电力电缆带电检测和在线监测技术现状及应用.ppt
电力电缆带电检测和在线监测技术现状及应用中国电力科学研究院高压所2015年6月,带电检测和在线监测简介,局放检测发展现状,中国电科院开展工作介绍,1,2,3,提 纲,存在问题、实施建议,4,相关标准及典型案例,5,随着电网规模迅速扩大和用电需求的迅猛增长，社会对电网供电可靠性要求越来越高。作为状态检修的重要内容，电力设备带电检测（在线监测）技术的全面深入应用，能及时发现电力设备潜伏性运行隐患，避免突发性故障的发生，是电力设备安全、稳定运行的重要保障。凭借带电检测（在线监测）设备和诊断技术，我们在超前防范电缆线路隐患、降低事故损失、降低供电风险等方面大有可为。,1 带电检测和在线监测简介,高压电缆带电检测（在线监测）主要手段：1、局放检测（监测）2、红外测温3、光纤测温4、接地电流检测（监测）5、油压在线监测（充油电缆）,1 带电检测和在线监测简介,带电检测：采用便携式检测设备，在运行状态下，对设备状态量进行的现场检测。目前主要应用的几种检测技术：局放检测（高频3-30MHz、特高频0.3-3GHz、超声20-200kHz）、红外检测、接地电流检测。特点：带电短时间内检测，有别于长期连续的在线监测，具有投资小，见效快。Cigre B1.28统计显示，目前包括中国在内有29个国家不同程度开展了电缆线路带电检测检测工作，发现了大量绝缘缺陷。意大利、德国、英国等国家带电检测技术较为领先。,1 带电检测和在线监测简介,在带电检测方面，国家电网公司各单位定期开展红外测温和接地环流检测，及时处理设备缺陷，积极探索超高频、高频、超声局部放电测试方法，不断积累现场测试经验，提高对测试数据的分析判断水平，2013年通过带电检测发现并处理电缆线路缺陷3000多次。现状：其中红外测温、环流检测应用较为广泛，局放检测技术结果判读难度高、专业性强的特点限制了推广应用。,1 带电检测和在线监测简介,在线监测：对高压电缆的温度、接地电流、局部放电进行连续监测。国内，北京、天津、山东、上海、福建、四川、广东等公司电缆在线监控系统覆盖井盖异动、环流、温度、局部放电、气体、水位、视频等监控手段，实现电缆设备及通道的运行监控，全面提升电缆线路的安全运行水平。国家电网公司电缆本体类监测装置2000多套，电缆通道类监测点超过15000个，覆盖电缆通道长度超过1500公里。,1 带电检测和在线监测简介,目前主要为接地电流监测、视频监控、水位监测、光纤测温、气体监测、火灾监测等在线监测装置。局放监控仅在少量线路上进行经验积累。,电缆设备在线监测装置分布情况,1 带电检测和在线监测简介,1 带电检测和在线监测简介,分布式光纤测系统：,借助1.0米宽的激光脉冲和高速数据采集器，DTS可以获得光纤上每一米的温度,一根长达10千米的光纤全线的每米的温度状态可以通过一台DTS主机获得，这等价于10000个传统点式传感器,“光纤就是传感器”,1 带电检测和在线监测简介,buffer,buffer,DTS工作原理 系统基本结构和输出,激光器,控制电路,光电转换,温度计算和输入输出,分路滤波,激光脉冲（以固定时间间隔发出）,Anti-stokes,Stokes,输出：分布温度曲线,参考光纤,控制电路,buffer,信号采集及控制,分布式光纤测系统：,1 带电检测和在线监测简介,国网公司系统内应用约有400多套，主要集中在北京、上海、四川、山东等地。应用DTS的电缆电压等级从10kV到500kV都有，但主要集中在110kV和220kV电缆线路上；应用环境以隧道、排管居多。,分布式光纤测系统：,1 带电检测和在线监测简介,最近几年的实践看，DTS已被证实是目前电缆线路负荷在线监测的最佳手段之一，同时也可以为运行优化工作提供详尽的电缆负荷-温度响应的历史资料,实现对电缆安全载流量的闭环管理，提高电缆的负荷安全水平和资产利用率。,金属护套接地电流检测（监测）单芯电缆线路外护套发生老化或破损等现象时，金属护套上接地电流将有明显变化。通过测量单芯电缆线路金属护套接地电流，可以及时反应电缆线路接地系统的健康状况。