電纜局部放電在線測試儀（OSM-ST1）的應用研究 - 無圖版
執(zhí)子之手 --- 2008-12-15 13:34:26
1
2007年第4期
No．4 2O07
電線電纜
E ctIi(- ire& CallfP
2007年8月
Aug．，2007
電纜局部放電在線測試儀(OSM—ST1)的應用研究
產(chǎn)奄譯
(福建省眨門電業(yè)局，福建廈門361004)
摘要：介紹了一種在現(xiàn)場帶電檢測高壓電力電纜局部放電情況的設備(OSM—STI)及其測試原理，并根據(jù)大量
模擬試驗和現(xiàn)場實測，得出在一定的條件下，利用OSM—STI局部放電測試儀可以測量運行中電纜局部放電情
況的結(jié)論，從而為電纜的絕緣診斷提供，衣?lián)?BR>關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜；局部放電；在線檢測；應用研究
中圖分類號：TM206；TM247．1 文獻標識碼：A 文章編號：1672—6901(2007)04—0034—05
Investigation of the Application of OSM ··ST1 On··line Cable PD Tester
， N You—xiang
(Fujian—Xiamcn Power Supply A hninistration，Xiamen 361004，China)
Abstract：This paper presenls OSM·S n PD test(一1．a(chǎn)ll insh UlllenI capable of testing(in—lille li、．e HV power cable line．Based
on a number of simulation tesls and on—line olcasttrenl~!lit，the author concluded that ullde,r certain conditions，PD phenomena
on the operating cable caH he tested nsirtg OSM—STl PD tester．which w川provide data for the diagnosis of cable in—
sulation．
Key words：XLPE poWer cable；pat'[ial discharge；on—line lesling；application investigation
O 引 言 于這種技術(shù)的產(chǎn)品之～。
交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜大量應用在
1l0 kv及以上電網(wǎng)，僅在廈門每年平均增加l10 kV
及以上XLPE電纜20 km，現(xiàn)在廈門已有I10 kV及以
上XLPE電纜30回路，總長75 km 全國每年新增
110 kV及以上XLPE電纜超過1000 km。
由于其固有特性，XLPE電纜線路預防性試驗手
段有限。傳統(tǒng)的直流耐壓對其有破壞性作用，其它
交流試驗設備龐大，試驗困難，效率低：閩此國內(nèi)外
許多專家學者致力于研究電纜在線檢測技術(shù)，主要
有：直流分量法、直流疊加法、局部放電檢測法等?
由于局部放電法能在電纜線路投運早期就發(fā)現(xiàn)其缺
陷，從而避免電纜故障擴大并造成電網(wǎng)事故，因此，
備受青睞。但由于現(xiàn)場干擾難以排除等諸多因素的
影響，局部放電用于在線檢測受到很大阻礙。
近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，基于寬帶檢測技
術(shù)，應用數(shù)字信號處理方法進行抗干擾、定位和圖潛
分析的計算機輔助局部放電測量技術(shù)得到了大量應
用，推動了電纜局部放電測量技術(shù)的發(fā)展。德國
IPEC公司制造的OSM—ST1局部放電測試儀就是基
收稿日期：2007 03 08
作者簡介：嚴有祥(1968一)，男，福建大田人，高級工程
師．
