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      內(nèi)置局放傳感器在110 kV電纜接頭上的應(yīng)用

      2018-08-27 10:24:04羅繼輝王錦明
      機(jī)電信息 2018年24期
      關(guān)鍵詞:局放貼片屏蔽

      羅繼輝 王錦明 高 飛 方 菊

      (長(zhǎng)園電力技術(shù)有限公司,廣東珠海519000)

      0 引言

      局部放電是絕緣介質(zhì)外加電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)產(chǎn)生的電氣放電,其是由絕緣介質(zhì)內(nèi)部、絕緣介質(zhì)之間的雜質(zhì)、間隙、氣泡等缺陷導(dǎo)致的[1]。電纜及附件具備完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),選用良好的絕緣材料,在干燥、無(wú)塵環(huán)境下經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工藝控制進(jìn)行生產(chǎn)制造,產(chǎn)品出廠均經(jīng)過(guò)完整和靈敏的出廠試驗(yàn),本身不會(huì)產(chǎn)生局部放電,安裝完成的系統(tǒng)中產(chǎn)生局放的最大可能是由于現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量不良造成的。

      為驗(yàn)證安裝工作的質(zhì)量,并確保整個(gè)電纜系統(tǒng)的可靠性,敷設(shè)后試驗(yàn)甚至是監(jiān)測(cè)的靈敏性對(duì)XLPE絕緣超高壓電纜系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。

      實(shí)際運(yùn)行的電纜系統(tǒng)局放監(jiān)測(cè)不同于產(chǎn)品試驗(yàn)局放測(cè)試,工廠產(chǎn)品局放測(cè)試有良好的屏蔽措施,而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜,干擾因素很多,所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試傳感器的要求有:(1)為避免高電壓和大電流(例如短路電流)的干擾,探測(cè)器必須安置在有效絕緣的外側(cè)(外半導(dǎo)電層上面)。(2)探測(cè)器相應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)必須能可靠地鑒別來(lái)自電纜附件外部的干擾和附件內(nèi)的局部放電。誤測(cè)可能造成嚴(yán)重后果,務(wù)必要確切地排除那些可能會(huì)被看作是內(nèi)部局部放電的干擾[2]。

      1 電纜及附件局放測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介

      目前絕緣介質(zhì)常用的局放測(cè)試方法有:(1)單一容性脈沖探測(cè)器;(2)差分容性脈沖探測(cè)器和容性注入校準(zhǔn)脈沖;(3)感性脈沖探測(cè)器和感性注入校準(zhǔn)脈沖;(4)電脈沖檢測(cè),該種方法主要是剝開(kāi)金屬護(hù)套并測(cè)量跨接在間隙兩端電阻的電流;(5)交叉連接接地電纜內(nèi)的電流檢測(cè)。以上所有方法,其核心要求為可靠區(qū)分與PD相似的現(xiàn)場(chǎng)噪音和絕緣內(nèi)部PD的能力[3]。

      目前已有幾種方法來(lái)區(qū)分來(lái)自接頭的PD和噪音:如接頭兩邊傳輸時(shí)間、信號(hào)極性、接頭兩邊設(shè)置容性電極等。

      本文采用一種新型貼片式傳感器,在接頭左右兩邊設(shè)置探測(cè)器,如圖1所示,該探測(cè)器放置在外半導(dǎo)電層與護(hù)套之間屏蔽層的人為間隙中。在電纜護(hù)套內(nèi)氣隙兩端的電壓降會(huì)提供有關(guān)按脈沖極性而傳輸?shù)姆较蛐畔ⅲ簛?lái)自電纜經(jīng)由接頭傳輸?shù)拿}沖將會(huì)在輸出端E1和E2上給出極性相反的輸出信號(hào),而來(lái)自接頭的PD則可在輸出端E1和E2檢測(cè)到相同符號(hào)的電壓。

      為了鑒別噪音與來(lái)自接頭的PD脈沖,探測(cè)器必須安裝在靠近接頭的每一側(cè)。對(duì)于單極性脈沖,傳輸方向可用極性相比較的方法而得知。由兩個(gè)探測(cè)器的試驗(yàn)裝置和極性鑒別器所獲得的結(jié)果是有所區(qū)別的,該系統(tǒng)對(duì)來(lái)自接頭內(nèi)的PD是靈敏的,而對(duì)沿著電纜傳輸?shù)脑胍舨⒉混`敏。

      圖1 110 kV電纜接頭局放

      2 抗干擾試驗(yàn)

      2.1 搭建試驗(yàn)回路

      搭建試驗(yàn)回路如圖2所示,首先測(cè)試空載下背景干擾,在高壓屏蔽試驗(yàn)大廳,背景干擾可以控制在2.5 pC下。其次施加1.5U0電壓,測(cè)量回路總的局放值,正常情況下也是在2.5 pC下。此時(shí)對(duì)比哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值,均無(wú)明顯放電。

      圖2 110 kV帶傳感器接頭試驗(yàn)回路

      2.2 在高壓電源側(cè)施加干擾

      即在終端的高壓導(dǎo)體端子上接一段約500 mm長(zhǎng)的細(xì)銅絲,長(zhǎng)度大于終端均壓罩的半徑值,目的是產(chǎn)生電暈放電。經(jīng)測(cè)量大約在0.8U0,哈弗萊局放儀開(kāi)始出現(xiàn)局放信號(hào),隨著電壓逐漸升高,放電量明顯提升,而觀察貼片傳感器的局放值,均無(wú)明顯放電。

