高壓電纜及其附件是輸電系統(tǒng)的重要組成部分，其質(zhì)量問題關(guān)系到電網(wǎng)的安全運行。一旦電纜設(shè)備出現(xiàn)故障，將會造成巨大損失。因此，對電纜進行狀態(tài)監(jiān)測意義重大。局放量檢測是目前最為常用的狀態(tài)監(jiān)測手段。本文討論了局放的基本原理以及各種典型局放缺陷，對比了不同電纜局放檢測方法的優(yōu)劣。

什么是局部放電？

局部放電是發(fā)生在設(shè)備絕緣內(nèi)部，未貫通高低壓電極的放電現(xiàn)象，會造成絕緣劣化，最終導致電纜壽命縮短。傳統(tǒng)的油浸紙絕緣電纜，局放對其絕緣性能影響較小，而對于固體絕緣電纜，如XLPE（交聯(lián)聚乙烯）或者硅橡膠電纜，局放會對其絕緣造成永久性損傷，導致絕緣性能下降。圖1展示了局放模型與等效電路。在生產(chǎn)或安裝過程中，電纜絕緣內(nèi)部存在缺陷，如固體絕緣的空隙（void），液體絕緣的氣泡，或電場不均勻處。將空隙等效為電容c1，空隙的上層以及下層的絕緣材質(zhì)等效為c2，臨近部分的完好絕緣等效為c3。我們可以獲得局放電路的等效模型。局放通常發(fā)生在絕緣內(nèi)部，而且等效電容c1、c2以及c3無法被測量，因此，局放檢測屬于非直接測量手段。

等效電路的電壓與電流波形如圖2所示。電壓UP（t）為施加在主絕緣上的系統(tǒng)電壓，U10（t）為空隙上的電壓。當U10電壓升高到空隙的擊穿電壓UZ時，空隙擊穿，C1兩端電壓下降，空隙絕緣恢復，同時C2被充電，當U10高于擊穿電壓Uz時，以上過程重復發(fā)生。而每次局放時，都將會在絕緣泄漏電流上疊加一個小的脈沖放電，如圖2所示。通過檢測放電脈沖發(fā)生的位置、時間以及幅值，我們可以對設(shè)備的絕緣運行狀況進行評價。

不同頻率下的局放

不同頻率以及電壓波形下局放的測量方法基本一致，因此，除了在工頻電壓下測量電纜局部放電外，還可以采用現(xiàn)場試驗的方法，在電纜上施加不同波形頻率的電壓，對電纜進行局放試驗。

由于直流電壓對于電纜絕緣的破壞作用較大，因此不建議在直流電壓下測量電纜局放，本文也不對其進行討論。

工頻電壓下的測量技術(shù)

目前普遍認為，50Hz電壓下的局放試驗是應用最為廣泛的局放測量方法，最為主要的原因是運行電壓頻率為50Hz，局放測量結(jié)果與實際最為接近。然而，輸電電纜線路長度較長，對實驗設(shè)備的容量要求較高。圖3為工頻電壓下局放測試試驗布置圖。分為變壓器、分壓器以及被試電纜三部分。

20至300Hz下的諧振測量方法

圖4為諧振頻率下的局放試驗布置示意圖，與工頻電壓下的布置基本一致。根據(jù)IEC62067（≥245kV）與IEC60840（＜245kV）標準，電纜的試驗頻率范圍為20至300Hz。試驗布置采用串聯(lián)諧振的方法，試驗頻率如下所示。

上式中，c為電纜的等效電容量，L為串聯(lián)電纜。由于串聯(lián)諧振的特性，其對變壓器的容量要求遠小于工頻電壓。此外，通過調(diào)整電感數(shù)值的大小，可以匹配不同長度、型號的電纜。

0.1Hz超低頻試驗技術(shù)

IEC60060規(guī)定，0.1Hz的電纜局放試驗波形，可以采用正弦波或方波。由于電壓頻率較低，電纜的充電效應大大減弱，試驗電源的容量也隨之減?。üゎl下的1/500）。相同時間下超低頻試驗電壓過零次數(shù)遠小于50Hz工頻試驗，因此其局放重復次數(shù)要小于工頻試驗，通常不能采用局放重復次數(shù)來評價電纜或附件的運行狀況。對于含有非線性電阻的電纜附件，不宜采用超低頻試驗，因為可能會對絕緣產(chǎn)生損傷。

振蕩波測量方法

振蕩波試驗布置如圖6所示，可以看做快速開關(guān)與諧振電路的結(jié)合。其試驗原理為，通過直流電源對電纜進行充電，在達到一定電壓后開關(guān)突然合上，此時電纜與電感形成串聯(lián)回路，電纜（大電容）中儲存的能量在電容與電感之間來回振蕩，在振蕩過程中電纜的局放量被獲取。這項技術(shù)主要應用在60kV及以下的電纜設(shè)備中，隨著技術(shù)的進步，在更高電壓設(shè)備上應用逐漸增多。

這項技術(shù)雖然采用直流電源，但充電時間較短，很快切換為振蕩波，對電纜設(shè)備損傷較小。且電源容量要求較小。缺點是振蕩時間較短，100微秒，電纜耐壓時間不夠。因此，這項技術(shù)主要用用于電纜絕緣狀況診斷，而不適合投運試驗。

高壓電纜附件上的典型試驗結(jié)果

本節(jié)展示了戶外電纜終端的缺陷局放試驗結(jié)果，某些特性同樣適用于中間接頭等其他形式的電纜附件。試驗采用50Hz電壓，在一定條件下也適用于其他頻率電壓。

