电力电缆局部放电特征分析及运维检修策略研究

电力电缆局部放电特征分析及运维检修策略研究

韩宇波  张威

内蒙古电力（集团）有限责任公司巴彦淖尔供电分公司 内蒙巴彦淖尔015000

摘要：局部放电是电缆使用中的常见故障之一，也是造成电缆绝缘老化、使用性能降低的主要原因，这与绝缘内部存在的问题有着密切联系。电力电缆局部放电PD与其绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆存在着可能危及其安全运行寿命的缺陷，因此准确测量电力电缆的局部放电量是判断电缆绝缘品质的最直观有效的方法，对高压和超高压电缆附件进行局部放电检测是一种有前景的方法。电缆局部放电检测是判断电缆绝缘使用情况的主要故障检测方法。现阶段针对交联聚乙烯电缆（XLPE）局部放电研究原理相对健全，检测方法及技术体系初步形成。但是，针对该种电缆局部放电特征研究分析不足，对其没有形成规范性、统一性、标准性的检测体系。

关键词：电力电缆；局部放电；检修  

随着现代工业的发展和城市化水平的提升，电力电缆作为传输电能的主要工具，越来越得到人们的重视，其运行的可靠性直接影响电力系统的正常运行，所以对高压电力电缆进行事故监测显得尤为重要。电力电缆事故与其绝缘状况密切相关，主绝缘有缺陷势必存在局部放电现象，而局部放电量的变化也预示着电缆绝缘存在着可能危及电缆安全运行的缺陷。因此，准确测量电缆局部放电量是判断电缆绝缘品质的最直观、理想的方法，局部放电检测分析对于电力电缆事故的判断具有重要意义。

一、电力电缆局部放电的类型

局部放电伴随着很多生成物以及一些复杂的物理现象，局部放电可能发生在绝缘层的各个位置，据此也能够将局部放电进行不同种类的划分，不同的放电量大小，对应放电形式也各不同，放电量小的称之为脉冲放电，放电量大的称之为火花放电。接着，介绍几类较为常见的局部放电类型：

1、电晕放电。与气隙放电的放电区域不同，电晕放电通常发生在电极的尖端，这些区域的电场相对集中。当电场很不平均时，电极的尖端处曲率随着气隙两端的电场连续增加而逐步增大，在周边较小区域的电场能够使空气发生激烈震荡，由于间隙内部的电场强度尚小，因此在尖端电极区域虽然有放电现象的产生，但是这种放电产生在较小的范围内，只是在尖端电极周边，整个间隙没被击穿。依照电荷密度与电场的关系，电荷密度越大则电场就越强，所以尖端区域较易产生电晕放电。

2、气隙放电。当生产和加工绝缘产品时，会因为工艺上不够成熟或者材料本身有问题，导致绝缘产品内部产生气隙或是残留杂质。若气隙内充满了空气或者其它气体，则内部气压与大气压强差别不大；而若外界的电场强度远远高于气隙的击穿场强，则气隙区就会发生局部放电。这种现象与外部的电场强度有关，通常产生于绝缘层电气强度较低区域，由电场分布和绝缘材料的电气强度决定。

3、沿面放电。电缆会依靠一些固体介质对导体部分进行固定和支撑。由于长时间暴露在空气中，如果电压很高时，在空气与上述固体介质的分界面区域产生沿面放电，这种放电顺着固体介质的外表面。不同于电晕放电和气隙放电，这种放电是气体放电，放电位置也不同，主要发生在物体的表层，而且放电电压相比于固体绝缘材料被击穿时的电压要低一些，电场分布、绝缘材料表面状况等都可能导致这种类型的放电。

二、电力电缆绝缘缺陷仿真分析

1、仿真模型构建。在研究电力电缆绝缘缺陷中，利用 comsol 开展仿真分析。在仿真模型搭建中，需要确保不同环境中 XLPE 电缆附属绝缘材料和主绝缘材料间的电导率处于稳定范围区间，从而对空间电荷进行有效控制。一般情况下，电缆中部位置的接头区域存在双层介质交界面，其中所产生的电导率对空间电荷起到影响作用，这就需要对交界面电导率进行合理管控，有利于保障电缆中部接头区域的绝缘安全。基于这种情况下，将预制式电缆作为研究对象，电缆中部接头位置仿真模型a、g 是应力锥根部，d、e 是高压屏蔽端部。如图所示。