作者地址：福建廈門市廈東路489號1001室[361004]，
1 OSM．ST1電纜局部放電測試原理
OSM ST1電纜局放測試儀是用于檢測50}{z高電
壓絕緣所產(chǎn)生的局部放電的現(xiàn)場測試儀。該儀器主
要是測量在高電壓設備局部放電中所產(chǎn)生的“視在電
荷”。該系統(tǒng)實時測量及顯示局部放電數(shù)據(jù)，把360~
電力周波的局部放電脈沖的大小及等級記錄下來。
電纜發(fā)生局部放電時，局部放電點發(fā)出頻率在
數(shù)百MHz～GHz之間的尖脈沖信號。隨著信號向遠
處傳播產(chǎn)生衰減，到達終端的時候，它的頻率在1～
20 MHz之間(即脈沖寬度變大，幅值變小)。因此，
在這么高的頻率下，由于集膚效應，這個信號是沿著
電纜的金屬護套(鉛包或鋁包層，一般認為半導電層
和金屬護套層是同一體)的內(nèi)表面向兩個方向傳播，
如圖1所示。
當信號傳輸?shù)姐U包層的斷點處時，有一部分信
號反射，另一部分沿著接地線傳播，并且逐漸地衰
減。因此，若在電纜終端或中間接頭接地線上卡有
一個高頻互感器(CT)，即可感應這個高頻信號，該
信號經(jīng)處理、放大后輸入計算機，再由專用的GOLD
軟件(該系統(tǒng)的核心)進行分析和處理，可直觀地顯
示出是否存在局部放電和局部放電量。該軟件是通
過與GPIB示波器(Tektronix TDS200系列)界面相關(guān)
聯(lián)來進行操作并收集局部放電所產(chǎn)生的電磁信號。
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電線fU纜
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2 不同缺陷類型局部放電圖譜的研究
局部放電是指在電場作用下，絕緣系統(tǒng)中 何
部分區(qū)域發(fā)生放電，而沒有貫穿于昕施加電 的陽
導體之間，即尚未發(fā)生擊穿的現(xiàn)象 局部放電包括
以下幾種類型：
2．1 內(nèi)部放電【Pa~ial Discharge)
發(fā)生在絕緣體內(nèi)部(由于氣隙、氣泡或裂痕等)
的一種非貫穿性放電活動， 內(nèi)部放電有如下特征：
(1)兩處絕緣表層之間(如絕緣問隙)的放電活
動通常發(fā)生在一個周期內(nèi)的兩段，從電壓剛好穿過
零的位置開始到電壓快要達到最大值的時候結(jié)束?
在這些時間段內(nèi)，會隨機地出現(xiàn)放電；
(2)內(nèi)部放電總是出現(xiàn)在電源周期的第一或第
三象限，每周期的平均放電次數(shù)與外施電壓有關(guān)，并
且隨著電壓的上升而增加，大約呈直線關(guān)系；
(3)空穴內(nèi)單位時間內(nèi)的放電次數(shù)與外施電壓
的頻率及幅值有關(guān)。
由于空穴放電時的電壓下降時間非常的短，比
起工頻周期5O Hz的時間要小的多，因此認為是一
個脈沖波。典型的內(nèi)部放電脈沖的波形見圖2。
圖2 典型的內(nèi)部放電脈沖的渡形
2．2 電暈放電(Corona Discharge)
在強電場作用下，物體曲率半徑小的地方(如尖
銳、細小的頂端，彎曲半徑很小處)附近，其等電位面
密，電場強度劇增，致使這里的空氣被電離而產(chǎn)生氣
體放電現(xiàn)象。架空線路上產(chǎn)生電暈放電的條件：標
準久 匾(20 oC、1013 Pa)下，稍離導線表面(約0．3
√ r 導線半徑)處的電場強度E=30 kV／cm
(峰值)時，京坨會產(chǎn)生電暈
電暈放電出現(xiàn)在金屬尖端或邊緣電場集中部
位，電暈放電起始出現(xiàn)在試驗電壓的半周內(nèi)，并對稱
分布存電壓峰值處兩側(cè)。隨著電壓的增加，脈沖個
數(shù)(寬 ) 相應地對稱增加。如果放電尖端電極處
于高電位，電暈放電往往出現(xiàn)在試驗電壓的負半周；
如果尖端電極處于地電位，放電脈沖往往出現(xiàn)在正
半川、
電暈放電在負極性時較易發(fā)生，也即在交流時
它們可能僅出現(xiàn)在負半周，因為電暈放電是一種自
