電纜局放檢測做完之后,報告上會留下兩類結果。一類是放電量,單位是皮庫,答的是「有多大」。放電量的量值以視在電荷量表示,測量方法依據 GB/T 7354-2018《高電壓試驗技術 局部放電測量》,該標準適用于四百赫茲及以下交流及直流電壓下的局放測量。振蕩波與超低頻這兩種激勵下的電纜局放,另有專門的方法標準規定。另一類是圖譜,畫的是放電在相位上的分布、在時間軸上的位置、沿電纜長度上的落點,答的是「是什么」。現場判讀的失誤,多半出在只看了頭一類。
一個接頭里有放電,讀出三百皮庫,這個數能說明它超過了注意值,卻說明不了缺陷的性質。同樣是三百皮庫,來自絕緣內部的氣隙與來自半導電層切口的針尖狀突起,發展速度完全不同,處置的分寸也不同。幅值給出量級,形狀給出性質,位置給出部位,三者合起來才構成一條可執行的結論。
圖譜的畫法有三種基本形態。頭一種相位分辨圖,橫軸是試驗電壓相位,縱軸是放電幅值,點的疏密表示重復次數,看的是放電集中在哪個相位區間、正負兩個半周是否對稱。第二種時域圖,橫軸是時間或距離,看的是脈沖沿電纜的分布與衰減。第三種定位圖,把反射與透射的行波換算成距離,給出缺陷點離測試端多遠。三種圖回答的問題不同,單看一張容易誤判。
接頭之所以要單獨拿出來說,是因為它在結構上本是薄弱點。電纜本體是工廠里連續擠出的,絕緣厚度與界面狀態均勻。中間接頭是現場制作的,絕緣要現場恢復,半導電層要現場切斷與重建,屏蔽要現場跨接,每一道工序都引入了新的界面。界面多了,空隙、毛刺、殘留應力這些缺陷的落腳點便多了。運行中的熱循環讓界面反復脹縮,界面的貼合狀態還會繼續變。
接頭這一類缺陷還有一層特殊性:位置是已知的。中間接頭在電纜線路上的位置由施工記錄給出,定位圖算出來的距離與之對得上,放電才歸到接頭。對不上,該懷疑是本體或終端。位置對不上而形狀像接頭缺陷,往往是記錄有誤,不是圖譜判錯。
電纜局放的圖譜判讀,講的便是形狀與位置的對應關系:什么樣的形態指向哪一類缺陷,各類缺陷在接頭、本體、終端上的表現有什么差別,判據數值與形態判讀各自管什么。
DL/T 1576-2016《6kV~35kV 電纜振蕩波局部放電測試方法》是振蕩波局放測試的方法標準,適用范圍寫到六千伏至三十五千伏電纜線路。這一份標準的附錄里給了一份典型缺陷清單,列出五類:內部氣隙、針尖狀突起、沿面、懸浮、終端未裝應力管,每一類配相位圖譜與時域脈沖圖。另有一份附錄講配電電纜局放的傳播與檢測,還有一份給典型缺陷案例。
這份清單的價值在于它把「形狀」這件事變成了有據可依的分類,而不是憑經驗猜。五類里前四類按放電機理劃分,第五類按部位命名,因為終端缺應力管的缺陷機理與前四類不同,它靠位置先定性。
需要說明的是,本輪核查未取得附錄圖譜原文的逐字形態參數,下面各章寫的是機理層面的判別方向,不寫具體的相位區間度數與幅值比例。能引的是分類本身與判據數值,形態特征按機理推,報告中要標明這是判讀方向而不是條文數值。
表1 把五類缺陷的判別要點列在一處。
表1 五類典型缺陷的圖譜判別要點
| 缺陷類型 | 機理 | 相位圖特征方向 | 常見部位 |
|---|---|---|---|
| 內部氣隙 | 絕緣內部空腔反復擊穿 | 正負半周接近對稱,重復性好 | 接頭絕緣界面、本體絕緣層 |
