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摘要：本文建立了10kV冷缩电缆头施工缺陷典型模型，利用高频脉冲电流检测方法对10kV冷缩电缆头进行局放检测。得出施工缺陷典型模型局部放电谱图、最大放电幅值与电压的关系、放电频率与电压关系的结论，对10kV冷缩电缆头状态检测提供理论依据。
关键词：10kV冷缩电缆头；局部放电；高频脉冲电流。
0 引言
电缆接头作为电缆线路重要的部件，是电缆安全稳定运行的薄弱环节。据统计，佛山供电局近三年10kV电缆中间头故障占10kV电缆接头故障的95%；10kV电缆终端头故障占10kV电缆接头故障的5%；所有故障均为冷缩头故障。其中因施工质量引起的故障占到总体故障的80%以上，这与施工单位多而杂，施工水平参差不齐有很大关系。同时还注意到，近三年发生的电缆接头故障有70%运行年限在5 年内。由以上数据可发现，佛山供电局10kV电缆接头故障主要是由于施工质量引起的10kV冷缩中间接头故障。
本文以一段10kV电缆头作为试验对象，设计和模拟3种典型缺陷模型[1]，并搭建测试系统，利用高频脉冲电流法[2-3]进行局部放电测试，研究了放电图谱、放电幅值、放电频率与外施交流电压的关系，为工程实际使用高频脉冲电流法进行10kV 电缆接头绝缘状态诊断的提供了参考。
1 试验系统搭建
为了研究10kV 电缆头不同缺陷下的放电特性以及各种局部放电检测手段的检测有效性，本文以一段1.5 m 长的10kV 电缆头作为试验对象（如图1所示），设计和模拟了尖端放电、悬浮电位放电、沿面放电3 种典型缺陷模型，并搭建了测试系统，示意图如图1所示，采用多种局部放电检测方法对其放电信号进行检测。
传统电缆试验技术中的交流耐压试验只关注电缆整体能否完整承受试验电压的考验，其判断标准为电缆是否通过了交流耐压试验，缺少电缆在试验过程中可能出现的局部损伤和破坏的监测手段，如电缆内部存在局部放电，但是电缆依然有可能能够通过交流耐压试验，内部有缺陷的电缆继续运行，电缆安全运行存在一定风险。所使用的电缆交流耐压试验装置不属于无局放检测装置，在电压还未升至局放检测要求值时其本身会产生局放信号，而目前尚未有有效的手段鉴别局放信号的来源，因此无从判别电缆本身是否存在局放。
另外，电缆的局部放电现场检测时，会存在大量的频率分布复杂、幅值大小不等的背景干扰信号，目前的局放传感器在大的背景干扰小，不能对局部放电信号实现有效提取。
综上所述，交接试验时进行局放检测，常受到试验现场各种电磁噪声干扰，干扰抑制是成功实施交接试验时局放测试的关键。大量的电磁干扰会完全把电缆中真实的局放信号淹没，只有采取有效措施抑制或排除背景干扰，提高信号的信噪比，才能准确识别出局放信号，为电缆绝缘状态做出正确诊断提供可靠的基础。现场测试环境中各种背景噪声干扰的影响外，交流耐压试验系统自身也是一个严重的干扰源，耐压系统的噪声干扰主要为试验引线电晕、变频电源逆变过程中产生的脉冲信号、试验装置自身的局放等。由于现场干扰的来源很多，有些干扰信号要全部抑制也是非常困难的，只要从经济和实用的角度考虑，把干扰信号降低到允许范围内，不影响局放识别与判断就可以了。
通过观察图2、3、4三种典型缺陷的φ-Q-N 图可以发现：压接管尖角未打磨，即尖端放电发生在工频电压峰值附近，且只有工频电压负半周存在放电，存在明显的极性效应；错用绝缘胶带，即悬浮电位放电的谱图呈现明显的“矩形状”或“平台状”，正负半周放电对称，放电幅值比较大，放电的相位分布大，约为-30°~90°和150°~270°；主绝缘纵向划痕，即沿面放电谱图呈双极性的“馒头状”。
压接管尖角未打磨，即尖端放电时时局部放电φ-Q-N 谱图呈现出的单极性特征可以解释为：由于在负极性时电子容易发射，同时正离子撞击阴极发生二次电子发射，使得放电总是在尖角为负极性时先出现，这个时候正离子很快移向尖角的尖端而复合，电子在平移电极过程中，附着于中性分子而成为负离子，负离子的迁移速度较为缓慢，众多的负离子远离尖角后，使得尖角附近的电场又得到升高，于是出线第二次放电，这样的话放电脉冲就出现在外加电压负半周的峰值附近。
错用绝缘胶带，即悬浮电位放电时局部放电φ-Q-N 谱图呈现出的“平台状”特征可以解释为：在这种情况下，高压导体和附件的屏蔽层之间相当于存在一个固定的间隙，间隙的击穿电压是固定的，在起始放电电压之后击穿电压之前放电幅值均不会发生太大变化，因此放电呈现“平台状”特征。
