CN108983050A - 一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，涉及局部放电现场检测技术领域。目前，直流电压下高压电缆的局部放电还没有完善的检测方法。本发明包括以下步骤：1）搭建局部放电测量平台；2）在电缆回路中叠加额定负荷；3）在电缆回路中进行直流升压；4）绝缘缺陷判断。通过给电缆回路施加额定负荷电流，当对被测电缆叠加上额定负荷之后，导体温度上升，此时高压直流输出装置提供运行直流电压，直流局部放电测量装置检测被测电缆回路是否放电，有效地实现了针对直流电压下高压电缆绝缘缺陷的局部放电检测。
Description
技术领域
本发明涉及局部放电现场检测技术领域，尤其涉及一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法。
背景技术
柔性直流输电系统在全球远距离输电等领域发展迅速，在欧洲的海上风电系统中也通过高压直流海缆实现了对欧洲大陆上的发电、输电，我国也已有汕头南澳、浙江舟山、福建厦门等代表性柔性直流输电系统，高压直流电缆是其重要组成部件。高压直流电缆如在生产过程中存在质量不良，或经过长时间运行，绝缘层遭受外力破坏或中间接头老化等会导致绝缘破损及电缆劣化,都需要通过试验方法提前发现。通过直流耐压试验，可以发现电缆绝缘的整体劣化情况，然而耐压试验只关注电缆整体能否完整承受试验电压的考验，许多类型的电缆潜伏缺陷需要通过局部放电的检测来发现，主要可以发现电缆绝缘介质中的损伤等局部缺陷，并且在高压交流电缆进行现场综合诊断具有一定的效果，但直流电压下高压电缆的局部放电还没有完善的检测方法,也没有相应的标准和专门的测量仪器。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，以有效实现针对直流电压下高压电缆绝缘缺陷的局部放电检测为目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，包括以下步骤：
1）搭建局部放电测量平台：用导线短接被测电缆的两端形成电流回路，被测电缆接地，被测电缆的外表布置温度测量装置，被测回路中连接高压直流输出装置、负荷电流叠加装置和直流局部放电测量装置，直流局部放电测量装置通过检测传感器连接被测电缆的接地线上；
2）在电缆回路中叠加额定负荷：启动负荷电流叠加装置，给被测电缆回路叠加上额定运行负荷电流，并通过温度测量装置实时监测电缆回路温度，待温度稳定之后，认为被测电缆回路导体温度也已经达到额定温度并且已经稳定；
3）在电缆回路中进行直流升压：打开高压直流输出装置给回路施加直流电压，升压后，操作直流局部放电测量装置测试和记录在带负荷情况下电缆回路的直流局部放电，若未检测到重复性放电，则继续升压，直至记录到重复性放电后便不再升压；
4）绝缘缺陷判断：直流局部放电测量装置判断其检测传感器是否耦合到局部放电信号，当检测传感器耦合到信号时，直流局部放电测量装置显示局部放电信号，判断被测电缆存在绝缘缺陷，当检测传感器没有耦合到信号时，则被测电缆不存在绝缘缺陷。
通过给电缆回路施加额定负荷电流，当对被测电缆叠加上额定负荷之后，导体温度上升，此时高压直流输出装置提供运行直流电压，直流局部放电测量装置检测被测电缆回路是否放电，有效地实现了针对直流电压下高压电缆绝缘缺陷的局部放电检测。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
高压直流输出装置包括交流升压器、倍压整流电路、限流电阻，高压直流输出装置的输出端通过第一终端与被测电缆相连；负荷电流叠加装置的输出端通过电流互感器与导线相连；导线一端与第一终端相连，导线的另一端与第二终端相连。限流电阻用于保护电路，防止电流过大。
所述的被测电缆包括第一被测电缆和第二被测电缆，第一被测电缆的一端与第一终端相连，第一被测电缆的另一端通过接头与第二被测电缆的一端相连，第二被测电缆的另一端与第二终端相连；接头的应力锥在被测电缆的轴向位置上偏置。叠加负荷电流进行直流电压下局部放电的测量，结果显示可以大大降低缺陷的放电起始电压，并且放电量也会大大增大，放电也将更加稳定，更加利于直流电缆的局部放电测量。
接头至第一被测电缆、第二被测电缆的偏置距离为10～20mm。
高压直流输出装置并联分压电路，所述的直流局部放电测量装置一端通过高频电流传感器与被测电缆相连，直流局部放电测量装置的另一端与分压电路相连。
直流局部放电测量装置检测第一电缆的局放；温度测量装置检测第二电缆的温度。
在电缆回路中进行直流升压时，直流电压逐级升压，每一级的持续时间不短于2分钟。逐级升压，直流电压升压不宜太快。
温度测量装置的测温传感器采用热电偶。应用普遍、结构简单、制造方便、测量范围广、精度高。
