:很多電力運維單位近期都在咨詢兩個核心問題:一是中高壓交聯聚乙烯電纜開展預防性試驗,采用超低頻局放測試相比傳統工頻耐壓、直流耐壓方案有哪些實際價值,二是VLF局放出具的檢測報告是否符合電纜試驗的監管要求,能否作為運維驗收的正式依據。作為在電纜試驗領域應用超過20年的成熟技術,超低頻局放測試目前已經成為國內外電力行業公認的絕緣缺陷診斷有效手段,能夠在不對電纜造成不可逆損傷的前提下,精準識別早期的水樹枝、電樹枝、接頭接觸不良等隱患,大幅降低電纜運行階段的故障發生率。VLF局放的測試原理是基于局部放電的電壓效應,不同的缺陷類型會對應不同的局放相位特征,測試人員可以通過特征比對精準判斷缺陷的類型和嚴重程度。
超低頻局放指的是在0.1Hz超低頻正弦波電壓加壓條件下開展的局放測試,相比工頻50Hz的試驗電壓,0.1Hz的超低頻電壓在長電纜中的容性電流僅為工頻的1/500,因此測試設備的體積、重量都大幅縮小,更適合現場作業場景【1】。傳統的直流耐壓試驗雖然設備便攜,但會在交聯聚乙烯電纜的絕緣層中積累空間電荷,反而會加速絕緣老化,甚至誘發正常電纜在試驗后發生擊穿,而VLF局放采用的交流超低頻電壓不會產生空間電荷積累,屬于非破壞性試驗,適合反復開展的預防性試驗場景。
目前超低頻局放測試的適用場景覆蓋了6kV到220kV電壓等級的交聯聚乙烯電纜,包括新敷設電纜的交接試驗、運行中電纜的預防性試驗、故障修復后的驗收試驗三大類,其中在工礦企業配網電纜、新能源電站集電線路電纜、城市核心區配網電纜的預防性試驗中應用*為廣泛。我們在2023年服務某光伏電站的32條35kV集電線路電纜試驗時,*采用VLF局放技術,僅用3天*完成了全部電纜的測試,提前發現了3處接頭安裝缺陷,避免了電站投運后可能發生的停運事故。
對于政府監管部門、公共運維單位關心的標準合規性問題,目前國內已經出臺了多項明確的技術標準支撐超低頻局放測試的應用,其中《6kV~35kV交聯聚乙烯絕緣電纜超低頻耐壓試驗導則》(DL/T 1576)明確將超低頻局放測試列為電纜預防性試驗的推薦診斷項目,部分省級電網公司、市政電力管理部門也已經將局放測試列為10kV及以上電纜投運前、運行階段的必選試驗項目【2】。
測試報告的有效性方面,只要承接電纜試驗的機構具備CMA檢驗檢測機構資質,測試人員持有電力安全作業證和特種試驗設備操作證,嚴格按照標準流程開展超低頻局放測試,出具的檢測報告*具備法律效力,可以作為監管部門驗收、運維單位制定運維方案的正式依據。需要注意的是,不同地區的監管要求可能存在差異,開展測試前可以提前向當地電力監管部門報備測試方案,確保試驗流程、報告格式符合當地的管理要求。
從測試參數的規范性來看,目前行業內通用的超低頻局放測試參數要求為:0.1Hz正弦波電壓下,10kV電纜的試驗電壓為18kV,35kV電纜的試驗電壓為52kV,加壓時間為15分鐘,局放測試的背景噪聲應控制在2pC以內,確保能夠準確識別5pC及以上的局放信號,測試過程中需要同步記錄加壓時長、電壓波形、局放信號幅值、相位特征等數據,作為報告的支撐材料。
對于企業用戶關心的測試成本、現場實施難度等問題,目前超低頻局放測試的單公里成本已經較十年前下降了60%以上,相比傳統耐壓試驗加事后故障排查的綜合成本,采用超低頻局放開展預防性試驗的投入產出比更高。以10kV配網電纜為例,單段1km電纜的超低頻局放測試成本僅為傳統耐壓試驗的1.2倍左右,但如果通過測試提前發現一處缺陷,*能避免后續數萬元的故障搶修、停電損失,對于連續生產的工礦企業、數據中心等用戶來說,收益更為明顯。
現場開展VLF局放測試需要注意幾個核心要點,首先是測試前要斷開電纜兩端連接的所有設備,包括變壓器、開關柜、避雷器等,做好電纜兩端的安全接地措施,避免試驗電壓對其他設備造成損傷;其次是要清理測試現場的電磁干擾源,附近不要有大功率的無線電發射設備、高壓帶電設備,必要時可以采用屏蔽線連接測試設備,降低背景噪聲對測試結果的影響【3】;第三是要合理安排測試批次,同一路由的多段電纜可以集中安排測試,分攤設備進場、人員調度的成本,同時也能減少整體的停電時長,降低對正常生產生活的影響。
我們在服務某工業園區的電纜預防性試驗時,*采用了集中批次測試的方案,把園區內18條10kV電纜的測試安排在同一個*的停電窗口,僅用2天*完成了全部測試,相比分段安排測試的方案,整體成本降低了35%,也減少了對園區企業日常生產的影響。
超低頻局放測試的結果判讀需要結合局放信號的幅值、相位特征、重復頻率三個維度綜合判斷,不能僅以單一的幅值作為判定依據。通常來說,測試過程中未檢測到明顯局放信號的電纜,可以判定為絕緣狀態良好,按照標準要求的3年周期開展下一次預防性試驗即可;如果檢測到的局放信號幅值在100pC以下,且沒有明顯的隨電壓升高而增長的趨勢,可判定為絕緣存在早期劣化,需要縮短試驗周期到1-2年,跟蹤劣化趨勢;如果局放信號幅值超過100pC,或者隨電壓升高出現明顯增長,或者存在典型的電樹枝、水樹枝對應的相位特征,*需要判定為存在嚴重缺陷,立即安排停電檢修,定位缺陷位置并更換故障段電纜【4】。
目前很多城市的市政電力管理部門已經把VLF局放的測試結果納入電纜全生命周期管理系統,作為電纜運維、更新改造的核心決策依據,比如某一線城市的核心區配網電纜,連續5年采用超低頻局放開展預防性試驗,電纜的年故障發生率從0.8次/百公里下降到0.2次/百公里,每年減少的故障搶修、停電損失超過2000萬元,運維效率大幅提升。對于企業用戶來說,也可以建立自己的電纜局放測試檔案,每次測試的結果都存入檔案,通過對比不同周期的測試數據,更準確地判斷電纜的絕緣劣化趨勢,提前安排運維計劃,避免突發故障的發生。
【1】6kV~35kV交聯聚乙烯絕緣電纜超低頻試驗技術規范
【2】電力設備預防性試驗規程
【3】電力設備局部放電現場測量導則
【4】中壓交聯聚乙烯電纜超低頻局放測試應用指南