案例：2012年12月，某公司110kV苑南支一线电缆线路1号接地箱外护层接地电流发现超标，最高达100A（负载电流约150A），接地电流/负荷比值50。经检查发现系设计错误造成电缆金属护层双端接地。对其进行停电消缺后接地电流恢复正常。,1 带电检测和在线监测简介,2.1 机理简介 2.2 电缆系统局放 2.3 检测方法（常规、高频、超高频、超声)2.4 国内外应用进展,2 局放检测发展现状,本质原因：绝缘体局部区域的电场强度达到击穿场强,电场不均匀,电介质不均匀,气泡和杂质,2.1 局放机理简介,导致电缆系统产生局放的几点原因,2.2 电缆系统局放,电力电缆局部放电检测应用场合：（1）实验室（制造厂）内对电缆及附件进行质量控制实验（2）竣工试验（验证现场安装工艺）（3）带电检测和在线监测（以发现绝缘缺陷/劣化）,2.2 电缆系统局放,宏观物理效应,检测手段,2.3 检测方法,标准推荐方法（实验室）：脉冲电流法：30 kHz-500 kHzpC标准：IEC 60270；GB/T 7354-2003；DL/T 417-2006非标准测量方法（现场，尚未发布的IEC62478）：2.超声波AE:20 kHz-200 kHz3.高频HF：3 MHz-30 MHz4.甚高频VHF：30 MHz-300 MHz5.特高频UHF：300 MHz-3 GHz,2.3 检测方法,放电信号有较广的频率分布范围 目前主流：选频、高频宽带、全频带,2.3 检测方法,高频：用高频CT或电容型传感器从高压电缆接地回路中提取电信号，信号经滤波、放大、模数转换等后通过软件分析处理显示。,检测点：以电缆附件为主,2.3 检测方法,主流局放带电检测架构,2.3 检测方法,高频案例：美国G&W金属应力锥电缆终端上检测到明显局放信号。,2.3 检测方法,超高频检测工作频率高，抗干扰能力强，容易区分典型干扰信号。尽量避免手机、灯具、马达等的干扰。信号衰减较快，利于根据强度定位。,雷达干扰信号,2.3 检测方法,高采样率、可多通道高速示波器应用于局放源定位。,2.3 检测方法,耐克森充油GIS终端缺陷 河北公司在处理 220 千伏兆通变电站进线充油电缆GIS 终端渗油缺陷时，发现电缆硅油聚合结晶和内部放电情况，并及时进行了分析处理，消除了设备隐患。经中国电科院和北京公司综合检测和分析，缺陷原因初步判断为电缆终端内排气管中油未充满，在高电压作用下空腔排气管电场畸变，使绝缘硅油发生化学反应产生聚合物，随着反应加剧发生局部放电。,2.3 检测方法,耐克森充油GIS终端缺陷,应力锥顶部的聚合物,2.3 检测方法,2012年1月，应用特高频、高频设备发现某站内GIS间隔的A相电缆终端有异常局放信号，信号最高幅值约为230mV。经离线试验发现放电缺陷位于终端环氧套管内，再采用X光透视扫描确认在环氧套管内嵌的高压电极与环氧树脂之间存在明显气腔。,局放检测和X光透视发现终端环氧套管缺陷,2.3 检测方法,超声波检测 超声波是指频率高于20kHz的声波。电缆、电缆附件的一些缺陷会产生超声波，检测仪能采集这些信号并将其转化、放大为人耳可以听到的声波，从而进行缺陷性质的判断。一般在2040kHz范围内测量，可分为接触式测量和非接触式测量。根据声强能进行初步定位。,2.3 检测方法,超声波检测案例：2009年4月，发现并定位某变电站110kV变压器电缆仓内局放。拆检确认为酚醛纸筒制造质量问题。,2.3 检测方法,超声波检测应用：简便。操作人员应积累经验，较微弱信号没有分贝值但耳机中可能听到放电声。,在电缆终端结构较薄弱、有利于超声信号透出的位置进行测量，如油嘴、密封缝隙。需排除机械震动的干扰，必要时采取遮挡、屏蔽等干扰隔离措施。,2.3 检测方法,北京公司自2007年开始，在高压电缆带电检测上开展了红外热成像、接地电流、超声波、高频局放、特高频局放等检测项目。2008-2012年以来电缆线路带电检测数量成逐年增加趋势，而检出缺陷量逐年递减，已累计发现并处理缺陷附件29组，验证了带电检测手段的有效性，极大提高了运行设备的健康水平。