检测传感器采用检测阻抗或HFCT。反应速度快，适于检测高频电流信号，实现局部放电检测。
有益效果：通过给电缆回路施加额定负荷电流，当对被测电缆叠加上额定负荷之后，导体温度上升，此时高压直流输出装置提供运行直流电压，局部放电检测仪器检测被测电缆回路是否放电，实现局部放电检测和实现绝缘缺陷判断，该技术方法操作方便，检测回路结构简单，能有效检测出XLPE电缆回路中存在的绝缘缺陷。
附图说明
图1是本发明直流电缆叠加负荷进行局部放电测试的原理图。
图2是本发明中试验采用的应力锥缺陷模型示意图。
图3 为不带负荷下缺陷在起始电压-124kV下30min放电q-t图。
图4 为不带负荷下缺陷在起始电压-124kV下30min放电n-t图。
图5 为带额定负荷下缺陷在起始电压-65kV下30min放电q-t图。
图6 为带额定负荷下缺陷在起始电压-65kV下30min放电n-t图。
图中：1-电缆；2-导线；3-负荷电流叠加装置；4-温度测量装置；5-直流局部放电测量装置；6-高压直流输出装置；7-HFCT；8-接头。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，过程如下：
1）搭建局部放电测量平台：用导线2短接被测电缆1的两端形成电流回路，被测电缆1接地，被测电缆1的外表布置测温传感器采用热电偶的温度测量装置4，被测回路中连接高压直流输出装置6、负荷电流叠加装置3和直流局部放电测量装置5，直流局部放电测量装置5通过HFCT7连接被测电缆1的接地线上；
2）在电缆回路中叠加额定负荷：启动负荷电流叠加装置3，给被测电缆回路叠加上额定运行负荷电流，并通过温度测量装置4实时监测电缆回路温度，待温度稳定之后，认为被测电缆回路导体温度也已经达到额定温度并且已经稳定；
3）在电缆回路中进行直流升压：打开高压直流输出装置6给回路施加直流电压，在电缆回路中进行直流升压时，按照GB/T 7354进行升压操作，直流电压升压应逐级升压，由于直流局放的特点，直流电压升压不宜太快，每一级的持续时间不短于2分钟，升压后，操作直流局部放电测量装置5测试和记录在带负荷情况下电缆回路的直流局部放电，若未检测到重复性放电，则继续升压，直至记录到重复性放电后便不再升压；
4）绝缘缺陷判断：直流局部放电测量装置5判断HFCT7是否耦合到局部放电信号，当HFCT7耦合到信号时，直流局部放电测量装置5显示局部放电信号，判断被测电缆1存在绝缘缺陷，当HFCT7没有耦合到信号时，则被测电缆1不存在绝缘缺陷。
高压直流输出装置6包括交流升压器、倍压整流电路、限流电阻，高压直流输出装置6的输出端通过第一终端与被测电缆1相连；负荷电流叠加装置3的输出端通过电流互感器与导线2相连；导线2一端与第一终端相连，导线2的另一端与第二终端相连。所述的被测电缆1包括第一被测电缆和第二被测电缆，第一被测电缆的一端与第一终端相连，第一被测电缆的另一端通过接头与第二被测电缆的一端相连，第二被测电缆的另一端与第二终端相连；接头的应力锥在被测电缆的轴向位置上偏置。接头至第一被测电缆、第二被测电缆的偏置距离为15mm。
高压直流输出装置6并联分压电路，所述的直流局部放电测量装置5一端通过高频电流传感器与被测电缆1相连，直流局部放电测量装置5的另一端与分压电路相连。
直流局部放电测量装置5检测第一电缆的局放；温度测量装置4检测第二电缆的温度。局部放电测量装置和HFCT7按照GB/T 7354标准进行电路连接。回路连接规范，符合局部放电测量标准。
相比于目前已有的测试方法，本发明具有以下技术上的优势：
在交流电压作用下，绝缘中电场强度主要按与介电常数成反比分配，在电缆1正常工作条件下，其XLPE绝缘的介电常数通常随温度和电场强度变化不明显，基本可认为是固定值，因此交流电缆1中电场分布仅与电缆1尺寸和外施电压值有关。利用高斯定理即可推导出单芯圆柱形XLPE绝缘电缆1的电场分布公式为式A：
式中：
E— 电缆1绝缘中与电缆1线芯中心轴线距离为r处的电场强度，V/m；
U0— 电缆1相对地电压，V；
rc— 绝缘内径，m；
R— 绝缘外径，m。
由式A中可见，交流电缆1的最大场强位于绝缘的内表面，最小场强位于绝缘的外表面，且与温度等其他因素无关。
而在直流电压作用下，绝缘中电场强度主要按照与电导率成反比分配，或者说按照与电阻率成正比分配。电缆1在带负荷运行时，线芯通过大容量电流，线芯发热导致绝缘内产生温度梯度。由于聚合物材料电导率受温度和电场影响较大，因此会导致绝缘内按电导率分布的场强也会随着变化。
电导率与温度的关系可写为式B：
单芯圆柱形XLPE绝缘直流电缆1的电场强度分布公式为式C：
，其中
式B和C中：
— 0℃时XLPE绝缘的电导率，S/m；
— ℃时的XLPE绝缘电导率，S/m；
a— 温度系数；
