OWTS电力电缆振荡波试验设备及试验方法

摘要

本发明公开了一种OWTS电力电缆振荡波试验设备及试验方法，包括直流高压电源、电容器、高压电子开关、电抗器、反向二极管以及局部放电检测单元；直流高压电源对电容器充电，充电完成后控制高压电子开关导通，电容器经过很短的时间给电缆充电，然后控制另一高压电子开关导通，电抗器、电缆以及线路电阻形成一个弱阻尼回路，产生衰减振荡波，使用局部放电检测单元实现对电缆的局部放电信号的采集与分析，最终获得电力电缆的绝缘状况；本发明设备结构紧凑，便于现场试验，可检测的电缆容量范围可达0.05μF～6μF，并且试验过程对电缆无长时间直流充电，不会对电缆绝缘造成损伤。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电缆绝缘状态检测技术及其应用领域，具体涉及 一种电力电缆振荡波试验设备及试验方法。

背景技术

随着城市用电负荷持续快速增长，对供电可靠性的要求越来越 高，城市配网全面实现电缆化是适应高可靠性和节约空间的发展方 向。电力电缆在投入运行后会受到多种不利因素的影响，导致电缆故 障越来越多。但是考虑建设成本和城市发展的历史原因，城市地下电 缆主要采用直埋和排管敷设，造成了城市配网电力电缆检修和维护工 作量大和难度大的问题。因此，需要研究更先进的电力电缆绝缘试验 设备及方法，提高工作效率，准确及时发现电力电缆存在的绝缘故障。 以保证电网安全运行和缩短电缆检测所需的时间，降低停电时间，节 约企业成本。

电力电缆检测方法主要有交流耐压法、直流耐压法以及超低频耐 压法。交流耐压法与实际运行条件最为接近，但是试验设备庞大，不 易进行现场试验，限制了该方法的应用。对电缆实施直流耐压试验实 际上是一种破坏性试验，大量实例中XLPE电力电缆经直流耐压试验 测试合格，在重新投入运行后很快发生绝缘击穿事故的例子屡见不 鲜。因此直流耐压试验存在加速XLPE电力电缆早期劣化以及大大缩 短电缆运行寿命等弊端。超低频法虽然设备容量大大减小，但由于其 与工频电压的等效性很低，检测效果也不能令人满意。

一些电缆使用量较大的发达国家在XLPE电力电缆的预防性试 验中提出了振荡波电压试验。振荡波电压试验最早由荷兰Delft大学 提出，该方法主要原理是电缆上具有一定电压时，通过电子开关的动 作，形成一个电缆、电感以及线路电阻的弱阻尼回路，在电缆上产生 一个衰减振荡波，从而对电缆的局部放电进行监测，最终对电缆的绝 缘状况进行评价。目前振荡波检测装置大致分为两种，一种为 AC-OWTS，一种为DC-OWTS。AC-OWTS采用交流变频串联谐振 耐压工作原理，在峰值同步信号控制下，利用高压开关使串联谐振回 路在峰值时停止功率输出，并同时闭合高压开关，形成振荡波阻尼振 荡，该方式控制单元结构复杂，变频装置成本昂贵。DC-OWTS使用 一个直流高压电源对电缆进行长达几分钟的充电过程，然后产生振荡 波。

综上，现有的电力电缆振荡波试验的缺点是：1、采用变频谐振 耐压试验装置对电力电缆充电，设备所需电源容量大，笨重、不便于 运输，造成现场试验困难；2、采用直流高压电源对电力电缆充电， 充电时间较长，达到数分钟，加速电缆绝缘老化。

发明内容

针对现有技术存在的问题及不足，本发明的目的在于提供一种 OWTS电力电缆振荡波试验设备及试验方法。该试验设备体积小，便 于携带，有利于现场试验，并且电缆充电时间短，不会对电缆绝缘造 成破坏。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种OWTS电力电缆振荡波试验设备，包括用于在被试电力电 缆上产生振荡波的电路模块以及用于获得被试电力电缆的绝缘状况 的局部放电检测单元；所述电路模块包括直流高压电源、电容器、第 一高压电子开关、第二高压电子开关、电抗器、反向二极管、第一电 缆接线端以及第二电缆接线端，直流高压电源的高压输出端与电容器 的一端以及第一高压电子开关的一端相连，第一高压电子开关的另一 端与电抗器的一端、第二高压电子开关的一端以及反向二极管的阴极 相连，电抗器的另一端与第一电缆接线端相连，直流高压电源的接地 端、电容器的另一端、第二高压电子开关的另一端、反向二极管的阳 极以及第二电缆接线端与公共接地端相连。

所述直流高压电源的电压为10kV～100kV。

所述电容器的电容量为10μF～50μF。

所述电抗器的电感为0.7H～1H。

上述OWTS电力电缆振荡波试验设备的试验方法，包括以下步 骤：

1)将第一电缆接线端以及第二电缆接线端分别接在被试电力电 缆的芯线以及屏蔽层上；

2)经过步骤1)后，利用直流高压电源对电容器充电，充电至 电容器上电压达到预定幅值时控制第一高压电子开关导通，第一高压 电子开关导通后电容器对被试电力电缆充电，充电瞬时完成后第一高 压电子开关关断，然后控制第二高压电子开关导通，并使用局部放电 检测单元对被试电力电缆的局部放电信号进行采集与分析，最终获得 被试电力电缆的绝缘状况。

所述被试电力电缆经电容器充电后的电压为电容器经直流高压 电源充电后电压的1.2～1.8倍。

所述第二高压电子开关导通后在电抗器、被试电力电缆以及线路 电阻形成的弱阻尼回路中产生衰减振荡波，当回路电流反向时，控制 第二高压电子开关关断，电流经反向二极管续流。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1)对电源容量要求小，不需要变频电源以及大容量供电电源， 从而整个设备重量轻，设计紧凑，便于现场试验；