      2.3 空間的放電信號(hào)

      靠近接頭處,接通手機(jī),啟動(dòng)手機(jī)脈沖信號(hào),哈弗萊局放儀開(kāi)始出現(xiàn)局放信號(hào),隨著距離縮短,放電量明顯提升,而觀察貼片傳感器的局放值,均無(wú)明顯放電。

      2.4 來(lái)自地網(wǎng)的高頻信號(hào)

      接通高頻打磨機(jī),連接到接頭接地線上,哈弗雷萊局放儀馬上顯示局放信號(hào),而觀察貼片傳感器的局放值,均無(wú)明顯放電。

      該試驗(yàn)證明,采用貼片式傳感器,可有效屏蔽非局部放電信號(hào)。

      3 模擬現(xiàn)場(chǎng)缺陷局放試驗(yàn)

      為了降低回路施加電壓值,縮短出現(xiàn)局放的時(shí)間,在電纜和附件上人為制造了幾個(gè)有可能出現(xiàn)局放的缺陷,這些缺陷也是在電纜附件現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)可能出現(xiàn)的,如接頭應(yīng)力錐錯(cuò)位、電纜外屏蔽損傷、電纜半導(dǎo)電斷口臺(tái)階、電纜圓周劃痕、電纜縱向劃痕等。

      (1)在電纜處理尺寸已確定的情況下,應(yīng)力錐錯(cuò)位會(huì)造成接頭一側(cè)應(yīng)力錐不能與電纜外半導(dǎo)電層有效接觸,絕緣屏蔽不能有效均勻電場(chǎng),造成放電;而另外一側(cè)應(yīng)力錐搭接過(guò)頭,會(huì)造成尖端放電,所以應(yīng)力錐錯(cuò)位會(huì)產(chǎn)生局部放電。經(jīng)測(cè)量,哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時(shí)同時(shí)出現(xiàn)局部放電信號(hào)。

      (2)電纜外屏蔽損傷是施工刀具剝切電纜金屬屏蔽層造成的,它直接損傷了電纜外屏蔽,造成放電,是一種常見(jiàn)的施工缺陷。切入深度達(dá)到1 mm時(shí),哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時(shí)同時(shí)出現(xiàn)局部放電信號(hào)。

      (3)電纜半導(dǎo)電斷口臺(tái)階是由于剝切、打磨電纜外屏蔽方法不當(dāng),未能使電纜絕緣屏蔽與電纜絕緣平滑過(guò)渡,現(xiàn)場(chǎng)光線不足,很容易在電纜接頭的下部造成此類(lèi)缺陷。這種臺(tái)階會(huì)造成較為嚴(yán)重的氣隙放電或尖端放電。斷口臺(tái)階高度大于0.5 mm時(shí),哈弗萊局放儀和貼片傳感器的局放值在0.6U0時(shí)同時(shí)出現(xiàn)局部放電信號(hào)。

      (4)電纜圓周劃痕、電纜縱向劃痕均是在電纜和附件的界面上造成氣隙放電,且隨著深度、寬度增加,放電量增加。而電纜表面顆粒、表面水分等會(huì)導(dǎo)致界面懸浮電荷放電,此種放電哈弗萊局放儀和貼片傳感器也均可同時(shí)測(cè)到。

      4 接頭防水試驗(yàn)

      高壓電纜接頭除了絕緣主體外,還必須有良好的密封和接地措施,才能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。高壓電纜接頭按接地方式分有絕緣接頭和直通接頭兩種,是通過(guò)地線與接頭銅套的連接實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)置式貼片傳感器,增加幾根信號(hào)傳輸線,加大了絕緣難度。信號(hào)傳輸線可以在銅套上設(shè)置專(zhuān)用通信接口實(shí)現(xiàn)通信。信號(hào)傳輸通信接口用熱縮管和彈性密封膠密封,保證密封和護(hù)套絕緣。

      相關(guān)的驗(yàn)證試驗(yàn)如下:

      裝有內(nèi)置式貼片局放傳感器接頭在深度1 m的水箱中經(jīng)受20個(gè)循環(huán)的冷、熱水密封試驗(yàn),循環(huán)完成后,對(duì)接頭兩端地線進(jìn)行直流耐壓和沖擊電壓試驗(yàn),均順利達(dá)到相關(guān)的技術(shù)要求。

      內(nèi)置式傳感器,經(jīng)對(duì)接頭銅套的設(shè)置,可以滿足接地和密封要求。

      5 結(jié)論

      本文通過(guò)將新型貼片式傳感器局放測(cè)試方法應(yīng)用于110 kV電纜接頭,并進(jìn)行抗干擾試驗(yàn)、模擬現(xiàn)場(chǎng)缺陷局放試驗(yàn)、接頭防水試驗(yàn)等試驗(yàn)研究,得出結(jié)論如下:(1)經(jīng)與試驗(yàn)室局放儀對(duì)比,該種方法具有明顯的同步性;(2)該種方法可以更好地屏蔽外部干擾信號(hào);(3)該種方法靈敏度高于試驗(yàn)室局放儀;(4)此種方法不影響高壓接頭的電場(chǎng);(5)通過(guò)合理的處理,采用此種方法亦可滿足接頭的接地和防水要求。

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