OWTS电缆振荡波检测技术..pptx
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OWTS电缆振荡波检测技术..pptx
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新疆电力公司电力科学研究院张小军2019年4月乌鲁木齐,OWTS电缆振荡波局部放电检测技术,主要内容,电缆局部放电检测的意义,1,局部放电的基本概念,2,电缆局部放电的起因,3,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,4,开展电缆部放电检测的意义,随着城市及电网建设的发展,电缆的数量不断增加;电缆一旦出现绝缘缺陷,极易造成设备故障,引起的停电时间较长,检修费用也很高;国内已经发生了多起较为严重的电缆事故;CIGRE调查表明,50以上的电缆故障是可预先发现的;在电缆的交接试验中监视局部放电信号,对运行中的电缆进行定期监测,均是保障安全运行的有效手段。
局部放电的基本概念,1局部放电的定义电力设备的绝缘系统中,只有部分区域发生放电,而没有贯穿施加电压的导体之间,即尚未击穿,这种现象称之为局部放电。
它是由于局部电场畸变、局部场强集中,从而导致绝缘介质局部范围内的气体放电或击穿所造成的。
它可能发生在导体边上,也可能发生在绝缘体的表面或内部。
在绝缘体中的局部放电甚至会腐蚀绝缘材料,并最后导致绝缘击穿。
局部放电是一种脉冲放电,它会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。
这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学变化可以为监测电力设备内部绝缘状态提供检测信号。
局部放电对电气设备绝缘会产生严重的危害,主要表现在由于放电产生的局部发热、带电粒子的撞击、化学活性生成物以及射线等因素对绝缘材料的损害。
这种对绝缘的破坏作用是一个缓慢发展的过程,而且从局部开始,受多种因素影响,对运行中的高压电气设备是一种隐患。
局部放电的基本概念,局部放电的危害,2,脉冲性:
局放表现为脉冲。
由于每次放电时间都极短,大约在10100ns,即放电的表现是很高频的脉冲信号。
相位性:
在交流电压下有明显的相位特征,起始放电相位为4590,225270;对称性:
单个周期的放电脉冲幅值不整齐,一、三象限不完全相同,但在统计和概率的意义上讲是对称的。
局部放电的基本概念,局放的特点,3,局部放电的基本概念,视在放电电荷(pC)放电重复率放电的能量放电的平均电流放电的功率放电的起始电压和熄灭电压,局放的表征参数,4,电缆局部放电的起因,电树枝。
电树枝是引起电缆绝缘故障主要原因之一,气泡、杂质和金属毛刺等的存在均可导致XLPE绝缘电树的生成和发展,最终将导致绝缘击穿。
金属屏蔽或导线芯存在毛刺。
当毛刺穿破半导电带进入绝缘层时,由于尖端电场极不均匀产生放电,造成尖端附近的绝缘劣化,并进一步扩展成电树,导致绝缘击穿。
绝缘内部的气泡。
在电场作用下,微小气隙(气泡)中的空气分子产生游离,气泡中的正负电子向两端不同的极性集结,集聚电荷;随着气泡中场强的增大,使得气泡被击穿;电荷产生强烈中和并形成脉冲电流,其他的还有表面放电和电晕放电等。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测定义,1,采用LCR阻尼振荡原理,由仪器高压直流电源对被试电缆充电至试验电压,关合高压开关,使仪器电抗、被试电缆电容和回路电阻构成LCR回路并发生阻尼振荡。
在振荡电压作用下测量电缆内部潜在缺陷产生的局部放电。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测原理,2,外施电压产生直流电源对被试电缆电容充电,通过合高压固态开关,使设备电感与被试电缆电容发生谐振,在被试电缆上施加阻尼振荡电压。
由于每次加压时间很短,所以OWTS测试是一项无损的测试。
局放测算方法采用传规IEC60270推荐标准。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测原理,2,局放定位方法脉冲反射电缆局放定位采用脉冲反射原理。
由于电缆中脉冲波传播的速度对确定的电缆绝缘是已知常熟,所以测出放电脉冲与其经远端反射后的脉冲波之间的时延,就可以算出放电点的距离。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测原理,2,局放定位方法脉冲反射,t1=x/vt2=(2l-x)/v,局放电压入射波:
局放电压反射波:
时间差:
t=t2-t1=2(l-x)/v,OWTSM28,OWTSM60,OWTSH150OWTSH250OWTSH350OWTS产品涵盖了常见的电缆电压等级,从10千伏电缆直到220千伏的高压电缆,都有相应等级的产品覆盖,使其能够广泛用于电缆测试工作中。
高压系列,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,OWTS系列中压系列,OWTS振荡波在现场的应用新电缆投运前更换接头后定期跟踪测量检查电缆主绝缘状况检测电缆附件的安装工艺出现局放,评估局放水平,如必要,需对附件进行针对性的维修和更换。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,局放起始电压PDIV局放终止电压PDEV,局放起始电压PDIV局放终止电压PDEV,局放程度pCPD模式特征,局放程度pCPD模式特征,测试过电压破坏性测试过电压破坏性介损介损,DAC测试电压与连续正弦交流测试电压的等效性连续正弦交流测试电压(20-300Hz)阻尼正弦交流测试电压(20-300Hz)介质损耗,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,OWTS,振荡波技,统的,术与传,耐压试验,异同,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡过程中,利用行波法对局放信号进行定位。
OWTS系统一次加压试测即可同时检测整条电缆及其附件的绝缘状态,包括终端头、各个中间头及电缆本体。
由于采用非触发采样方式,故一次测试可以定位多个局放点。
受电缆电容量影响小由于电缆电容较大,一般的耐压试验设备在测试时受自身容量限制,可能会出现容量不够而无法测试的情况。
OWTS系统由于振荡过程中高压元件不参与加压,产生振荡电压完全由电缆自身充放电产生,故受电缆长度影响小。
电缆等效电容越大或电感取值越大,振荡频率越低,同时振荡回路品质因素越低。
为尽量提高品质因素,电缆等效电容一定时,选取更小的电感较合适。
当被测电缆很短时,振荡频率极有可能超过1kHz,可以通过并联系统电容的方法来降低,使振荡频率不至于过大。
此外,利用振荡电压与振荡电流公式可以推导出某个振荡电压下电容的介质损耗角。
适合现场测试OWTS系统采用便携式设计,重量轻,现场安装简单,也可以将系统放在一辆面包车内,更加方便地对电缆进行测量。
判断在线检测异常的设备OWTS系统提供小波滤波和频带滤波两种方式,配合结果的统计学算法,排除现场杂散信号的干扰,准确反应局放信号,使得结果基本不受环境干扰的影响,同时也最大程度避免不同人员操作分析的误差,避免误判。
振荡波局放检测技术优势1定位电缆中的缺陷点,3,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测要求,4,人员要求开展电力电缆振荡波局部放电检测人员的要求如下:
熟悉电力电缆振荡波局部放电检测技术的基本原理和检测程序,了解电力电缆振荡波局部放电检测仪器的工作原理、技术参数和性能,掌握电力电缆振荡波局部放电检测仪的操作程序和使用方法;了解被检测设备的结构特点、工作原理、运行状况和导致设备故障的基本因素;具有一定的现场工作经验,熟悉并能严格遵守电力生产和工作现场的有关安全管理规定。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测要求,4,安全要求应严格执行国家电网公司电力安全工作规程的相关要求;检测至少由三人进行,并严格执行保证安全的组织措施和技术措施;应有专人监护,监护人在检测期间应始终行使监护职责,不得擅离岗位或兼职其他工作;应确保操作人员与测试仪器高压部分保持足够的安全距离。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测要求,4,检测条件要求电力电缆振荡波局部放电检测应满足如下条件:
检测对象及环境温度宜在-10+40,相对湿度一般不大于90%;天气以晴天为宜,不应在雷、雨、雾、雪等气象条件下进行;试验时避免电焊、气体放电等强电磁信号干扰;被试电缆本体及附件应当绝缘良好。