2)本发明不需要对电力电缆进行长时间的直流充电，电力电缆 在试验过程中只承受振荡波电压，试验过程不会对电缆绝缘造成损 伤；

3)本发明可测量的电缆的电容范围更大，可测量的电缆的电容 范围达0.05μF～6μF。

附图说明

图1是本发明所述电力电缆振荡波试验设备检测电缆的示意图；

图2是本发明所述电力电缆振荡波试验设备的原理图；

图中：1.直流高压电源，2.电容器，3.第一高压电子开关，4.第二 高压电子开关，5.反向二极管，6.电抗器，7.被试电力电缆，8.第一电 缆接线端，9.第二电缆接线端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

参见图1以及图2，本发明提供了一种电力电缆振荡波试验设备。 所述振荡波试验设备包括直流高压电源1、电容器2、第一高压电子 开关3、第二高压电子开关4、反向二极管5、电抗器6以及局部放 电检测单元。

如图2所示，整个试验设备单点共地。直流高压电源1的高压输 出端与电容器2的一端及第一高压电子开关3的一端相连，第一高压 电子开关3的另一端与第二高压电子开关4的一端、反向二极管5的 阴极以及电抗器6的一端相连，电抗器6的另一端通过第一电缆接线 端8与被试电力电缆7的芯线相连，设备的其余端子均共同接地，第 二电缆接线端9与被试电力电缆的屏蔽层相连。

直流高压电源1：作为振荡初始能量来源，先对电容器2充电， 达到一定的幅值，再通过第一高压电子开关3控制向电力电缆快速充 电，充电电压可达电容器充电后电压的1.2～1.8倍左右。

电容器2：作为能量存储、传递的单元，首先经过直流高压电源 1充电储存能量，然后通过第一高压电子开关3在一个很短的时间(几 毫秒)内将能量输送到电力电缆上，从而在电力电缆上产生一定幅值 的电压；

第一高压电子开关3：当电容器2上电压达到预定幅值时控制导 通，使得电容器2经电抗器6对电力电缆充电，然后当电力电缆上电 压达到峰值，第一高压电子开关3关断；

第二高压电子开关4：当被试电力电缆经几毫秒达到设定的试验 电压值，第二高压电子开关4立即导通，被试电力电缆经过电抗器6 放电，形成一定频率的衰减振荡波；

电抗器6：作为与电容器2振荡的感性元器件，要求有足够的感 抗，并且为无局放高品质因数电抗器，使得振荡的中心频率在工频附 近，一般要求振荡中心频率在40Hz～1000Hz之间；

反向二极管5：当被试电力电缆达到设定的试验电压值，第二高 压电子开关4立即导通，形成一定频率的衰减振荡波，当整个振荡回 路电流反向时，经反向二极管5续流，保证回路持续振荡；

局部放电检测单元：通过高频耦合单元检测振荡回路释放出来的 高频信号，对放电的频率幅值进行快速捕捉，从而分析电缆绝缘缺陷 的种类与严重程度，同时可实现局部放电故障点定位。

本发明的工作原理：

本发明通过直流高压电源1首先对电容器2充电，达到一定幅值 后，控制第一高压电子开关3导通，电容器2经过很短的时间对电缆 充电，电缆上电压将在几毫秒内到达峰值，第一高压电子开关3关断， 控制第二高压电子开关4闭合，电抗器6、电缆以及线路电阻形成一 个弱阻尼振荡回路，在电缆上形成衰减振荡波，同时利用局部放电检 测单元实现对电缆的局部放电信号的采集与分析，最终获得电力电缆 的绝缘状况。

实施例1：

当直流高压电源1给电容器2充电10kV，电容器2容量选为 10μF，电抗器电感选为0.7H，待测电缆电容量为0.05μF时，电缆上 电压可在第一高压电子开关3闭合后0.69ms达17.11kV，在第二高压 电子开关4闭合后在电缆上形成851.5Hz的衰减振荡波。

实施例2：

当直流高压电源1给电容器2充电10kV，电容器2容量选为 20μF，电抗器电感选为0.8H，待测电缆电容量为2μF时，电缆上电 压可在第一高压电子开关3闭合后0.68ms达16.88kV，在第二高压电 子开关4闭合后在电缆上形成134.5Hz的衰减振荡波。

实施例3：

当直流高压电源1给电容器2充电20kV，电容器2容量选为 20μF，电抗器电感选为1H，待测电缆电容量为4μF时，电缆上电压 可在第一高压电子开关3闭合后5.9ms达32.7kV，在第二高压电子开 关4闭合后在电缆上形成79.5Hz的衰减振荡波。

实施例4：

当直流高压电源1给电容器2充电35kV，电容器2容量选为 50μF，电抗器电感选为1H，待测电缆电容量为6μF时，电缆上电压 可在第一高压电子开关3闭合后7.37ms达60.83kV，在第二高压电子 开关4闭合后在电缆上形成66.5Hz的衰减振荡波。

本发明不对电缆直接充电，对电源容量要求小，不需要变频电源 以及大容量供电电源，从而整个设备重量轻，设计紧凑，便于现场试 验；

本发明不需要对电力电缆进行长时间的直流充电，电力电缆在试 验过程中只承受振荡波电压，试验过程不会对电缆绝缘造成损伤；

本发明通过对电抗器参数的选取，该试验设备可测量的电缆容量 范围更大，可达0.05～6μF，并且产生振荡波在40Hz～1000Hz；

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。