| 針尖狀突起 | 突起處場強集中 | 放電偏向單一半周,不對稱 | 半導電層切口、壓接管毛刺 |
| 沿面 | 沿絕緣表面爬電 | 相位分布寬,幅值起伏大 | 終端、接頭界面 |
| 懸浮 | 懸浮體與導體或地之間放電 | 幅值偏高,相位相對集中 | 屏蔽層斷口、未接地金屬件 |
| 終端未裝應力管 | 終端場強集中無均壓措施 | 終端處強放電且隨電壓快速抬升 | 電纜終端 |
五類之外還有一類常遇到卻容易歸錯隊的:外部干擾。它不屬于電纜本體的缺陷,形狀上卻可能與內部放電相似。判讀的頭一步不是識缺陷。先排除干擾。
干擾與真放電在幾處能分開。真放電隨電壓升降同步變化,電壓降下來放電便減弱或消失。干擾的幅值往往與試驗電壓不同步,電壓降到零仍有讀數,或者與電壓無關地穩定存在。真放電在定位圖上有明確的落點,重復測試落在同一段。干擾的落點往往隨測試條件變動,或者落在測試端附近。真放電在相位圖上的分布與電壓相位有固定關系。外部干擾的相位分布常常與工頻無關,甚至隨時間漂移。三條都對不上,先查接地、查周邊帶電體,再談缺陷。
氣隙放電發生在絕緣內部的空腔里。空腔的介電常數遠低于固體絕緣,同樣的電壓下空腔里的場強更高,先于周圍絕緣擊穿,放出的電荷在空腔壁上積累,反過來削弱場強,放電熄滅,下一個半周再起。這個過程按半周重復,圖譜上呈現出的便是正負兩個半周都有放電,分布形態接近對稱,幅值與次數的重復性好。
接頭里的氣隙多出現在兩個位置:預制件與電纜本體絕緣之間的界面,以及接頭內各層繞包之間殘留的空隙。這兩處的共同點是界面貼合不良,安裝時的清潔、涂脂、壓緊工序不到位,空隙便留了下來。氣隙放電的幅值通常不高,讀數十幾到幾十皮庫很常見,正因如此容易被當成無害。
判讀的分寸在這里:對稱與穩定說明放電機理單一、位置固定,它是可跟蹤的,不等于可忽略。同一接頭連續兩次測試,幅值從三十皮庫抬到八十皮庫,機理沒變,界面卻在劣化。氣隙這一類看的是變化率,不是單次數值。穩定不等于安全。
還有一處能幫助判讀的量是起始與熄滅。電壓從低往高升,放電開始出現的那一點是起始電壓。升到試驗電壓后往回落,放電消失的那一點是熄滅電壓。二者的比值反映空腔的狀態,規程給新投運電纜的起始局放電壓設了下限,正是這個道理。同一接頭兩次測試,起始電壓往下走,界面貼合正在變差,這個信號比幅值抬升來得更早。
導體表面的突起把場強集中到一點,突起處的局部場強遠高于平均場強,擊穿先從這里開始。與氣隙不同,突起處的放電有明顯的極性效應:在某一半周,電子從針尖發射,放電容易起。另一半周條件不利,放電明顯少甚至沒有。圖譜上看到的是放電集中在單一半周,兩個半周不對稱。這一條是區分針尖狀突起與氣隙的要害。
接頭里突起的來源清楚:半導電層切斷處留下的切口不齊,壓接管壓接后殘留的毛刺,導體綁扎留下的松散絲。這幾處都在接頭內部,與施工工藝直接相關。同一批施工的多個接頭,若都出現單半周主導的形態,問題多半出在工藝而不是材料。
突起的危害在于場強集中會持續侵蝕周圍絕緣,形成電樹枝。電樹枝一旦起始,從起始到擊穿的時間尺度與氣隙完全不同。幅值不高但形態呈單半周主導的接頭,處置上要比同等幅值的氣隙更積極。
沿面放電沿絕緣表面發展,路徑貼著界面走。它與氣隙的差別在路徑不固定:表面狀態隨污穢、受潮、涂敷均勻程度變化,放電通道跟著變,圖譜上表現為相位分布寬、幅值起伏大、同一電壓下前后幾次激勵的重復性差。
