电缆在耐压试验过程中进行局部放电试验的方法

电缆在耐压试验过程中进行局部放电试验的方法，中试控股交流耐压试验电源处理，高压电缆交流耐压采用的是变频谐振装置产生试验电源，变频柜是装置的核心部件，变频柜通过晶闸管的整流和逆变获取试验所需的频率，在电源变换过程中引入了大量的高频脉冲电流成份。

1交流耐压试验电源处理

 

高压电缆交流耐压采用的是变频谐振装置产生试验电源，变频柜是装置的核心部件，变频柜通过晶闸管的整流和逆变获取试验所需的频率，在电源变换过程中引入了大量的高频脉冲电流成份。

 

 

变频谐振系统输出的电源不能直接作为电缆局放试验的电源直接施加于被试对象进行局部放电测试，必须采取有效措施对试验电源进行预处理，通过设置串联电抗、防晕导线、均压环进行对试验电源质量进行改善，其电气原理所下图所示。

 

2电缆终端局放测试回路

 

电缆终端的局放测试回路如下图，当被试电缆内部发生了局部放电时，耦合电容瞬时对电缆终端充电，形成高频的脉冲充电电流波形，脉冲电流的幅值、发生的频度反映了电缆内部局部放电的严重程度，通道1、通道2两个传感器将局放信号传送至局放诊断系统进行分析处理。

 

 

在电缆的中间接头，测试原理如图所示，一侧电缆的铠装与电缆导体之间存在电容Ca，另一侧电缆的导体与铠装之间存在电容Cb，如果在电缆的中间接头发生局部放电，那么形成两个电容C1和C2，此时Ca和Cb就会通过导体向C1和C2充放电，从而形成局放电流回路，在两侧电缆屏蔽层桥接一个高频低阻的电容臂C0和高频电流传感器，就可以检测到局放的脉冲电流信号。

 

3高压电缆局放测试的技术难点

 

a) 测试系统灵敏度要求高

 

高压电缆发生局放时产生的脉冲信号微弱，要求传感器及测试系统有相当高的检出灵敏度。

 

b) 现场干扰因素复杂

 

10kv200KVA变压器耐压试验装置在现场实施电缆局放试验时干扰信号会严重影响电缆局放的检测和诊断，主要有临近试验现场的运行设备产生的电晕或者局部放电信号、交流耐压试验装置自身的局部放电信号、交流耐压试验回路的引线产生的电晕信号三个方面的因素。

 

因此甄别并排除干扰信号、提取有效的信息并根据其特征诊断电缆的绝缘状态是一项具有挑战性的技术难题。

 

c) 对测试人员的要求高

 

高压电缆局放的信号主要集中在0-30MHz范围内，信号频带较宽，加上现场存在一定的干扰信号，测试人员通过信号抑制、识别、分类、提取、判断等技术手段，准确的解析复杂的电子信号成份实现电缆的状态诊断。这项技术要求测试人员熟练使用示波器、频谱仪、滤波器等电子设备，并具备高频电子信号分析判断能力。u

 

d) 国家标准及行业标准没有明确的指引

 

高压电缆局放测试是目前国内比较新的技术应用课题，国内仅有北京供电局进行过类似尝试，佛山局在这一技术领域走在了国内前列。

 

4局放诊断判据

 

（1） 中试控股通过大量的试验室模拟和现场测试结果显示：局放信号的相位与试验电源的相位具有180度或360度的相位特征，同时发生在一定宽度的相位上。

 

（2） 在测试中若发现存在多种信号源，需运用带通滤波器分别提取不同频带的脉冲信号进行单独分析；

 

（3） 局放传感器采集到的高频脉冲信号的波形和频谱是否具有典型局放特征（脉冲波形上升沿一般为几十纳秒）；

 

（4） 必要时，将实际测试局放波形与利用模拟局放源对测试回路进行校准时的波形进行反复类比，观察其信号的相似性；

 