2、不同参数对电缆附件的影响分析。对电缆附件性能研究中，主要从电压、气隙尺寸、气隙位置三个方面分析，判断其对电缆附件运行性能的影响大小。第一，电压试验。在仿真试验中选择的电压是电缆正常工作的额定电压，U0=320kV。在这种电压下，由图可知 XLPE 电缆中部接头位置绝缘界面电场分布，在额定电压状态下，应力锥根部的电场强度是6.82kV/nm，没有超过绝缘击穿电场强度25kV/nm，这代表中部接头位置的裕度设计合理。第二，气隙尺寸试验。在额定电压环境下，为更好分析气隙尺寸对电缆附属部分的影响程度，分别在复合绝缘界面上使用了0.5nm 和1.5nm 气隙尺寸，试验结果可知，电缆接头位置如果有气隙，绝缘复合界面电场强度会产生突变，气隙尺寸持续增大，突变程度更加明显。第三，气隙位置试验。在额定电压环境下，为更好分析气隙位置对电缆附属部分的影响程度，分别在复合绝缘界面上距离 a 点40nm 和20nm 设置了2nm 气隙，试验结果可知，电缆接头如果有气隙的环境下，绝缘复合界面电场强度出现突变。但是，20nm 处是大于40nm 位置的，这源于应力锥对突变电场强度进行了改变，导致其呈现集聚趋势。

三、电力电缆运维检修策略

结合模拟试验结果可以分析出，高压电缆在使用过程中，存在气隙、外部损坏、主绝缘层尖端缺陷三种缺陷，并且其都可以呈现出初步放电、无局部放电、持续法放电三个方面进行运维检修，有效保障高压电缆运行安全。

1、落实常态化检测模式。

定期对直流电缆的中间接头进行局部放电检测，通过对电缆接头进行连续、实时的检测，根据局部放电的连续变化趋势，以设备当前的实际工作状况为依据，对设备进行纵向（历史和现状）、横向（同类设备的运行状况）的比较分析，以识别故障的早期征兆，对故障部位严重程度及发展趋势做出判断，结合对电缆接头位置的静态、动态化检测，有利于得到局部放电变化趋势，并且依托当前设备使用现状进行基础，将以往使用现状和维护情况、相同设备使用情况等进行对比，从而对故障早期特点进行判断，对故障非常严重的部分及变化趋势进行有效评估，从而有利于掌握当前电缆使用情况。

2、结合试验结果可知，如果电缆存在缺陷问题，都会出现局部放电现象，一旦电压稳定后，局部放电频率会降低，但是接近绝缘层击穿时局部放电频率增加。这就需要利用升压法对局部放电进行测试，如果其中出现放电现象，就需要将该电缆纳入重点监测范围，并且对其进行实测分析，或者对电缆进行更换。

3、直流电缆在使用过程中，局部放电现象存在三个阶段，包括初始期、空隙期、发展期，如果发现高压电缆在运行过程中出现零星放电现象，需要将该电缆纳入重点监测范围，也需要对其进行全面测试，以此对故障问题进行确定。在电缆的安装及检修中，使用永久性接地装置，在确保电缆盘内部接线端和接地线有效连接后，施工人员便可以正常按照操作规程施工了，保证电缆的施工及检修的安全性。

在市场经济发展中，电力行业越来越重要，为国民经济发展和人民群众生活提供了充足的动力支持。而整个电力供应过程，都是依托电缆实现的，一旦电缆存在缺陷问题，会造成故障频繁，直接影响电力供应的安全稳定性。基于这种情况下，应该对电力电缆局部放电研究分析，通过对具体电缆缺陷问题的深度剖析，逐步对局部放电现象及特征进行明确，有利于更好支撑电缆故障检修。

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