接頭界面的沿面放電與硅脂涂敷關系密切。涂得不足,界面殘留空氣。涂得過多或混進雜質,反而為沿面提供通道。終端部位的沿面更常見,外絕緣表面的污穢與凝露都會把它引出來。
判讀沿面這一類,單次的圖譜說服力有限。重復性差既是它的特征,也是判讀的困難所在。結論要落在模式上,不是落在單次的幅值高低上。
沿面放電的發展受環境驅動。同一終端在干燥季節讀數平穩、潮濕季節明顯抬升,這個規律本身便是判據,比單次超標更有說服力。
多激勵幾次這一條對沿面特別有效,規程對振蕩波在電壓上限處的激勵次數有明確要求。每一次激勵得到的圖譜擺在一起看:形態每次都相似,說明放電通道雖有起伏但機理穩定。形態每次都變,相位分布與幅值都跳,說明表面狀態在測試過程中持續在變,這一處要連同密封一起處理。單次激勵給出的圖譜對沿面這一類說服力不足,這一條常被省掉。
懸浮電位放電發生在不與導體或地可靠連接的金屬體與其他電極之間。屏蔽層斷口處的金屬層、安裝時遺漏接地的金屬部件、位置裝錯的應力管,都會形成懸浮體。懸浮體與周圍電極之間存在電位差,間隙擊穿便放電。
這一類在圖譜上的特征是幅值往往偏高。原因是懸浮體與電極之間的等效電容較大,一次放電釋放的電荷量多,讀到的視在放電量自然高。相位上相對集中,因為擊穿由間隙上的電壓決定,電壓到某個值便放,不像沿面那樣受表面狀態擺布。
懸浮這一類在接頭判讀里格外要緊,因為它常常與安裝質量直接掛鉤:屏蔽層斷口處理不當、金屬屏蔽未恢復連接、應力管位置裝錯,都是施工環節的疏漏。新投運線路的接頭若一上來便出現高幅值的集中放電,先查安裝。別急著判絕緣老化。
第五類按部位命名,道理在于它的判別主要靠位置而不是形狀。電纜終端切除了金屬屏蔽,屏蔽斷口處的電場分布會發生畸變,應力管的作用是通過應力控制把畸變攤開。應力管漏裝、裝錯位置或型號不匹配,斷口處的場強集中無處釋放,放電便在那里起。
圖譜上的表現是終端位置出現強放電,并且隨電壓抬升快速增大。這個「快速」是相對而言:電壓每升一檔,放電量增長幅度明顯大于其他類型。定位圖會把缺陷點落在離終端很近的距離上,與中間接頭的距離對不上。
這一類在判據數值上也與接頭不同。規程給終端的允許值遠寬于接頭,交接試驗里新投運電纜終端的判據在兩千皮庫量級,接頭在兩百皮庫量級,相差一個數量級。原因是終端處的場強畸變自身復雜,判據留出了余量。讀終端的圖譜,先看位置是否與終端吻合,再看幅值是否隨電壓異常抬升,末了才比對判據數值。
單看一張圖判錯的情形,現場并不少見。相位圖上形態不對稱,可能是針尖狀突起,也可能是外部干擾恰好落在某一相位上。時域圖上脈沖沿電纜分散,可能是多點缺陷,也可能是行波衰減導致的畸變。定位圖上距離對不上,可能是記錄有誤,也可能是波速取值不準。
表2 給出三張圖的分工。
表2 三張圖各自回答的問題與常見誤讀
| 圖種 | 回答的問題 | 常見誤讀 |
|---|---|---|
| 相位圖 | 放電機理與對稱性 | 把干擾的相位特征當成缺陷 |
| 時域圖 | 脈沖沿線路的分布與衰減 | 把衰減畸變認作多點放電 |
| 定位圖 | 缺陷點離測試端的距離 | 波速取值不準導致位置偏移 |