— 电缆1线芯温度，℃；
— 电缆1绝缘屏蔽层温度，℃
式C表明，当<1时，最大场强位于电缆1绝缘的外表面，最小场强位于绝缘的内表面，变化趋势与交流下完全相反，场强分布除与电缆1尺寸和外施电压有关外，还与电缆1负载大小有关。
如图2所示,通过制作接头8应力锥错位缺陷进行检测，以错位15mm进行测试，叠加负荷电流进行直流电压下局部放电的测量，结果显示可以大大降低缺陷的放电起始电压，并且放电量也会大大增大，放电也将更加稳定，更加利于直流电缆1的局部放电测量，结果如图3~6所示。
在不叠加负荷情况下，缺陷的起始放电电压达到-124kV，最大放电量1288pC，放电的TRPD图如图3 - 4所示。
叠加额定负荷情况下，缺陷的起始放电电压降低到到-65kV，最大放电量达到4361pC，放电的TRPD图如图5 - 6所示。
可见，通过给被测电缆1施加一个大电流负载再进行局部放电测试，可以降低放电起始电压，并且最大放电量也增大，这大大有利于对电缆1的直流局部放电测试。
以上图1-6所示的一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显著的进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）搭建局部放电测量平台：用导线（2）短接被测电缆（1）的两端形成电流回路，被测电缆（1）接地，被测电缆（1）的外表布置温度测量装置（4），被测回路中连接高压直流输出装置（6）、负荷电流叠加装置（3）和直流局部放电测量装置（5），直流局部放电测量装置（5）通过检测传感器连接到被测电缆（1）的接地线上；
2）在电缆回路中叠加额定负荷：启动负荷电流叠加装置（3），给被测电缆回路叠加上额定运行负荷电流，并通过温度测量装置（4）实时监测电缆回路温度，待温度稳定之后，认为被测电缆回路导体温度也已经达到额定温度并且已经稳定；
3）在电缆回路中进行直流升压：打开高压直流输出装置（6）给回路施加直流电压，升压后，操作直流局部放电测量装置（5）测试和记录在带负荷情况下电缆回路的直流局部放电，若未检测到重复性放电，则继续升压，直至记录到重复性放电后便不再升压；
4）绝缘缺陷判断：直流局部放电测量装置（5）判断其检测传感器是否耦合到局部放电信号，当检测传感器耦合到信号时，直流局部放电测量装置（5）显示局部放电信号，判断被测电缆（1）存在绝缘缺陷，当检测传感器没有耦合到信号时，则被测电缆（1）不存在绝缘缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，其特征在于：高压直流输出装置（6）包括交流升压器、倍压整流电路、限流电阻，高压直流输出装置（6）的输出端通过第一终端与被测电缆（1）相连；负荷电流叠加装置（3）的输出端通过电流互感器与导线（2）相连；导线（2）一端与第一终端相连，导线（2）的另一端与第二终端相连。
3.根据权利要求2所述的一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，其特征在于：所述的被测电缆（1）包括第一被测电缆和第二被测电缆，第一被测电缆的一端与第一终端相连，第一被测电缆的另一端通过接头与第二被测电缆的一端相连，第二被测电缆的另一端与第二终端相连；接头的应力锥在被测电缆的轴向位置上偏置。
4.根据权利要求3所述的一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，其特征在于：接头至第一被测电缆、第二被测电缆的偏置距离为10～20mm。
5.根据权利要求4所述的一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，其特征在于：高压直流输出装置（6）并联分压电路，所述的直流局部放电测量装置（5）一端通过高频电流传感器与被测电缆（1）相连，直流局部放电测量装置（5）的另一端与分压电路相连。
6.根据权利要求5所述的一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，其特征在于：直流局部放电测量装置（5）检测第一电缆的局放；温度测量装置（4）检测第二电缆的温度。
7.根据权利要求1所述的一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，其特征在于：在电缆回路中进行直流升压时，直流电压逐级升压，每一级的持续时间不短于2分钟。
8.根据权利要求1所述的一种利用直流电压叠加负荷测直流电缆局部放电的方法，其特征在于：温度测量装置（4）的测温传感器采用热电偶。
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