持式放電，發(fā)生電暈時，電極附近出現(xiàn)大量的空間電
荷，在電極附近形成流柱放電。
電暈放電時會產(chǎn)生如下幾種現(xiàn)象：
(1)電暈的干擾—— 產(chǎn)生無線電頻率的電磁
波，塒收音機、手機通信、電視信號等產(chǎn)生干擾。
(2)可聞的噪聲—— 雨天情況時，可聽到從架
空輸電線絕緣子發(fā)出的聲音。
電纜在現(xiàn)場如同一根天線，可以將架空線端處的
強電暈干擾信號捕捉下來，并且根據(jù)Maxwell方程的
哲學性可知：電磁波是一對立統(tǒng)一的整體，電與磁相
互轉(zhuǎn)化，相互依賴，相互獨立，共同存在于電磁波當
中。兇此，沿著電纜的接地線端就會有由這個電暈干
擾信號生成的高頻脈沖電流信號，也會被HFCT(高頻
CT)所捕捉，但是它的脈沖特征和內(nèi)部放電的特征有
很大的區(qū)別。典型的電暈放電脈沖如圖3所示。
2．3 表面放電(Surface Discharge)
沿復合絕緣體的分界面伸展的放電，它即使在
較低電壓下也容易發(fā)生。
發(fā)生在絕緣層與金屬表面之問的放電活動(如
安裝不合格的電極)在不同的時問周期表現(xiàn)出相似
的特點，但在周期內(nèi)正半周和負半周的放電活動缺
乏對稱性。金屬表面之間的放電(如電容器套管接
地片與其連接插銷之間)也具有相同特性，只不過放
電的強度較大，并且放電的強度及發(fā)生時間比較有
規(guī)則。
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電線電纜
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時N／ms
圖3 典型的電暈放電脈沖的波形
表面放電可能出現(xiàn)在套管法蘭處、電纜終端部，
也可能出現(xiàn)在導體和介質(zhì)彎角表面處。表面放電的
波形與電極的形狀有關(guān)，如果電極極為不對稱時，則
正半周的局部放電幅值是不相等的。當產(chǎn)生表面放
電的電極處于高電位時，在負半周出現(xiàn)的放電脈沖
較大、較��；正半周出現(xiàn)的放電脈沖較密，但是幅值
較小。
3 模擬試驗
3．1 試品的制備
為了驗證OSM—ST1局部放電測試儀對電纜局
部放電測量的效果，在實驗室內(nèi)用一段新的40 nq長
的l0 kV交聯(lián)聚乙烯電纜模擬了三種缺陷情況。該
試品包括兩個終端和一個中間接頭，缺陷情況詳見
表1。
表1 試樣模擬三種缺陷情況
3．2 試驗接線
在普通試驗室內(nèi)進行模擬試驗，試驗接線如圖
4所示。
高
圖4 模擬試驗接線圖
3．3 試驗情況
分別對試品加不同交流工頻電壓，使其產(chǎn)生局
· 36 ·
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部放電，并用OSM—STI記錄放電波形分別如圖5、圖
6，圖7所示、
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5 A相中間接頭缺陷放電圖
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圖6 B相電纜本體受外力損傷的局部放電圖
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相位／I。)
圖7 C相電纜終端沿面放電圖
利用GOLD分析軟件可以對所有局部放電強度
和頻度進行分析，并自動產(chǎn)生局部放電測量報告，如
圖8所示。
從模擬試驗情況可知OSM—STI局放測試儀基
本上能捕捉到局部放電信號，但所記錄的放電圖譜
和理論上的放電圖譜有較大區(qū)別。試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過
軟件分析處理的放電圖譜與示波器上直接觀察到的
放電信號也有較大區(qū)別。由于計算機處理上的延時
效應，部分放電信號沒有被記錄下來。
4 現(xiàn)場測試
自2004年8月起，利用月度巡視或特地安排對
