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陳自球??許茂賢
浙江浙能金華燃機發電有限責任公司
摘? 要：
隨著城市化建設和工業化推進，配網電力電纜的數量越來越多，于是電力電纜的可靠性越來越受到人們的關注。振蕩波檢測技術作為一種有效的電纜絕緣缺陷檢測和定位手段，受到不少電力公司和大型用電企業的青睞。近年來，隨著振蕩波檢測技術的現場應用越來越廣泛，對其有效性的研究也越來越受重視。現通過分析電纜振蕩波檢測技術原理，研讀振蕩波檢測技術的相關標準，統計和調研振蕩波測試數據，并結合目前振蕩波測試中的熱點，總結了一些電纜振蕩波現場測試中遇到的問題及問題產生的原因，也給出了解決現場測試問題的建
0? 引言
20世紀90年代，荷蘭代爾夫特理工大學的Edward Gulski教授發明了振蕩波電纜檢測技術，之后瑞士Seitz公司研發形成了成熟的產品（Onsite）用于電纜絕緣缺陷現場檢測和定位，電壓等級包含6 kV及以上，目前最高試驗能力為對220 kV電纜進行振蕩波試驗。振蕩波檢測技術最早稱為OWTS（Oscillating Wave Test System），目前多稱為DAC（Damped Alternating Current Voltage）。2006年，振蕩波檢測技術首次在北京電力公司應用[1]，此后在中國經歷了近15年的發展[2-15]，從最初的重大保電、試點和電科院測試，到2016年形成電力行業標準《6?kV～35?kV電纜振蕩波局部放電測試方法》（DL/T 1576—2016）[16]，再到2018年國家電網公司將振蕩波局放檢測技術作為電纜的絕緣缺陷檢測方法納入《配電電纜線路試驗規程》（Q/GDW 11838—2018）[17]，振蕩波局放檢測技術在電力電纜絕緣缺陷檢測和定位中的作用也越來越被認可。
目前振蕩波技術在國內受重視程度不斷提高，尤其是在國家電網公司得到了大力推廣應用，從而積累了大量的現場檢測數據和案例，形成了較為詳細的現場檢測規程，培養了大量的振蕩波局放檢測技術人才。
本文主要基于振蕩波檢測技術現場試驗情況，對振蕩波局放檢測技術的現場應用特點進行分析，并結合現場遇到的問題，探討解決的思路，提出一些現場測試中的建議。
1 ?振蕩波檢測技術及其定位原理
電力電纜中的絕緣缺陷會在電場應力的作用下產生局部放電，局部放電激發的電壓行波沿著電纜向兩端傳播，通過測量這個脈沖，可以測量電纜中的局部放電信號，評估該局部放電信號的強度和統計特征，有助于判斷電力電纜絕緣缺陷的位置和嚴重情況。
電纜振蕩波檢測技術，即在電纜一端進行直流（或交流）充電，達到試驗電壓后（加壓流程可參考DL/T 1576—2016或Q/GDW 11838—2018），通過快速閉合開關，實現振蕩波測試系統內部電感與電纜電容之間的諧振，在這個諧振過程中，通過高壓測試端的耦合電容，獲取局部放電產生的脈沖電壓信號，根據電纜中電壓行波的傳播原理，利用電壓行波的入射波和反射波的時間差實現電纜絕緣缺陷的定位，如式（1）所示：
通過上述過程，在一次加壓過程中可以同時發現電纜中多個絕緣缺陷，并實現定位（圖1），再根據相關標準，如DL/T 1576—2016或Q/GDW 11838—2018中局部放電嚴重程度的判斷依據，決定針對電纜缺陷是修復更換、再次測試還是繼續運行。
電纜振蕩波測試系統的典型時域圖和定位原理如圖2和圖3所示。
2 ?振蕩波檢測技術在現場應用中
遇到的問題
電纜振蕩波局放檢測技術，可以實現一次測試對電纜多處絕緣缺陷的定位，并根據得到的局部放電信號特征，結合標準和個人經驗，對電纜缺陷是需要修復、再次測試還是繼續使用進行判斷。