被试电缆的两端应与电网的其他设备断开连接,避雷器、电压互感器等附件需要拆除,电缆终端处的三项间需留有足够的安全距离。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测要求,4,试验电压要求电力电缆振荡波局部放电检测试验电压应满足如下条件:
试验电压的波形连续8个周期内的电压峰值衰减不应大于50%;试验电压的频率应介于20Hz500Hz;试验电压的波形为连续两个半波峰值呈现指数规律衰减的近似正弦波,不得出线波形失真的现象;在整个试验过程中,试验电压的测量值应保持在规定电压值得3%以内。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测要求,4,检测周期要求新设备投运前进行电力电缆振荡波局部放电检测,并将测试数据作为初始数据,今后运行中测试应与初始数据进行比对;更换中间接头之后进行电力电缆振荡波局部放电检测;必要时,对重要线路进行重点检测。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测准备工作,5,检查仪器完整性,确认仪器能正常工作,保证现场交流电源满足仪器使用要求;检查现场试验区域,确保试验区域满足安全要求;检查试验环境是否符合测试要求。
掌握被试电缆的基本信息,包括电缆长度、型号、投运时间等。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测检测步骤,6,1绝缘电阻测量利用兆欧表分别测量被试电缆的绝缘电阻,存在故障的电缆不能进行振荡波检测。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,62电缆振长荡度测波量局放检测检测步骤利用闪测仪测量电缆全长,全长测试完毕记录之后再读取明显的中间接头位置。
将测试线连接至L1输出口,另一端连接到电缆线芯和屏蔽。
按“开机”(光线不好时可在设备启动后按“背光”)按“相”,用“旋钮”调节到“L1”按“模式”,用“旋钮”调节到“single”按“半波速”,用“旋钮”调节到“85”按“增益”,用“旋钮”调节到“0”按“放大”,用“旋钮”调节到“x1.0”,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测检测步骤,6,2电缆长度测量读取电缆全长:
按“范围”,用“旋钮”调节长度范围,比电缆长度要大,看到末端向上的反射波形。
(确认是否末端的方法有:
一是继续放大范围,看到二次反射波形。
二是将末端电缆线芯接地,反射波形变为向下)按“指针”,用“旋钮”调节到末端反射波形的上升沿位置;读取数据时,可按“放大”,放大指针所在位置波形,然后移动“指针”,精确读取。
读取完成后,将“放大”改回“x1.0”,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测检测步骤,6,2电缆长度测量读取明显的中间头位置:
按“增益”,用“旋钮”适当增大,看到明显的中间头的反射波形按“指针”,用“旋钮”调节指针,移动到中间头反射波形上升沿位置。
数据时,可按“放大”,放大指针所在位置波形,然后移动“指针”,精确读取。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,有线连接:
192.168.150.2无线连接:
192.168.28.2,振荡波局放检测检测步骤,6,3电缆信息输入连接好设备,启动之后电缆基本信息。
包括测试者、电缆起点位置、电缆终点位置、电缆实际测量长度、电缆相对地电压、中间接头等,并正确选择电缆芯数(选择“三芯电缆”或“三相单芯电缆”)。
实际测量长度,10kVUo=8.7kV,35kVUo=20kV,110kVUo=64kV,220kVUo=127kV,中间头信息距测试端距离,选择“三芯电缆”或“三相单芯电缆”,电缆型号,型号或编号,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测检测步骤,6,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测检测步骤,6,4测试回路校准目的:
局放值读数波速衰减,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测检测步骤,6,5现场测试多周期分别对三相进行逐级加压测量,并保存数据。
