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OWTS测试电缆的优势是什么?

作者:凯迪正大股份来源:金沙2004cmapp下载主页日期:2014-10-27 09:29:00阅读:

     在“状态检测”概念出现之前,大家通过耐压试验来检验电缆的绝缘状况,通过对电缆施加几倍于正常运行电压的高压来击穿电缆上的缺陷点,发现故障隐患。但这种方法受缺陷的类型影响较大,更糟糕的是,它虽然可以检查出电缆上的部分缺陷,但在检查的过程中,由于施加电压较高、试验时间较长等原因,又出现了更多的新缺陷。为了避免这种情况,大家想到以电缆的介质损耗参数来评估一条电缆的绝缘情况。这是有效的。因为随着电缆工作年限的推移,其电气性能会发生劣化。通过介质损耗角来评估电缆的绝缘情况能得到客观的评价。但它的缺点很快又暴露出来:只能评估电缆整体绝缘情况,而不能更细化地找出缺陷严重的点。这就使其实用性大大降低。比如一条新电缆,接头有严重缺陷,可电缆介损很小,运行不久就出现故障。于是技术人员又开始寻找一个更能具体体现缺陷发展趋势的参数,最终,人们把目光定在了局放(Partial discharge)上面。

     局放现象普遍存在于高压电力设备中,如变压器、GIS、电缆等在高电压状态下都会产生局部放电现象,其绝缘物质中就会发生不贯穿整个绝缘层的放电,即局部放电,简称局放。局放现象普遍存在,当它局放水平达到一定程度时,促使绝缘状况进一步恶化,直到将绝缘击穿。很多电缆故障都是由局部放电的发展而导致的。通过测量电缆局部放电量沿电缆长度的分布,就可以对电缆的绝缘有一个直观的判断。一般来说,所加电压越大,电压频率越高,就越容易产生局放。

技术比较

     0.1Hz正弦局放测试是以0.1Hz正弦波形电压作为为局放激发源,其电源极性转换频率很低,转换时电压曲线斜率也低,这样就需要加很高的电压并且测试较长的时间才能激发并采集到足够多的局放数据,因此对电缆的损伤就比较大,并引发电缆中的新缺陷,增加电缆击穿的几率。下面的试验可以很好地说明这个结论:

     日本的Katsumi Uchida等人研究了振荡波和VLF电压,他们分别在XLPE电力电缆上设置2种缺陷。

     试验结果表明:当施加振荡波电压时,2种缺陷的电树枝起始电压远远小于击穿电压;在VLF作用下,2种缺陷的电树枝起始电压与击穿电压接近,即存在电树枝后不久就击穿,相比之下,振荡波实现更方便,测试更安全且与交流电压较接近。其他关于不同电压和频率对绝缘测试效果的试验也很多,可在相关资料中查询得到。

     以前我们所做的耐压试验经常会发生在实验时没有击穿,而在运行不久后就击穿的现象。和耐压试验最大的区别在于,状态监测的前提须是在试验对电缆的影响尽量小的情况下得到准确的状态数据,是近乎无损的,这样才能保证在得到绝缘状态相关数据后,电缆仍然保持试验前的状态,不出现新缺陷。振荡波在这方面就有其他方法无法比拟的优越性。

     OWTS系统采用低阻尼振荡波作为局放的激发电压。由于振荡波持续时间很短,无需持续加压,所以在过去的耐压试验设备中很少见到有实用性的设备。可是在局放检测中,这却变成了它最大的优势。电压振荡时间约为几十毫秒,在这个过程中,电压极性转变近百次,这有三个优点:

    1、电压转换斜率大,容易激发局放缺陷,所以只要加较低的电压就可测到局放,而不是0.1Hz那样加到2~3倍U0;

    2、一次振荡可以得到很多次极性转换时激发的局放,同时降低了试验的时间,而0.1Hz每10秒只能得到一个数据,无法测量同时发生的局放,检测时间较长;
    3、加压时间短,为无损的测试。
抛开对电缆的损伤这点不说,这两种方法的测试结果是否和工频下产生的局放具有相似性?
西安交通大学的罗俊华教授等试验人员分别应用交、直流电压,VLF及振荡波耐压试验XLPE电力电缆,所用振荡波源的频率设计为5~6 kHz,分别对运行12年、存在大量水树的退役电缆试品耐压以验证其等效性。
试验结果表明:直流电压明显与交流电压不具有等效性,振荡波试验能全面发现电缆介质缺陷并与交流电压具有较好的等效性。VLF试验的与交流电压的等效性有待研究。在IEEE 400.2 (2004)中也有相关的记述:在有历史数据积累的对比下,系统更为有利。局放数据与工频的测试数据有很大差别。这说明了0.1Hz局放试验技术在测试后需要较多的经验积累才能较为客观地预测绝缘状态。
由于测试时局放激发源不同,所以,在局放程度的评估中,导致两种设备所测得的PDIV(局放起始电压)有很大的差异。PDIV在评估电缆局放严重程度方面是一个非常重要的参数,如果PDIV在U0以下,那么就意味着局放在电缆运行中一直存在(这里指的是那些会发展成故障的,较集中的局放)。所以说,测试得到的PDIV越低(也不能低的太多,要和工频有可比性)对电缆故障风险评估的安全系数越高。
     试验结果表明:对于0.1Hz的局放设备来说,其PDIV相比50Hz的情况时高时低,受故障类型影响很大,没有一个较为固定的参考。这与前面等效性里的试验结论一样。这对于评估局放严重程度来说是非常不利的。而OWTS的PDIV一般都稍低于工频下的情况,这使得相关的参考标准更容易制定。
     通过上面的对比可知,相比0.1Hz局放系统,OWTS具有更大的优越性。但它本身测量及定位的局放,与工频下测量和定位的局放具有等效性么?为了回答这个问题,Edward Gulski等人应用OWTS 测试系统和交流电压(加压时间1.5min)测试时所确定的油纸电缆的局放位置(试品为840m,额定电压10 kV,运行17年的油纸电缆)。
测试结果表明,在振荡波条件下,局放的最大值以及局放定位的位置都与工频条件下有很强的一致性。至于振荡波测试时局放点比较多,主要是因为前面说过的振荡次数多,采集数据多引起的。
     当然,任何一种技术特性都不是单一的好或坏,这两种测试方法也一样。尽管0.1Hz在局放测试过程中缺点较多,但在耐压试验中它还是有较好的能力。很多国家都出台了相应的0.1Hz耐压试验标准,以成为一种广被接受的预试验方法。而OWTS也并不是几乎没有缺点,它的振荡频率是依据电缆长度而变化的,电缆越长,振荡频率越低,而遇到特殊情况当电缆较短时,振荡的频率就高达500~600Hz,这超出了CIGRE中规定的30~400的频率范围。针对这种情况,通过并联补偿电容器增加系统电容量即可降低测试电压频率,使其限定在规定的频率范围内。 

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