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圖8 測試報告
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廈門地區(qū)32個回路1 10 kV及以上電纜線路進行現(xiàn)
場局部放電測量。從測試到的波形和數(shù)據(jù)看，我局
所屬的電纜沒有局部放電。由于現(xiàn)場情況十分復
雜，干擾信號也非常復雜，特別是對于有架空線路的
混合線路或瓷支柱絕緣子電暈放電比較嚴重的時
候，由于電暈放電的干擾，使得對測量結(jié)果的判斷十
分困難。如2004年1 1月18日對蘭江線電纜測試
時，其結(jié)果如圖9所示。從圖9a和圖9c可知，A相、
B相以及C相都沒有出現(xiàn)明顯的局部放電信號(在
正負半周出現(xiàn)很高的脈沖群信號)，但是，A相與C
相都出現(xiàn)了明顯的電暈放電信號。因此，可以初步
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a)局放峰值與時間的關(guān)系
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E 相 A桂
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40
2O
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一40
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c相
B相
0 l0 20 30 40 50 6U 70 80 90 U 5U lUU l50 200 250 300 j，U
局放值／mV 相位／(。)
b)各相局放量統(tǒng)計分布 c)實時相位圖
圖9 江頭變蘭江線110 kV線路測試結(jié)果
判斷：這組電纜目前沒有明顯的局部放電發(fā)生，但是 有局部放電的情況下，對其進行了局放測量，結(jié)果發(fā)
也有必要對它做定期的檢測。 現(xiàn)除了該相局部放電峰值較大外，其它波形與另外
2004年l2月8日，在確知ll0 kv正新I回c相 兩相沒有太大差別。其結(jié)果如圖lO所示。
器
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局放值／mV
b)各相局放量統(tǒng)計分布
5 6 7 8 9 10 I1 l2 l3 l4
時間／rain
a)局放峰值與時間的關(guān)系
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圖lO 正新I回局放測量圖譜
C相
A相
B相
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相位／(。)
c)實時相位圖
(下轉(zhuǎn)第46頁)
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電 電纜
f,'le~tri( ilv & Caf1f
更是不暢，溫度會隨設備運行時問增加而逐步l 升；
② 電纜溝內(nèi)積聚的粉末含有油脂，在光線、空
氣、溫度和水分的作用下，很容易發(fā)生氧化，牛成氧
化物或過氧化物，并產(chǎn)生活性游離基，進一步加速氧
化過程。如氧化過程中的熱量不能及時散發(fā)，聚熱
后的粉末就會炭化，直至自燃。
③ 粉體物料在運動過 中會產(chǎn)生靜電—— 不
免有物料顆粒之問或物料與器壁之『日J的相互碰撞和
摩擦，進行反復的接觸和分離，這樣它ff】之問就會產(chǎn)
生電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，粉體及器壁 } 會分別帶卜不H符
號的靜電，如果設備L沒有良好的接地裝置，電荷的
積累速率大于電荷的泄放速率，則物料的電位就會
逐漸升高，以致達到產(chǎn)生放電火花的程度 但從設
備結(jié)構(gòu)和安裝情況來看，都已考慮到通過接地來釋