（5） 极性判别法：运用脉冲波形的极性鉴别局放源的位置；

 

5交流耐压时进行局放测试的优点

 

1. 在进行电缆耐压试验过程中同时进行局放测试，由于电缆耐压试验电源采用异频电源，工频信号在试验电源的相位图谱上不具有相关性，只有试验系统内部的局放信号可能在试验电源的相位图谱上具有相关性，利用这一点可有效排除运行设备产生的干扰信号。试验装置自身的局放信号是晶闸管的开通关闭造成，一般集中在特定相位，这类干扰在一定程度上可通过“开相位窗”予以排除。

 

2. 高电压状态下局放测试的灵敏度高，高压电缆交流耐压时所施加的电压为2U0，利于将电缆内部的缺陷检。

 

(a)对于在1U0下不产生局放信号的缺陷，在2U0下激发下产生局放，缺陷才可能被发现。

 

(b)对于同样的电缆缺陷，电压越高，产生的局放信号越大，检出的灵敏度越高。

 

3. 局放的提前发现对运行安全、设备检修的影响。

 

通过局放测试，可以在电缆投运前发现缺陷，施工人员有足够的时间和空间查明原因、消除缺陷，避免电缆带病投入运行后重复停电，影响电网的正常运行。

ZSBP-512kVA/256kV变频串联谐振试验装置
一、512kVA/256kV变频串联谐振试验装置适用范围

满足110kV/300mm2长度≤0.8km电缆的变频交流耐压试验，电容量≤0.12uf,最高试验电压128kV。

满足35kV/300mm2长度≤1.8km电缆的变频交流耐压试验，电容量≤0.342uf,最高试验电压52kV。

满足10kV/300mm2长度≤5km电缆的变频交流耐压试验，中试控股电容量≤1.85uf,最高试验电压22kV。

满足110kVGIS的交流耐压试验，试验频率30-300Hz,试验电压不超过184kV。

满足35kV/60000kVA变压器的交流耐压，电容量≤0.015uf,最高试验电压68kV。

满足110kV/60000kVA变压器中性点的交流耐压，电容量≤0.015uf,最高试验电压95kV。

满足35kV PT、CT开关、母线和绝缘子等电气设备的交流耐压，最高试验电压不超过100kV。

二、512kVA/256kV变频串联谐振试验装置特点

1) 自动寻找谐振点，频率范围20-300Hz,频率分辨率0.1Hz;

2) 自动升压试验,用户可设置试验程序,系统自动按设置的程序完成试验过程;

3) 自动保存试验数据,数据查询功能,根据查询条件查询以往的试验数据;

4) 五种保护功能：具有过压、过流、断电、闪络及全压输出保护功能;

n 过电压保护：可人工设定过电压保护值;当整套装置的输出电压达到保护整定值时，自动切除整套装置;

n 过流保护：可人工设定过电流保护值;当整套装置的输出电流达到保护整定值时，自动切除整套装置;

n 击穿保护：具有放电或闪络保护功能，当高压侧发生对地闪络时，自动切除整套装置。不会对试验设备和人身造成伤

害，变频电源内电子元件不会击穿;

n 断电保护：试验电源断电后，装置能快速保护;

n 中试控股全压输出保护：在调压过程中，严格保证变频电源不会全电压输出;

5) 中试控股液晶显示屏可显示电源电压和电流;高压输出的频率、电压、电流;

三、512kVA/256kV变频串联谐振试验装置技术参数

1. 额定容量：512kVA;

2. 输入电源：380V电压，频率为50Hz;

3. 输出电压：32kV-256kV

4. 输出电流：16A;8A;4A;2A

5. 工作频率：30-300Hz;

6. 波形畸变率：输出电压波形畸变率≤1%;

7. 工作时间：额定负载下允许连续60min;过压1.1倍3分钟;

8. 温 升：额定负载下连续运行60min后温升≤65K;

