目前,判断电力电缆绝缘性能好坏的方法是给电力电缆进行直流高压绝缘试验,并且在直流高压试验的同时还能够检测泄漏电流的大小。此种试验的缺点是只能判断电缆的整体绝缘性能,而没有办法得出电力电缆局部放电量的具体数值,更不能对局部放电点的位置进行有效定位。直流耐压对于电力电缆最为突出的缺点是具有破坏性,因为直流耐压试验本身就属于破坏性试验,特别是对交联聚乙烯(XLPE)电缆,当外加直流高压降低为零后,在一段时期内电缆的绝缘层中被外加直流高压所极化的分子排列状态仍旧维持,此时如果因为类似于老化等原因而使电缆存有缺陷,那么造成被极化的分子排列很难恢复到外施高压之前的状态,因此,通过直流耐压试验合格的电力电缆,在投入系统运行后不久即可能发生绝缘击穿事故的案例早已经是屡见不鲜。基于以上原因,XLPE电力电缆的预防性试验中相继出现了0.1Hz超低频、工频耐压试验以及振荡波测试。
1 电缆局部放电产生的原因分析
电力电缆绝缘产生破坏的主要原因是局部放电。原因主要有四点:电缆发生局部放电的过程中,电离出来的电子、正负离子在电场力的作用下具有较大的能量,当它们撞到绝缘内空气隙的绝缘壁时,足以打断绝缘材料高分子的化学键,产生裂解;当发生局部放电,在放电点的位置,介质会产生很大的热量,此热量会烧焦甚至融化绝缘材料,由于绝缘材料都有温升限值,温度升高会增大绝缘材料的电导和损耗,并使绝缘材料产生裂解,造成恶性循环,最终导致绝缘体击穿破坏;在局部放电过程中会产生许多活性生成物,这些生成物会腐蚀绝缘体,使得介质性能劣化;连续爆破性的放电以及放电产生的高压气体都会使绝缘体产生微裂,从而发展成电树枝。局部放电起始时虽然只是跨越绝缘体一小部分,但会逐渐地破坏绝缘材料,最终导致整体绝缘击穿。
2 振荡波测试方法及传统检验方法的比较
目前,电力电缆在供配电系统中被大量应用,同时,电力电缆突发故障所造成的直接经济损失已经得到了人们高度的关注。虽然目前供配电系统所使用的设备质量在日益提高,然而如果某个设备发生突发故障,会产生大量的维护费用,并且可能会被电力用户投诉,甚至要做出经济赔偿等。
事实上,运行中的电气设备都会产生一定的老化,而且不同的设备具有不同的老化程度,不同生产厂家的制造工艺及质量标准也不尽相同,因此,不同性能的电气设备在运行中的可靠性将是难以预计,这将无法保证合理正确地编制测试与检修计划,对设备进行及时有效的故障预测与预防。状态检修方式就是以当前设备的实际工作状况为主要依据,通过使用先进的状态监测和诊断手段、设备可靠性评价以及故障(寿命)预测手段,准确掌握设备的运行工况,找出设备故障的早期征兆,总结出设备故障部位、严重程度以及故障发展趋势,并通过综合性分析诊断,当设备性能下降到警戒值或判断设备故障即将发生之前即采取有效的维护或维修,保障电气设备安全、稳定、全性能、优质运行。
高压电力电缆进行局放测试并定量确定放电量以及对电缆故障点的具体位置进行有效定位已被人们所接受。目前用于替代50Hz交流耐压的测试方法有超低频0.1Hz法,理论上0.1Hz测试所需的设备容量是50Hz测试所需容量的1/500,实际容量大约是1/200至1/100,这是0.1Hz测试方法主要的优点之一。然而,如果把非工频试验条件下对电介质测试所得结论进行有效考虑,0.1Hz测试条件下得到的局部放电量是不能够等同50Hz条件下所得结论的。通过实际证明,在超低频工况下所测的局部放电量水平是远远高于工频附件时的水平。并且0.1Hz与直流局放测试具有很大的相似性,伴随着测试电压从AC变成DC,电力电缆中的电场分布也相应从电容性突变成电阻性,致使局放测试所得结果也同时发生了本质变化。基于以上原因,电缆进行局部放电测试所得到的结论应该尽可能与工频条件下所得结论相一致,这样才具有等效性。由于以上诸多原因,在生产实践中提出了专用于电缆测试的振荡波测试系统(Oscillating Wave Test System——OWTS)。
3 振荡波检测系统原理
XLPE电力电缆由于具有较高的绝缘电阻,而且在交流电压与直流电压作用下的电压分布具有较大的差别,直流耐压实验后,在XLPE电缆中,特别是电缆缺陷处会残留大量空间电荷,电缆投运后,这些空间电荷常造成电缆的绝缘击穿事故。
近年来国内外研究较多并针对XLPE电力电缆局放进行检测并有效定位的一种方法就是振荡波检测。振荡波电源如果与交流电源进行比较,主要有以下优点:具有较高的等效性,作用时间比较短,并且现场易于携带而且操作方便,XLPE电力电缆中的各种缺陷可有效地被检测出来,最重要的是试验对电缆不会造成伤害。
4 振荡波试验系统的突出特性
目前,振荡波试验系统在国内外的供用电企业中被大量使用,主要原因是振荡波测试系统具有6点突出的特性:局放测试在振荡波所加的测试电压下进行,电缆中的电场强度分布与电缆正常工作时的状态是一样的;局放结果的评价与估计以及放电形式的识别与辨别都是在正常电压下完成;装置整体重量比较轻,电气元件整体设计紧凑;现场测试时间比较短,最重要的是电缆在测试过程中不会损坏;通过试验电压的波形特征进行相应计算可以得出电缆的电容量和被测对象的介损因数值;根据IEC270(国际电工委员会)中的要求,电力电缆的局放等级测量可以在50~1kHz的带宽下完成。
5 振荡波测试方法与传统检验方法试验周期与标准的比较