................72诊断方法..................................................................................................................10第三节振荡波检测案例分析...........................................................................................121振荡波检测发现电缆应力锥安装失效缺陷..........................................................122振荡波检测发现电缆接头制作工艺不良缺陷......................................................14参考文献：.........................................................................................................................161参考论文..................................................................................................................162参考标准..................................................................................................................18第十六章振荡波检测技术第一节振荡波检测技术概述1发展历程振荡波通常是指频率在20Hz～800Hz范围内的衰减振荡电压（Oscillatingwaveform或DampingACVoltage）。使用振荡波电压替代工频交流电压对设备进行检测的技术统称为振荡波检测技术，该技术主要应用于电力电缆的耐压、介质损耗及局部放电等测试。由于振荡波检测仪器集成度高、测试接线及操作简单、功耗较小、整体轻便，并且一次加压可同时完成电缆局部放电的测试和介质损耗因数的测量，相对于工频交流电压测试具有明显优势，因此，近年来振荡波检测技术得到了迅速的发展。1988年，荷兰第一次应用振荡波法对电缆进行了实验测试。1990年，首次应用振荡波法在长电缆上进行了测试。2004年，美国、日本和新加坡等国陆续开始使用该技术进行电缆局部放电测试。随着高速电力电子开关等关键技术的发展，输出电压为250kV的振荡波检测仪器研制成功，满足了220kV电缆的测试需求。2007年，振荡波测试与工频交流电压测试的等效性在试验及理论分析中得到了验证，为振荡波检测技术的进一步发展奠定了重要的理论基础。2008年，输出电压为350kV的振荡波检测仪器研制成功，可以满足500kV高压电缆的测试需求。同年，北京市电力公司等国内电力企业开始引进该技术用于10kV电缆的局部放电测试。2技术特点振荡波检测方法是基于LC阻尼振荡原理对被测电缆施加近似的工频正弦电压，即在近似电缆运行状态下完成电缆的局部放电测试，其结果与工频电压下的局部放电测试高度等效，符合相关IEC及国家标准。振荡波检测方法可以有效检测10kV及以上交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆和油纸绝缘（PILC）电缆的本体、终端和中间接头部位发生的各类局部放电缺陷，能有效发现由于生产质量、安装工艺和运行环境造成的主绝缘层、半导电层和屏蔽层等多种缺陷，因此可以有效减少由于电缆突发性击穿故障造成的意外停电事故。振荡波检测法的主要优点包括：（1）相比于工频交流电压下的局部放电测试，振荡波检测仪器为加压和测试一体化装置，具有系统容量小、接线及测试操作简单、仪器重量轻、移动搬运方便等优势。（2）振荡波测试时，一次加压过程持续时间仅为几百毫秒，不会对电缆造成损害，因此振荡波检测方法属于无损检测。（3）由于采用振荡波法测试时没有使用额外的高压电源，所以从根本上避免了系统内部高压电源产生的局部放电干扰。（4）振荡波局部放电的测试结果为确切的局部放电量，因此可准确评估电缆局部放电缺陷的严重程度。（5）振荡波局部放电测试可精确定位电缆局部放电源位置。