在實際應用中，電纜振蕩波局放測試技術的檢測效果和定位精度受到一些因素的影響，本節對這些因素進行羅列，并大致分析其原因。根據調研結果，現場測試中遇到的問題大致涉及振蕩波檢測技術的應用范圍、定位精度和靈敏度、有效測試距離等方面。
2.1 ?振蕩波檢測技術的應用范圍
目前國內主要將振蕩波檢測技術用于電纜局放檢測，但實際上根據IEEE Std 400.4TM—2015[18]的介紹，電纜振蕩波檢測技術還可以用于電纜耐壓試驗，需要在最高試驗電壓下進行50次激勵。振蕩波耐壓的優點在于對電源功率要求不高，因為振蕩波升壓是對電纜進行直流（或交流）充電，即在測試系統最高測試負載下，升壓到指定電壓的時間與電纜長度有關，而對所需要的電源功率要求不高。由于國內沒有對振蕩波耐壓進行相關測試，缺少相應的數據支撐和案例，故基于振蕩波的電纜耐壓試驗并未在國內采用。
2.2 ?定位精度和靈敏度
振蕩波測試系統的定位精度理論上可以達到電纜長度的1%或±1 m，但在實際測試中，受到電纜長度值的精確度、局放脈沖傳播速度、反射波波形畸變等因素影響，定位精度存在一定的偏差，有的可能有10 m以上的偏差。
靈敏度是指最小能夠測量到的局部放電量，現場測試的靈敏度受背景噪聲、校準和電纜本身特征的影響。
2.3 ?有效測試距離
振蕩波測試系統測試距離，以單端測試為例，大部分標稱在10 km，但實際上往往達不到10 km，有時甚至才2～3 km，這主要與電纜特性對電壓行波的影響、背景噪聲等有關。
3 ?解決現場測試問題的建議
本節結合上一節中振蕩波現場測試中遇到的問題，探討解決問題的思路。
3.1??定位精度和靈敏度
定位精度取決于電纜長度和振蕩波傳播速度的精確性，但現場往往無法知曉電纜的確切長度，而且波速往往是經驗值（168～172 m/μs），所以當定位到有缺陷時，都是第一時間去尋找該位置附近的中間接頭，因為中間接頭的故障率較高，而且中間接頭的放電量一般較大，這時基本上可以確定是中間接頭的問題。
當沒有中間接頭時，有可能是電纜本體缺陷，而這種局部缺陷往往是施工或后期運行中的外部應力導致的（注意：引起的是缺陷，如果是故障不在本文討論范圍內），這種情況需要對電纜外部完好性做仔細檢查，可以結合該缺陷點距離中間接頭的相對位置進行缺陷查找。
3.2 ?有效測試距離
有效測試距離，一般理解為能夠定位絕緣缺陷的最大電纜長度。從振蕩波測試系統指標來看，主要有兩個與最大距離有關的參數：最大試驗距離（即最大負載，單位為μF）和最大定位距離。
最大試驗距離，是振蕩波系統的加壓能力，能夠對多長的電纜施加標準所需要的最高試驗電壓，與振蕩波系統電源能力和電纜的電容有關，這個參數在振蕩波測試系統中有明確標出。
最大定位距離，這個并未直接在電纜振蕩波參數中標注，因為這個定位距離與振蕩波局放耦合單元、現場測試環境（背景噪聲、電纜特征參數）和算法有關，尤其是與現場的測試環境有關，以下詳細描述：
（1）背景噪聲：振蕩波定位需要尋找一組入射波和反射波來定位，而反射波傳播到電纜尾端，經過了較長距離，幅值衰減較大，當背景噪聲比較大時就會淹沒反射波，此時則無法定位，或者反射波與背景噪聲值近似時也無法實現定位。
（2）電纜本身結構：如果電纜的中間接頭多，那么對電壓行波的干擾增多，也會導致反射波衰減較大。
如圖4所示，雖然電纜長度近似，但由于現場背景噪聲和電纜特征的影響，反射波的情況截然不同。從校準結果至少可以得出：圖4（a）有助于發現更小的放電信號，能夠進行更精準的判斷，對電纜缺陷檢測的現場靈敏度更高。
故現場測試中，振蕩波局放測試的定位能力與現場情況緊密相關，可以振蕩波校準過程中能夠識別的反射波的最小放電量為參考，判斷該段電纜能否進行有效的振蕩波局放定位。 ? ? ?