放靜電
④ 在粉末自燃至一定時問，電纜護套被高溫炭
化，但由于昕處環(huán)境中無充分的氧氣，『士j此發(fā)牛r無
焰燃燒，油脂性粉末與聚氯乙烯燃燒時產(chǎn)生的濃烈
異味印證了以上分析是成立的。通過鋼帶傳熱，導
致絕緣層處于高溫下，再經(jīng)過一定時間，絕緣層電被
炭化。若不7支時發(fā)現(xiàn)，絕緣層全部破壞后極易發(fā)生
短路，甚至火災。
(4)根據(jù)分析，又對現(xiàn)場采集的粉末做了試驗，
驗證粉末發(fā)熱到一定程度確實會自燃：所以可以斷
定本次事故的主要原因是：聚熱后的粉末自燃引發(fā)
電纜無焰燃燒。
3 防范措施和建議
通過以上分析和總結(jié)，可提出以下幾點措施和
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(1)根據(jù) 同的使 場合，必須嚴格按安全規(guī)
范規(guī)定的要求敷設電纜 例如有粉末(粉體、粉塵)
的環(huán)境條件下，!c¨ 有可能的話，應 呵能采用垂直
安裝電纜、并用電纜橋架網(wǎng)定，有可靠的接地系統(tǒng)，
保證每根電纜可靠接地 j“1果必須使用電纜溝，也
應竭力避免粉末(粉體、粉塵)進入電纜溝內(nèi)，保證電
纜溝內(nèi)干燥、清潔和良好的通風，即溝內(nèi)的散熱性能
能滿足使用的要求，一旦由于通道的封隔，蓄熱使電
纜溫度升高時，電纜的負載能力就應酌情降低．．
另外．也說明rr這種類型的生產(chǎn)車間的環(huán)境條
件應保證清潔，盡可能減少粉末飛揚，并要有良好的
除塵排風的裝置 因為正如 述，粉沫飛揚會產(chǎn)生
靜電荷，靜電荷積聚到一定數(shù)值時會發(fā)中放電，從而
有可能造成爆炸和起火的重大事故；麗且粉術(shù)飛揚
也會危害 I：怍人員的健康。 然這是特殊車問的廠
房設計的要求，也足本文題外之事，但既是減少本事
故的關(guān)鍵，也是徹底的安全措施
(2)無論仆么情況下，都要正確選用電纜。除
了考慮載流量、截面積外，如果遇到粉末、油脂等特
殊場合，可以有目的地選擇阻燃、低煙無鹵、本安型
電纜，這樣可以降低事故發(fā)生，一旦事故發(fā)生也可以
減少由于有毒氣體造成的人員傷亡 另外要確保電
纜質(zhì)量，選擇質(zhì)量信譽高的企業(yè)作為供方；對所用的
電纜要有明確的、對應的，全面的質(zhì)量檢驗結(jié)論，做
好電纜線路敷設1二程存檔及質(zhì)量跟蹤
(3)選擇合格的、有相應能力的設計和施工單
位，確保設計方案的正確，施：[質(zhì)量的優(yōu)良。
參考文獻
建議，杜絕這類事故的產(chǎn)生： j_GBIT 12666．1-1990，電線電纜燃燒試驗方法總則 ·
， 0 8 0 ， 0 ， t ’， 0 ， ‘e 0 ， 0 ， ， 0 ’； 一 ， ，； 0 0 ；c一 <’ < 0 e 0 c 0 0 ：0 0 e ~of．-,e ；e
(上接第37頁J
5 結(jié)論與建議
從上述模擬試驗和現(xiàn)場測試的實測結(jié)果的分
析，可提出的幾點結(jié)論與建議：
(1)OSM．ST1可以測量出電纜局部放電，越靠
近放電點測量效果越好。這是由電纜局部放電信號
在電纜中的傳輸特性所決定的。
(2)現(xiàn)場干擾無法完全排除。如蘭江線、正新I
回等電纜線路的測量結(jié)果表明，由于干擾的存在，在
實際工作中很難判斷電纜是否存在局部放電。
(3)局部放電量的大小與電纜缺陷嚴重程度的
關(guān)系還需要進一步研究。應對同一試品用OSM．ST1
測量的局部放電量與IEC推薦的標準方法測量的局
部放電量進行比較和分析。
參考文獻：
：1] 邱昌容，曹曉瓏主編．電氣絕緣測試技術(shù)M ．北京：機械工業(yè)
出版社，2001．
2] 澳大利亞紅相電力設備集團公司．OSM．STI局部放電測試儀用
戶手冊：Z：．2004
維普資訊 http://www.--cqvip.com jswjyzw --- 2011-08-18 10:57:49
2
太亂了
-- 結(jié)束 --