振荡波法测交联聚乙烯电缆机械损伤实例分析 【摘 要】振荡波测试系统是目前国际上较为有效的用于交联聚乙烯电力电缆绝缘缺陷检测的实用技术该技术相比常见的电缆耐压测试具有缺陷定位功能和检测过程不对电缆造成伤害等优势，在国内若干大型项目中得到成功的应用该技术的核心原理是使用脉冲电磁波在电缆缺陷处产生的反射与端部反射的时间差，计算缺陷点在电缆的相对位置，并且根据信号强度对缺陷损伤程度进行判断由于涉及到微波技术、信号处理技术、传感器技术和无局放高压技术的综合应用，在现场推广中具有一定的技术难度本文基于自主研发的振荡波检测系统和机械损伤模拟电缆缺陷的故障电缆条件下，介绍了交联聚乙烯（XLPE）电缆的故障检测实施方案，详细描述了缺陷定位的计算方法，为OWTS技术在变电站现场的推广应用和改进创新提供技术参考 【关键词】交联聚乙烯电缆;振荡波测试系统;故障定位;机械损伤 1 前言 随着电力系统朝着高电压、大容量、高密度的方向发展，交联聚乙烯（XLPE）电缆在城市电网建设中得到了越来越广泛的应用但XLPE在铺设及使用过程中会受到外力的破坏形成机械损伤从而影响电缆的正常使用;一方面，电缆敷设的环境较为恶劣，敷设过程中要受到拉伸、弯曲、挤压等原因，造成护套和绝缘层的损伤;另外一方面，敷设完毕的电缆也可能受到土建施工、车辆震动等外力影响，也会造成电缆护套和绝缘破损现象。
有些机械损伤可能并不严重，当时没有太大影响，但在今后的运行过程中会慢慢暴露出来问题，并发展成故障，并有可能酿成停电事故因此，如果能在故障暴露前，通过检修等手段及时发现并解决潜在问题，可以避免故障的发生从而保证其供电可靠性，有效降低配电网的故障率 为了模拟现场的电缆机械损伤，并且能通过电缆振荡波局放测试系统（OWTS）进行有效的检测和定位，本文基于一套自主开发的OWTS装备和一组通过机械损伤模拟现场缺陷的试验电缆条件下，对一卷400米的XLPE电缆进行故障检测和定位研究工作，介绍了一套完整的故障电缆检测和计算方案 2 穿刺类型损伤试验 为了模拟现场的电缆缺陷，本试验配备了10kV的交联聚乙烯（XLPE）电缆一卷，总长度400米电缆两端压制冷缩终端接头，制作终端接头过程中不能留有尖角、毛刺、碎屑等切割不整齐的痕迹，主绝缘的相关接缝处用砂纸打磨光滑，否则终端接头处在高压下将产生电晕放电，干扰试验信号的有效采集，加工完成的试验电缆如图1所示 在电缆标记有305米的地方，采用长度20mm，直径2mm的钉子将其穿透外护套钉入主绝缘，如图2所示本试验过程中，为了模拟缺陷在不同严重程度下的测试效果，将钉子钉入的深度由浅到深调整，并分别进行试验和处理试验结果。
本试验使用完全自主研发的OWTS系统，将振荡波发生器的专用无局放转接电缆与试验电缆对接后，根据实验电缆的设计额定电压U0值，测试电压分别在0.5U0、0.7U0、0.9U0、1.0U0、1.2U0、1.4U0、1.5U0、1.6U0、1.7U0下进行测试（本试验使用的电缆额定有效电压为U0=8.7kV），在钉子扎入深度为约5mm、10mm和15mm时未发现放电现象，试验采集到的数据如表1所示 图1 电缆终端接头处理效果图 图2穿刺机械损伤效果 表1 机械损伤深度5-15mm下的OWTS测试结果 序号 钉子深度（mm） 电压倍数U0 电压峰值（kV） 测试结果 1 5 0.5～1.7 6.15～20.90 无局放 2 10 0.5～1.7 6.15～20.90 无局放 3 15 0.5～1.7 6.15～20.90 无局放 结合电缆的设计参数分析可知，该段电缆的主绝缘厚道约为20mm，将钉子由5mm到10mm的不同深度钉入后，用OWTS系统进行局放测试，电压由0.5倍的U0加到1.7倍的U0均无局部放电产生。
因此： （1）主绝缘还有5mm，尚未被完全破坏;外屏蔽层只被定穿2mm左右的，机械破坏的程度不足以引起电缆产生局部放电缺陷 （2）振荡波局放测试系统产生的电压幅值可以达到1.7倍的U0，但是其幅值成指数衰减;整个加压振荡衰减的过程只持续0.1～0.5秒左右，其能量较小，在短期内并不会暴露其缺陷 3 屏蔽断裂损伤试验 结合现场机械损伤一般会伴随外护套及屏蔽层损伤，有些甚至损伤半导电层的情况对现有的电缆故障进行改进在原来的钉子拔出，并将电缆的外护套、屏蔽层、半导电层都去除，如图3所示 同样用电缆振荡波局放测试系统进行测试测试在电缆的标有400米的一端进行，测试的电压还是从0.5U0逐渐加到1.7U0分别进行测试 图3 屏蔽层断裂的机械损伤效果 试验结果及分析： 序号 电压倍数U0 电压峰值（kV） 测试结果 图示 1 0.5 6.15 无明显局放 / 2 0.7 8.61 无明显局放 图.4 3 0.9 11.07 有局放，最大值352pC 图.5 4 1.0 12.30 放电次数明显增加，最大值385pC 图.6 在电缆振荡波局放测试系统的测距过程中，从0.9倍U0开始，出现局部放电，随着电压的升高，局放明显增加，并且在1.4倍U0时电缆的缺陷开始击穿，产生爆鸣声，同时伴随有电弧光放出。
图4 加压0.7U0，无明显局放 图5 加压0.9U0，出现局放 图6 加压1.0U0，局放此次明显增加 对存在局部放电的几次测试数据进行定位分析，分析方法采用的是基于XLPE电缆的时域反射的原理对所有的放电定位结果数据进行统计分析，放电位置发生在95.76米左右，与实际的为95米（测试端在电缆标记400米处测量，故障在电缆标记305米处）非常接近详见图7、图8 图7 某次局放的定位分析 图8 所有局放定位结果统计 4 结束语 通过对10kV交联聚乙烯（XLPE）的穿刺和断裂两种类型的机械损伤试验，模拟了现场机械损伤在OWTS系统下的检测效果试验证明，可以采用电缆振荡波系统对类似的机械损伤进行有效的检测并定位，定位精度能够达到1m以内，另外，OWTS系统对穿刺类损伤的检测灵敏度较差，需要结合耐压试验进行检测本文提出的基于OWTS的电缆机械损伤故障试验方法，能够给电力电缆的检修提供了实验依据和参考，可以有效地提高电缆检修效率，从而为电网的可靠运行提供保障 参考文献： [1]张鹏，雒峰.110kVXLPE电缆人为机械损伤的试验解秀余[J].高电压技术，2005（7）. [2]闵红，罗俊华等.中压交联聚乙烯电缆接头人工缺陷局部放电特性姜芸[J].华东电力，2010（10）.第 7 页 共 7 页。