,2.4 国内外进展,2012年之前，北京公司开展的电缆终端及接头检测数量如下:,2.4 国内外进展,完成了国产首回500kV电缆工程驻厂监造、交流耐压及同步检测局放的试验应用，为今后国产化500kV交联电缆的工程化应用及现场检测技术奠定坚实基础。,2.4 国内外进展,上海公司（中国电科院参与）大长度220kV电缆变频谐振耐压试验+局放,2.4 国内外进展,2.4 国内外进展,发现局放异常，解剖发现外半导电层受损,3.1 典型接头缺陷局放试验研究3.2 两次电缆局放在线检测设备比对实验3.3 耐克森缺陷局放复测、上海500kV修后局放复测3.4 现场干扰抑制,3 中国电科院开展工作介绍,缺陷类型设计原则,人工缺陷部位选取在电缆接头，缺陷类型设计要能真实反映电力电缆线路在敷设、安装、运行过程中暴露出来的具有代表性的典型缺陷性质、特征和放电机理。,电缆接头是电缆线路绝缘最薄弱环节，容易发生运行故障。,3.1 典型缺陷试验,主绝缘表面导电颗粒悬浮缺陷,3.1 典型缺陷试验,外半导电层断口处半导电尖端缺陷,3.1 典型缺陷试验,预制件安装错位缺陷,3.1 典型缺陷试验,局放信号获取采用电容耦合法,电容耦合传感器及其等效电路,3.1 典型缺陷试验,35 kV电缆（含缺陷）局放试验研究,3.1 典型缺陷试验,110 kV电缆（含缺陷）局放试验研究,220kV电缆（含缺陷）局放试验研究,3.1 典型缺陷试验,两次国内外市场电缆局放在线检测设备比对实验对国内外市场上六家局放检测设备进行了2次性能测评试验。采取盲测形式，试品可能为完好无局放，也可能为有单一缺陷（局放源），也有可能为2个缺陷（局放源）的电缆试品。测试环境：屏蔽大厅、典型干扰信号识别与消除、户外长强电磁环境。,3.2 局放设备测评,3.2 主流设备测评,两次国内外市场主流电缆局放在线检测设备比对实验感受：（1）局放检测人员技术要求较高。同一套设备，前后2次比对试验人员不同，其检测结果差异大。（2）设备差异主要在干扰抑制。必须利用各类软硬件手段排除干扰，提取出局部放电信号。优秀的设备都有创新性且现场良好适用性的抗干扰方法。,3.2 主流设备测评,举例：信号分离技术,3.2 主流设备测评,厂家1:根据脉冲时域特征，形成等效时长-等效频率图，将谱图进行分类。,举例：信号分离技术,3.2 主流设备测评,厂家2:根据三相放电量大小，形成类A-B-C（120度相位差）谱图，区分不同的放点簇。,三相幅值比较形成过程,2012年8月耐克森GIS充油终端局放现场复测：某公司110kV II滨云线（长123米）、汉云线（长109米）电缆型号均为ZR-YJLW02-64/110-1*500，均用于出变电站接架空线路。电力公司首次检测认为为严重的局放信号。,3.3 评价复测,经过现场复测发现，三相终端接地线上均可测得明显的脉冲信号，且A相上测得的信号幅值大于B、C相。由此判断信号源来自A相，且在B、C相上有耦合信号。通过各相本体电流信号过零触发，三相放电谱图具有明显的120相位差，且信号谱图呈现电晕类放电的特征。该信号为外部电晕放电耦合进来的信号，并非电缆终端自身局放。体会：现场判断可利用同类型邻近线路排除干扰，避免误判。,3.3 评价复测,上海500kV三静5191电缆线路接头故障修复后复测：上海公司500kV三静5191电缆线路在6月24日21:30至-6月25日21:30进行U0下24小时空载耐压试验。6月26日-29日，参与故障修复后的局部放电检测工作。,3.3 评价复测,由于高压电力设备所处的现场干扰信号多而复杂，幅值甚至达到数十V，而局部放电信号通常是很微弱的几十mV的脉冲信号，被现场各种干扰和噪声所淹没。实现在线检测的关键问题之一就是如何从强干扰中检测出微弱的随机的放电信号。PD检测现场干扰类型很多，按时域波形特征可分为连续性的周期干扰、脉冲性干扰和白噪声干扰三类。