振荡波检测仪器采用脉冲传播时差法定位局部放电源，并且应用统计学原理从成百上千个局部放电源中选取数百个位置集中的点，因此有效避免了其他干扰源对检测和定位结果的影响。振荡波测试法的主要缺点包括：（1）振荡波测试时需要将电缆停电，并拆除电缆两端连接的其他电力设备，因此对供电可靠性产生一定的影响，并且对于GIS终端和变压器终端的高压电缆而言，测试流程较繁琐和复杂。（2）振荡波测试对电缆长度有特定限制，被测电缆一般不超过5km。3应用情况上世纪80年代，振荡波检测技术首次应用于电缆的局部放电测试，目前已在德国、日本、新加坡、中国等60多个国家的大中型城市的高低压电缆线路中广泛应用。2008年，北京市电力公司为加强奥运保电工作，借鉴新加坡国家能源公司的经验，引进10kV电缆振荡波检测仪器投入奥运保电工作，对北京地区主要的配电网电缆开展了振荡波测试，保证了奥运期间的供电安全。2009年，广东电网公司为提高亚运会供电可靠性，借鉴北京市电力公司奥运保电的成功经验，引进了10kV振荡波电缆局部放电检测与定位系统。2011年深圳供电局利用250kV振荡波测试设备对3回220kV及14回110KvXLPE电缆线路进行了高压振荡波检测试验。目前，国家电网公司已将电缆振荡波局部放电检测技术加入Q/GDW643-2011《配网设备状态检修试验规程》中。近年来，随着电缆振荡波局部放电检测技术的全面开展，国家有关部门已将10kV电缆振荡波局部放电检测项目纳入2009年国家能源局发布的《20kV及以下配电工程预算定额（第四册—电缆工程）》和《北京市建设工程预算定额（2013版）》指导手册中，为电缆振荡波局部放电检测技术的广泛应用奠定了基础。第二节振荡波检测技术基本原理1振荡波检测的电源技术电力电缆由于其电容量大，很难在现场进行工频电压下的局部放电检测。过去充油电缆采用直流试验，可以大大降低电源的要求。但对于XLPE电力电缆，由于其绝缘电阻较高，且在交流和直流电压作用下的电压分布差别较大，直流耐压试验后，在电缆本体和缺陷处会残留大量的空间电荷，电缆投运后，这些空间电荷极容易造成电缆的绝缘击穿事故。而采用超低频（0.1Hz）电源进行试验，其测试时间较长，对电缆绝缘损伤较大，并可能引发新的电缆缺陷。振荡波检测电源产生的基本原理是：首先由整流元件将AC220V的交流电转换成所需的直流电，然后对直流电压幅值进行调整，最后对输出直流电压进行滤波和稳压调整，以确保输出精度和稳定性。实际检测时，根据测试加压的幅值要求，通过调整直流电压幅值和控制直流电源对被测电缆的充电时间来控制所产生振荡波的幅值，振荡波频率通过串入的空心电抗器进行调节，振荡波的衰减阻尼系数由电缆等效电容和空心电抗器确定。2振荡波检测的抗干扰技术由于电缆的电容量大（μF级），允许的局部放电量很小（几pC），而电力电缆局部放电测量中不可避免的存在着环境噪声和外部干扰，局部放电信号往往湮没于这些噪声和干扰中，使得测量变得非常困难，因此提高抗干扰性能就显得尤为重要。干扰信号按其时域和频域特征不同，可分为窄带干扰、脉冲型干扰和背景噪声三类。（1）对于窄带干扰，由于其本身频域特征与局部放电信号的频域特征有较大差异，而且频带十分窄，故大多采用频域滤波的方法进行抑制。（2）对于脉冲型干扰，由于它和局部放电信号非常相似，从单个波形上很难将它们区分开来。目前主要采取时延鉴别法进行鉴别。时延鉴别法是利用外来干扰脉冲及发射波到达测量点的时间差与内部放电及反射波到达测量点的时间差的不同进行鉴别。（4）对于背景噪声，由于其在时域中表现为无规律的随机脉动，在频域中则表现为整个频带上的均匀分布，因而现有的频域和时域方法都不能对其进行有效地抑制。在小波去噪算法提出之前，往往采用时域平均的方法来抑制这种随机性的背景噪声，但效果并不理想。小波去噪算法的提出有效地解决了这个问题。电缆振荡波局部放电检测和定位装置具有带通滤波、小波分析、时延分析等抗干扰功能，可根据信号特点，方便的进行放电脉冲的取舍，如图16-1所示。该装置还可以生成清晰的局部放电图形（如电压波形与局部放电信号关系图、三维谱图等），以便确定局部放电的类型，如图16-2所示。（a）带通滤波功能（b）小波分析功能图16-1OWTS软件抗干扰功能（a）电压波形与放电关系（b）三维谱图分析图16-2OWTS局部放电图谱显示功能3振荡波检测的定位技术局部放电源定位技术即是在振荡波加压测试过程中，利用检测到的脉冲时差、电缆全长和脉冲在不同绝缘类型电缆中的