主绝缘纵向划痕，即沿面放电时局部放电φ-Q-N 谱图呈现出的双极性“馒头状”征可以解释为：沿面处相当于存在一条长气隙，当电压达到气隙的放电电压时发生放电，放电过程中使得大量的中性气体分子电离，形成大量的空间电荷，产生与外加电压方向相反的反相电压，此时气隙上的实际电压降低到放电电压以下，放电暂停；随后，气隙上的电压又随着外加电压的上升而上升，直到重新达到放电电压时再次出现放电，如此发反复，在电压峰值过后电压下降放电暂停，直到达到反相的放电电压值后又开始新一轮的放电，同时电压越高放电幅值越大，因此放电呈现出双极性的“馒头状”特征。
3.2最大放电幅值与电压的关系
国内和国际相关标准均推荐用最大放电量来评判绝缘的老化状态，最大放电量可以在一定程度上反映绝缘放电的剧烈程度。不同缺陷下的最大放电幅值与电压的关系如图5所示。
通过观察图6放电频率与电压的关系曲线可以发现：压接管尖角未打磨，即尖端放电的放电频率随电压的升高逐渐变大，基本与电压呈线性正相关关系，放电频率较低，维持在80 次/秒以下，从图中可以看出在额定运行电压下放电频率仅在30 次/秒左右；压接处错用绝缘胶带在电压较低（0.5 U0）时放电频率跟主绝缘纵向划痕相差无几，但其放电频率的增加呈现先慢后快的趋势，在额定运行电压下放电频率维持在300 次/秒左右；主绝缘纵向划痕，即沿面放电的放电频率随电压的变化趋势与压接管尖角未打磨时相似，但其放电频率是其10 倍左右，在额定运行电压下放电频率维持在350 次/秒左右。
上述现象可以解释为：无论哪种缺陷下的局部放电，其放电通道一旦形成，整个通道便会充满正、负离子，通道中的带电质点的浓度会随着电压的升高而增长，通道的温度和电导也会急剧增长，通道完全失去了绝缘性能，因此放电频率也随之增大。局部放电从微观上来讲就是充放电过程，放电频率与充放电的时间间隔有关，电场越不均匀，击穿电压和起始放电电压的差别就越大，尖端放电的情况下其电场不均匀度较其他两种情况下要高，从起始放电到击穿所用的时间较长，因此放电频率较低。
4 结论
通过对10kV电缆冷缩接头3种典型制作缺陷的局部放电测量及研究，得出以下结论：
（1）压接管尖角未打磨时放电呈单极性；错用绝缘胶带放电呈现“平台状”的双极性，正负极性对称；主绝缘存在纵向划痕时，放电呈“馒头状”的双极性。
（2）压接管尖角未打磨和主绝缘存在纵向划痕时，放电量随电压升高线性增加，增幅较小；错用绝缘胶带时放电量随电压变化基本不变。
（3）压接管尖角未打磨时放电频率较低，随电压升高放电频率呈线性增加；错用绝缘胶带时放电频率较高，随电压升高放电频率呈先慢后快的增长趋势；主绝缘存在纵向划痕时放电频率与错用绝缘胶带时相近，但放电频率随着电压变化呈线性增加。
利用以上结论，试验人员可以通过对比局部放电谱图、最大放电幅值与电压的关系、放电频率与电压关系，发现10kV电缆冷缩接头存在的施工工艺方面的问题，并为10kV冷缩电缆接头的状态检修提供了理论依据。
参考文献：
[1] 张茜茹．浅析绝缘式铜质管形母线在变电所中的应用[J]．科技情报开发与经济，2007，17（21）：287-288．
[2] 姜芸，闽红，罗俊华，等．10kV交联聚乙烯电缆接头人工缺陷局部放电特性[J].华东电力.2010，38（10）：1627-1628.
[3] 邱昌容，王乃庆．电工设备局部放电及测试技术[M]．北京：机械工业出版社，1994.
[4] 周凤争，孟庆霖，朱晓辉，等．10kV电缆附件典型缺陷仿真与绝缘故障分析[J].绝缘材料.2011，44（4）：67-69.
[5] 朱晓辉，杜伯学，周凤争，等．高压交联聚乙烯电缆在线监测及检测技术的研究现状[J].绝缘材料.2009，42（5）：58—63．
[6] 唐正森，李景禄，李志娟．10kV交联电缆接头施工工艺分析及改进措施[J].绝缘材料，2009，42（2）：71—74．
[7] 邢益平，郑晓泉．XLPE电力电缆综合绝缘诊断策略研究[J].电线电缆，2006（5）：9一l1．
作者简介：
明瑞卿（1985- ），男，汉族。籍贯：湖北黄石。2010年毕业于武汉大学电气工程学院，硕士学历，工程师职称，研究方向为电力系统运行与控制。
论文作者:明瑞卿
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/19
标签：电压论文; 电缆论文; 频率论文; 局部论文; 极性论文; 缺陷论文; 干扰论文; 《电力设备》2016年第23期论文;