,3.4 干扰抑制,在线检测干扰分类,连续的周期性干扰,脉冲性干扰,背景噪声,中波广播载波通信,周期性脉冲干扰：可控硅开闭随机性脉冲干扰：电焊操作等,电气设备背景噪声检测仪器自身噪声,选频、带阻滤波、自适应滤波、数学形态滤波器等,极性鉴别、差动平衡、相位开窗,小波降噪等,影响PD：幅值 极性 波形,3.4 干扰抑制,目前国内外对局部放电抗干扰和模式识别开展了大量的研究工作，研究重点主要在于如何构造能够反映不同放电源类型的局放模式,从这些模式中提取有效的特征参量,并训练合适的分类器最终对局部放电源类型做出判断。,类似：人群胖瘦分类,3.4 干扰抑制,下图为110kV电缆线路终端处实测到的放电量-放电相位谱图，可见整个谱图由外部干扰、疑似的内部局放构成，如果不进行有效的信号分类和相间分析，判断是否存在局放具有相当难度。,3.4 干扰抑制,需要指出的是，PD幅值和绝缘何时击穿没有明确的关系。幅值较小而密集的内部空穴放电可能比幅值大的沿面放电更容易导致绝缘击穿。对交联电缆和附件现场局放在线检测来说，灵敏度比准确度要更为重要。因此，仍需继续研究更好的局放信号提取技术，做到既能很好地抑制干扰，大幅提高信噪比，又能较好地保留局放信号的幅值、极性和波形特征。,3.4 干扰抑制,利用频域内阈值处理+小波变换提取脉冲信号,现场采集的混杂信号,提取出的脉冲类信号,3.4 干扰抑制,时频分析,3.4 干扰抑制,去伪存真,3.4 干扰抑制,某220kV接头实测：该组接头无可测PD,3.4 干扰抑制,状态检测和诊断水平有待提升,一是部分单位局部放电带电检测技术应用率依然较低，手段较为单一，发现内部隐蔽缺陷能力有待提高。部分单位超声波、地电波、高频、超高频等局放检测方法应用不足，带电检测仍需大力拓展。二是在线监测相关技术标准体系仍不健全，需要进一步完善；接地环流监测、井盖监控等先进实用的监测（控）装置安装不到位;当前各单位在线监测系统均自行开发，缺乏统一管理；在线监测系统传感器和通信部件缺陷率较高，需要进一步整治提升。,4 存在问题和实施建议,建议：推行大规模普测、疑似信号复测、问题设备重点监测的作业方式。深化应用红外测温、环流检测、(超)高频、超声波和振荡波局放检测等手段，积极积累经验，提高电缆设备状态管理水平。针对66千伏及以上输电电缆设备，应继续加强红外测温、环流检（监）测、局放巡检（监测）等技术应用；对重要高压、超高压线路可安装监测系统，积累经验。规范和稳妥推进电缆线路在线监测系统建设。针对35千伏及以下配电电缆设备，应积极采用红外测温、重要电缆线路振荡波局放测量、接地系统环流测试、快速故障定位技术，进一步提高设备可用率。,4 存在问题和实施建议,1 扎实推进电缆带电检测和在线监测应用工作,完成电缆在线监测系统接入PMS系统的首批试点，国网北京、上海、浙江、福建、湖北、四川电力完成电缆及通道在线监测系统的接入PMS系统工作；印发电缆线路局部放电缺陷检测典型案例和图谱库（第二版），供各单位借鉴，进一步提高电缆线路缺陷发现能力，深化数据分析诊断，切实提高电缆线路缺陷发现和分析判断水平。牵头编制电缆线路局部放电带电检测装置技术规范、电力电缆线路分布式光纤测温系统技术规范（Q/GDW 1814-2013）、电力电缆线路试验规程（Q/GDW 11316-2014）。牵头开展相关纵向科研项目：高压电缆网状态量精确测量及综合运行监控技术研究、10500kV电缆线路综合带电检测及深化应用研究。,5 近期相关工作,从近年来国内外试验经验来看，通过了耐压试验的高压电缆线路在运行不久即发生击穿的现象也屡有发生，交接试验规定24h空载耐压试验不能完全有效地发现高压交联电缆线路安装过程中存在的质量问题。2014年制定的企标电力电缆试验规程对交接试验耐压试验电压及耐受时间的做出了新的规定：电缆线路交接试验中不允许采用24h空载试验代替耐压试验；220kV以上电缆线路耐压试验耐受电压均为1.7U0，不允许采用较低电压进行试验；对于66kV以上电缆线路，在耐压试验的同时，均要求开展局部放电试验。,5 近期相关工作,2 电力电缆线路试验规程（Q/GDW 11316-2014）,6 相关标准及案例,（1）电力电缆试验规程（2）电缆线路局部放电带电检测技术规范（3）电力电缆线路分布式光纤测温系统技术规范（4）电缆线路局部放电缺陷检测典型案例,谢 谢！,