4 ?振蕩波技術應用特點
4.1 ?關于振蕩波標準的一些認識
目前對振蕩波做了詳細規定的標準主要有兩個：國際標準IEEE Std 400.4TM—2015和國內電力行業標準DL/T 1576—2016，標準中詳細規定了測試系統各個組成部分及系統參數和指標，以及試驗的加壓流程、判斷依據等。其中IEEE Std 400.4TM—2015給出了振蕩波可以實現電纜耐壓和電纜振蕩波局放測試兩種應用，DL/T 1576—2016增加了對電纜絕緣缺陷嚴重程度的判據。此外，國家電網標準Q/GDW 11838—2018也引入了電纜振蕩波檢測技術。以上3個標準均可借鑒。
電力行業標準中對XLPE電纜局放嚴重程度判斷如表1所示，根據不同位置的放電量大小決定電纜是否需要更換。國家電網標準除了對放電量要求更加嚴格以外，還增加了對起始放電電壓的要求，對新電纜而言，當起始放電電壓低于1.2倍U0時，則需要更換。
4.2 ?試驗流程中需要注意的問題
電纜振蕩波施加的電壓高于運行電壓，嚴格意義上也存在電纜擊穿風險，實際測試過程中也發生過類似事件，即測試過程中未發現局部放電集中點，但送電以后發生了擊穿。這種情況可以通過測試前后絕緣電阻來輔助判斷，當測試后絕緣電阻下降較多時，需要引起注意，該電纜絕緣可能存在風險，建議再進行耐壓測試或繼續進行振蕩波測試，查找缺陷點。
同時也需要明確，電纜振蕩波檢測技術并非能發現所有電纜缺陷問題，當未發生局放時，振蕩波測試是無法定位缺陷的，此時絕緣電阻低大部分情況下是受潮引起的。
4.3 ?在高阻故障定位中的應用
振蕩波還可以作為電纜故障定位手段，當電纜出現類似閃絡這種高阻故障時，可以嘗試借用電纜振蕩波技術對故障電纜進行故障點定位，但其施加電壓的流程與常規規定的加壓流程不同，需要從最小電壓，如0.1U0開始逐步階梯升壓（比如Δ0.1U0），嘗試定位閃絡故障點。如瑞士Onsite公眾號分享的一起高阻故障定位案例，即根據振蕩波定位譜圖，在距離測試端480 m和750 m處查找到兩組放電現象。
5? 結語
本文根據目前振蕩波測試中的熱點，總結了一些電纜振蕩波現場測試中遇到的問題，分析了原因，并對本文提出的問題進行了討論，得出如下結論：
（1）采用電纜振蕩波技術需要停電進行測試，對于需要保障供電可靠性的行業（如電力系統），停電壓力大，較難實現，目前普遍采用的是交接試驗的測試項目；而對于可以自由安排停電的客戶，則不受該條件約束。
（2）雖然電纜振蕩波檢測技術能夠發現電纜中潛在的多處缺陷，但仍有一些制約因素，如電纜長度影響、電纜中間接頭影響、現場背景干擾（目前的提取技術主要還是在大于背景信號的脈沖中尋找反射波）等。上述情況需要綜合分析，不能盲目認為振蕩波測試后未發現局放，就一定沒有絕緣缺陷，其只能在一定范圍內確認，還需要結合電纜絕緣電阻進行綜合判斷。
雖然電纜振蕩波檢測技術有其局限性，但筆者仍舊認為其是目前檢測電纜缺陷的最有效手段之一。
參考文獻
楊連殿，朱俊棟，孫福，等.振蕩波電壓在XLPE電力電纜檢測中的應用[J].高電壓技術，2006（3）：27-30.
張皓，唐嘉婷，張立志，等.振蕩波測試系統在電纜局放測試定位中的典型案例分析[J].電力設備，2008（12）：31-34.
陶詩洋.基于振蕩波測試系統的XLPE電纜局部放電檢測技術[J].中國電力，2009，42（1）：98-101.
馮義，劉鵬，涂明濤.OWTS振蕩波電纜局部放電檢測和定位技術基本原理研究[C]//2009年全國輸變電設備狀態檢修技術交流研討會論文集，2009：942-947.
夏榮，趙健康，歐陽本紅，等.阻尼振蕩波電壓下110 kV交聯電纜絕緣性能檢測[J].高電壓技術，2010，36（7）：1753-1760.
陸國俊，熊俊，王勇，等.振蕩波電壓法檢測10 kV電纜局部放電試驗[J].電力自動化設備，2010，30（11）：137-140.
劉巖，林洲游，胡偉.振蕩波測試技術在中壓電力電纜局部放電檢測中的應用[J].浙江電力，2011，30（11）：6-8.
陳志娟.基于振蕩波電壓法的10 kV XLPE電纜局部缺陷檢測研究[D].廣州：華南理工大學，2012.
孫志明.10 kV電纜振蕩波局部放電檢測技術研究及應用[D].北京：華北電力大學，2012.
董雪松，胡偉，曹俊平.中低壓電纜振蕩波局部放電的現場測試[J].浙江電力，2012，31（12）：15-17.
孫占功.振蕩波測試在10 kV電力電纜局部放電測試與定位中的應用研究[D].北京：華北電力大學，2013.
劉蒙，呂峻，趙明，等.高壓電纜狀態監測技術在杭州地區的應用[J].浙江電力，2013，32（11）：6-9.
齊飛，周恒逸，趙邈，等.OWTS振蕩波局放測試系統在10 kV電纜檢測的應用[J].中國電業（技術版），2015（2）：20-22.
王有元，王亞軍，熊俊，等.振蕩波電壓下10 kV交聯聚乙烯電纜中間接頭的局部放電特性[J].高電壓技術，2015，41（4）：1068-1074.
周凱，趙世林，何珉，等.考慮短距離電纜中行波特性的振蕩波局部放電定位方法[J].電網技術，2017，41（6）：2047-2054.
6 kV～35 kV電纜振蕩波局部放電測試方法：DL/T 1576—2016[S].
配電電纜線路試驗規程：Q/GDW 11838—2018[S].
IEEE Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Rated 5 kV and Above with Damped Alternating Current (DAC) Voltage: IEEE Std 400.4TM—2015[S].
編輯：黃飛
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工商網監
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