新安装电缆振荡波局放检测试验电压为2.0U0(额定电压),大修新做终端或接头后电缆振荡波局放检测试验电压为1.7U0(额定电压)。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,6,振荡波局放检测检测步骤5现场测试多周期,逐步升高电压RMS值进行局放测量,并确定初始电压。
局放起始电压Ui(PDIV):
当施加于电缆上的电压从某一测量不到局放的较低值逐渐增加到初次测量到电缆中局放时的最低电压。
测试系统的精度及背景噪声直接影响到局放起始电压的测量。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,6,振荡波局放检测检测步骤5现场测试多周期,从局放测量电压逐步降低电压RMS值进行局放测量,并确定熄灭电压。
局放熄灭电压Ue(PDEV):
当施加于电缆上的电压从某一测量到局放的较高值逐渐减小,直到电缆中停止出现重复性局放时的电压。
Ue一般小于Ui,是评估电缆局放点危险性的一个重要参数。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测检测步骤,6,6绝缘电阻测量试验完成并充分放电之后利用兆欧表分别测量被试电缆的绝缘电阻,绝缘电阻在试验前后差值不得高于到50%。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测注意事项,7,测试前要先用万用表测量电源,如果电源电压不稳定,需使用稳压电源;输入的电缆长度要以闪测仪现场测试数据为准,有时采用竣工图数据会使测量结果误差较大;在放电量标定过程中,除了要找准经末端的反射波,还要注意系统显示的电缆波速,(交联电缆波速范围160172m/s,油纸电缆154166m/s),如果测试电缆波速不在上述范围,说明电缆长度输入有误;加压测试要逐相进行,非测试相必须可靠接地;测试完成一相后,关闭电源,对该相及设备高压端进行充分放电后,才能进行下一相的试验接线及加压测试。
测量过程中,一定选择合适的局放量测试量程,量程选择不合适,会影响测试分析结果。
详细的测试报告有助于制定合适的维护方案,另外,作为电缆维护的历史资料,在电缆状态监测工作中也有很高的参考价值。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测生成报告,8,详细的测试报告有助于制定合适的维护方案,另外,作为电缆维护的历史资料,在电缆状态监测工作中也有很高的参考价值。
OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测生成报告,8,原始脉冲,依据“相似性”和“衰减性”选择出与“原始脉冲”对应的“反射脉冲”,反射脉冲,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,振荡波局放检测数据分析,9,OWTS电缆局放定位的核心技术是脉冲反射原理,准确判断一对“入射波”与“反射波是正确分析试验结果的前提。
反射波一般具有以下特点:
反射波幅值比入射波幅值小反射波波形比入射波波形宽反射波波形可能有畸变,测试结果的判定标准是建立在统计学的基础上的。
经过滤波后单一、离散的数据对局放结果的分析影响不大,因此可最大限度避免干扰造成的误判-脉冲反射分析过程中,每接受一对“入射波”与“反射波”,就在局放点定位图中生成相应的一点。
图6中,横坐标表示沿电缆全长各点位置(单位:
m),原点表示测量端,最大值表示对端;纵坐标表示局放量大小(单位:
pc)。
判断有无局放局放集中性判断局放严重程度局放点位置本体?
附件?
局放水平局放起始电压(PDIV)局放终止电压(PDEV),电缆振荡波局放检测-局放测试结果的判定,8,OWTS电缆振荡波局部放电检测方法,型号YJV22-3150mm2,667米的10kV电缆A、B、C三相距测试端180m处存在疑似局放(竣工资料显示180m附近有一只电缆接头),最大局放量分别为240pC、300pC、390pC,局放点定位图解剖图片在试验室进行交流流耐压试验同时测量局部放电在15kV下,三相电缆局放情况分别为224pC、290pC、电缆击穿,与OWTS系统的测试结论基本相符。
解体检验分析,接头存在质量问题。
OWTS振荡波技术-案例1:
(a)单个脉冲分析及定位情况(c)放电量及放电位置,(b)三维谱图(d)放电次数及放电位置,(c),10/8.7kVXLPE三芯电缆,1720米,距离测试端755米处有一个冷缩中间接头。
检测发现该电缆在2U0时C相放电量达到7500pC,定位发现放电缺陷就在接头处(a)(b),(d),OWTS振荡波技术-案例2:
经过解体分析,该电缆的导体连接金具外面均缠绕了PVC胶带,为绝缘材料。
红色PVC胶带,为绝缘材料,OWTS振荡波技术-案例2:
OWTS振荡波技术-案例3:
10/8.7kVXLPE三芯电缆,309米距离测试端150米及160米处有两个热缩中间接头。
(a)100pC校准波形,(b)单个脉冲分析定位,OWTS振荡波技术-案例3:
局放分布图,中间头解剖图,在线测试结果,OWTS振荡波技术-案例4:
故障电缆全长3341m,切成3段,分别为2232m,475m和634m,其中:
634m电缆段查出高阻故障在540米处,475m电缆段绝缘良好,2232m电缆段进行OWTS局放诊断,发现600m附近中间头存在明显的局放点,1.7Uo下局放量最高达到3200pC,1Uo下局放量最高达到1100pC。
OWTS振荡波技术-案例4:
500pC校准波形,1.7Uo加压测试截图,OWTS振荡波技术-案例4:
1Uo以下局放分布图,1.7Uo以下局放分布图,OWTS振荡波技术-案例5:
运行较久的110kV电缆敷设时间:
1974绝缘类型:
XLPE中间头数量:
未知(电缆每相中间头数量不同)长度:
1500m运行历史:
敷设5年后,三相均出现随机的意外故障,调查显示电缆取样发现存在水树和电树现象。
上一次故障发生在2009年,电缆维修后使用OWTSHV150系统进行测试,L3,40kV,90kV,诊断(考虑运行历史,加压至Uo64kVrms/90kVpeak)L1L2,OWTS振荡波技术-案例5:
10kV,OWTS振荡波技术-案例5:
局部放电定位(TDR)L2相,OWTS振荡波技术-案例5:
局放分布图L1,L2,L3(40kVpeak),OWTS振荡波技术-案例5:
局放分布图L1,L2,L3(60kVpeak),OWTS振荡波技术-案例5:
局放定位图L1,L2,L3(90kVpeak),OWTS振荡波技术-国内应用状况,2007年底,北京电缆公司和北京电科院引入OWTS振荡波局放检测技术,用于奥运场馆及重要设施的保供电工作。
半年多时间里,共检测电缆300余条(谐振试验通过后),发现接头缺陷20多个,及时地排除了故障隐患,并经过试验室对比验证和解剖,充分证明了这种方法的有效性。
目前,北京供电公司已应用了19套系统,在其状态监测规程中制定了OWTS的相关使用规范,其中规定对于新投运电缆,必须在进行OWTS振荡波局放测试后才可发电。
北京北航奥运场馆测试现场,北京水立方奥运场馆测试现场,北京大学奥运体育馆测试现场,北京朝阳公园奥运体育馆测量现场,OWTS振荡波技术-国内应用状况,OWTS振荡波技术-国内应用状况,2008年底,深圳供电局率先开展在线局放检测与离线局放检测的综合应用,将两种检测方法的优势结合起来,建成一道立体保电网,取得良好的效果。
2009年,济南第11届全运会保供电;共测试场馆新敷设电缆126条约127137km,发现5条电缆存在局放缺陷,其中包括1条本体外力缺陷,OWTS振荡波技术-国内应用状况,2010年,广州第16届亚运会保供电包括协办城市佛山、东莞广州供电局已出台相关试验要求,OWTS振荡波技术-国内应用状况,2011年,深圳第26届世界大学生运动会保供电。
应用OWTSM28及OWTSHV250系统,OWTS振荡波技术-国内应用状况,2013年首届亚博会,新疆公司对重要亚博会场所配电高压进线电缆和3条内部分支高压电缆进行停电振荡波试验和检测,及时发现并排除隐患。
2015年十三冬运会,新疆公司对重要保供电电缆进行测试并成功检测出5处缺陷,有效的保证了冬运会用电安全。
新疆公司自引进该技术后先后共测试251条次,共发现8处缺陷,其中5处为运行电缆。
OWTS振荡波技术-国内应用状况,OWTS振荡波技术-国内应用状况,2011年7月,国家电网配电设备状态检修试验规程中对电缆线路诊断性试验项目,推荐使用先进的OWTS振荡波局放检测技术进行电缆局放测试。
规程中要求实施状态检修要采用先进的诊断检测技术,提升设备的诊断水平,及时找出设备的缺陷部位。
目前,OWTS电缆局部放电检测技术已比较成熟,因此写入本规程要求在全网推广应用。
截止目前,国网公司系统内已有包括北京、上海、重庆、青海、新疆等在内的17个省公司及南方电网公司已开展此项工作。
各公司主要对重要线路及保供电线路进行检测。
北京公司、南方电网公司开展力度较大,并逐步取代竣工交流耐压试验。
张小军,ThankYou!
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