電暈

屬外部產(chǎn)生的局放，如電場集中區(qū)域，與其他類型局放有較大的差別，可以精確地測量。由于放電發(fā)生在空氣中，電極兩端不會發(fā)生電荷累積，因此，放電主要發(fā)生在電壓的最大點，并且放電起始電壓與結(jié)束電壓是一致的。此外，當外加電壓增大時，局放時間也會增加。

當電暈起始點為高壓側(cè)時，在負半周可以檢測到局放發(fā)生，如圖7所示；當電暈發(fā)生在零電位區(qū)域時，局放發(fā)生在正半周。圖8展示了戶外終端的電暈易發(fā)生區(qū)域。導致電暈發(fā)生的主要原因有：不規(guī)范安裝、毛邊、尺寸不恰當?shù)取Ｒ话銇碚f，這些缺陷都是可以消除的，而且對于電纜設(shè)備的安全運行不會產(chǎn)生較大影響。電暈類局放主要發(fā)生在戶外終端，一般不會在中間接頭等設(shè)備上出現(xiàn)。

空隙

當局放在電壓的正負半周都能檢測到時，說明缺陷為空隙缺陷。正半周的放電量要大于負半周，如圖9所示。由于臨近電容充放電的影響，空隙局放的起始電壓與熄滅電壓并不一致，局放起始電壓要大于熄滅電壓。隨著外加電壓的升高，局放幅值保持不變，但放電頻率增加。長時間局放下，空隙絕緣性能會產(chǎn)生變化，比如內(nèi)表面絕緣電阻改變或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導致局放次數(shù)發(fā)生變化。

空隙局放的典型缺陷有絕緣氣隙、混入雜質(zhì)以及工藝不良等原因，其局放易發(fā)點如圖10所示。

沿面放電

沿面放電主要發(fā)生在電場切線上，放電量較其他局放形式更大。沿面放電的局放量在100pC至1000pC，并且總是在過零點之后出現(xiàn)。由于沿面放電閃絡(luò)距離更大，對設(shè)備的絕緣性能影響至關(guān)重要。根據(jù)局放放電相位圖（圖11），第三象限下的放電量要大于第一象限。

沿面放電主要發(fā)生在電纜終端，如圖12所示。原因主要有：安裝過程中終端內(nèi)表面臟污，此時放電主要發(fā)生在電纜電場集中的應力錐處。當電纜終端進潮氣以后，在低溫下凝露會造成內(nèi)表面放電。

電纜的外半導過渡處開剝不平滑也會造成電纜內(nèi)部發(fā)生放電。在制作電纜接頭時應做好半導層與應力錐之間的搭接過渡。

接觸不良

金具連接不良時也會導致局放的發(fā)生。金具連接點的空隙會產(chǎn)生電壓差，當外加電壓足夠高時會導致空隙擊穿。該種類型的局放相位圖相對于過零點是對稱的。如圖13所示。

金具連接不良造成的局放幅值遠高于其他類型局放，達到1000pC。隨著外施電壓的升高，局放幅值不會增加，但是放電頻率會隨之升高。由于該類型的放電機理不受自由電荷的影響，在正半周與負半周，局放的起始電壓與熄滅電壓是一致的。

對于電纜附件，該類型的局放高發(fā)故障點集中在金具連接處，如圖14所示。典型故障有：壓接管與導線的截面積尺寸不合，導致接觸面過小，形成局放。持續(xù)的局放會造成金具發(fā)熱，最終導致電纜接頭故障。另一個典型故障為：安裝過程中涂抹硅脂過多，導致線芯與內(nèi)半導之間有一層絕緣，形成電位差。

懸浮顆粒

以SF6以及N2作為絕緣介質(zhì)的設(shè)備，安裝或運行中混入顆粒。改變電場分布，產(chǎn)生局放。該類型局放分布如圖15所示。局放幅值基本一致，集中在某幾個相位。隨著外加電壓的增高，放電幅值保持一致，但頻率增加。

懸浮顆粒局放主要發(fā)生在氣體絕緣的電纜中間接頭或終端頭中，如圖16所示。

局放分析

目前局放分析主要采用相位圖譜（phaseresolvedpartialdisge，PRPD），一些輔助、新式的方法也在逐漸應用。比如局放監(jiān)測系統(tǒng)，對設(shè)備進行持續(xù)性的監(jiān)測。由于電纜局放測試通常在運行現(xiàn)場，而非實驗室，外界噪聲干擾較大，需要采用輔助屏蔽措施。當試驗現(xiàn)場位于變電站或附近有發(fā)電機時，外界電磁干擾信號會疊加到電暈或者沿面放電局放相位圖譜上。造成局放識別困難。

為了過濾噪音干擾，硬件上采用中心頻率和檢測帶寬可調(diào)的組合帶通濾波器，濾除外部干擾。軟件上采用脈沖波形-時間序列檢測，即記錄單個局放脈沖波形機器獲取時間點（相位），基于脈沖波形特定參數(shù)，對脈沖群進行無監(jiān)督的聚類分析，將脈沖群進行快速分類，將具有相似特征的局放脈沖在映射特征空間中緊聚或抱團，形成簇。從而區(qū)分局放或噪聲干擾。

總結(jié)

局放監(jiān)測是目前電纜附件狀況診斷最為有力的工具?？梢灾苯訉\行中的電纜進行檢測診斷，評估其絕緣狀況，但缺點是易受外界干擾，濾波、提取波形較為困難，綜合來看，局放檢測技術(shù)仍是目前檢測電纜最優(yōu)秀的非破壞性檢測技術(shù)。