9. 品质因素：装置自身Q≥30(f=45Hz);

10. 保护功能：对被试品具有过流、过压及试品闪络保护(详见变频电源部分);

11. 测量精度：系统有效值1.5级;

12. 使用环境：

环境温度：-150C–450C;

相对湿度：≤90%RH;

海拔高度: ≤2500米;

四、512kVA/256kV变频串联谐振试验装置技术参数

1. 激励变压器20kVA-0.4kV 1台

a) 额定容量：20kVA;

b) 输入电压：400V，单相;

c) 输出电压：1kV;3kV;5kV;15kV

d) 结 构：干式

e) 重 量：约105kg;

2. 变频电源20kW/380V 1台

a) 额定输出容量：20kW

b) 工作电源：380V，工频

c) 输出电压：0 – 400V，单相，

d) 额定输入电流：53A

e) 额定输出电流：53A

f) 输出波形：正弦波

g) 电压分辨率：0.01kV

h) 电压测量精度：0.5%

i) 频率调节范围：30 – 300Hz

j) 频率调节分辨率：≤0.1Hz

k) 频率稳定度： 0.1%

l) 运行时间：额定容量下连续60min

m) 额定容量下连续运行60min元器件最高温度≤65K;

n) 噪声水平：≤50dB

o) 中试控股重量约30kg;

3. 高压电抗器64kVA/32kV 8节

a) 额定容量：64kVA;

b) 额定电压：32kV;

c) 额定电流：2A;

d) 电感量：86H/节

e) 品质因素：Q≥30 (f=45Hz);

f) 结 构：干式;

g) 重 量：约75kg;

4. 电容分压器FRC-200kV -1000 pF 1套

a) 额定电压：200kV;

b) 高压电容量：1000pF

c) 介质损耗：tgσ≤0.5%;

d) 分压比：1000：1

e) 测量精度：有效值1.5级;

f) 重 量：约18kg;

 

电容器充电电源发展概况

  与传统的高压直流电源不同的是，在脉冲功率领域，高压电容需要在充电到预设 值后瞬时放电，产生很大的脉冲功率，然后再充电，重复上述过程，电容电压变化
  电容器充电技术有多种不同的分类方式，比如，按照工作频率分，有工频充电和高频充电，按照充电方式分，有恒压充电和恒流充电。目前，主要有以下三种充电方式：带限流电阻的传统高压直流充电，工频LC谐振式充电电源以及高频开关变换器充电电源。   
  (1)带限流电阻的高压直流充电电源 其充电原理图如图 1.2 所示，在充电阶段，高压直流电源经限流电阻对电容器充电 直至电容电压与电源电压相等；在放电阶段，电容器对负载瞬间放电，发出脉冲功率， 限流电阻起到隔离高压直流电源和负载的作用。这种充电方式非常简单而且可靠，成 本低廉，但是充电效率很低，最高只能到 50%，而且充电过程非线性，前期充电电流 非常大，但是后期却太慢，只能适用于低重复频率的场合。
  （2）工频 LC 谐振式充电电源 其充电原理图如图 1.3 所示，基本原理是由 LC 构成的谐振系统，当  w2 LC =1时，充电电源的电流达到一个恒定值，实现对充电电容线性充电，因此充电速度较快。但 是缺点也很明显，因为是工频充电，充电精度和充电稳定性不可能太高，而且工频变 压器体积庞大、笨重，不利于实现小型化、集约化和模块化。

 
中试控股串联谐振直流电源原理分析
 串联谐振充电电源原理框图如图 2.1 所示，包括全桥逆变谐振升压、不控整流、采样反馈和保护控制系统等部分，高频逆变桥将输入的直流信号转化为高频交流信号经高频变压器升压，输出电压经不控整流桥后给大电容充电。为了实现充电可控和幅值可调，增加了采样反馈系统和保护控制系统。下面将对主电路工作过程进行理论上的分析推导。