三張圖的讀法有先后。先看定位圖確定部位,接頭、本體還是終端。再看相位圖定機理,對稱與否、集中與否。末了用時域圖校核,看脈沖的分布是否與前兩步的判斷一致。三步互相印證,結論才站得住。
定位精度這一層要留余量。標準對定位誤差的要求是相對于電纜全長給出的,同樣一個百分比,短電纜換算出的米數小,長電纜換算出的米數大。把定位給出的距離與施工記錄比對時,誤差帶要按全長算,不能按經驗取固定米數。
波速是定位換算里另一個要核對的量。行波在電纜里的傳播速度由絕緣材料與結構決定,不同型號、不同廠家的電纜波速并不相同,取值差百分之幾,長線路上便差出十幾米。用廠家給出的波速,或者用已知接頭位置反算一次波速再校核全線,比直接套經驗值穩。定位對不上記錄時,先懷疑波速。再懷疑缺陷。
判據數值與圖譜判讀是兩件事,混用會兩頭落空。數值答「超不超標」,圖譜答「是什么」,處置分寸由兩者共同決定。
停電局放的激勵方式有三種:振蕩波、超低頻正弦波、超低頻余弦方波。振蕩波的頻率在二十赫茲至五百赫茲之間,波幅按指數衰減。規程對振蕩波電壓的要求是連續八個周期內峰值衰減不大于百分之五十,頻率落在規定區間,試驗電壓測量值保持在規定值的正負百分之三以內。
交接試驗的判據,按 Q/GDW 11838-2018《配電電纜線路試驗規程》給出的表:新投運電纜部分,起始局放電壓不低于一點二倍 U0,本體不大于一百皮庫,接頭不大于兩百皮庫,終端不大于兩千皮庫。非新投運部分,本體不大于一百皮庫,接頭不大于三百皮庫,終端不大于三千皮庫。振蕩波電壓上限,全新電纜取二點零倍 U0,非全新電纜取一點七倍 U0,在電壓上限處的激勵次數不低于五次。
診斷性試驗的判據分三檔給結論。本體不分年限:無可檢出局放為正常,小于一百皮庫為注意,不小于一百皮庫為異常。接頭按年限分:五年及以內,無可檢出為正常,小于三百皮庫為注意,不小于三百皮庫為異常。五年以上,無可檢出為正常,小于五百皮庫為注意,不小于五百皮庫為異常。終端同樣按五年分界,注意與異常的門檻在三千皮庫與五千皮庫兩檔。試驗電壓上限振蕩波取一點七倍 U0。
DL/T 1576-2016 給出的是另一套寫法。新投運電纜試驗電壓上限二點零倍 U0,接頭大于三百皮庫、本體大于一百皮庫、終端大于三千皮庫應更換。已投運超過一年的電纜上限一點七倍 U0,接頭大于五百皮庫、本體大于一百皮庫、終端大于五千皮庫。與上一節的診斷性判據對齊著看,本體一百皮庫、接頭五百皮庫、終端五千皮庫這三處是吻合的,差別只在分界年限(五年與一年)與判定性質(三檔評價結論與參考臨界量加處理建議)。交接那一檔兩套并不相同:接頭是兩百皮庫與三百皮庫,終端是兩千皮庫與三千皮庫,差值不小。寫報告時選定一套并注明出處。兩套別混用。
三種激勵的電壓上限不同,不能互套。診斷性試驗里,振蕩波取一點七倍 U0,超低頻正弦波取二點五倍 U0,超低頻余弦方波取二點零倍 U0。規程把這三條并列,是因為不同激勵下絕緣承受的應力過程不同,判據數值也是按各自的激勵給出的。用超低頻做到二點五倍 U0 的讀數,不能拿振蕩波一點七倍 U0 的判據表去比。
還有一條前置條件:絕緣電阻小于三十兆歐時不宜進行局放檢測。絕緣已經受潮或存在集中性缺陷的線路,加上電壓只會把缺陷放大,測出來的數也不可信。這一條是硬門檻。
表3 把判據與圖譜的分工擺在一起。
表3 判據數值與圖譜判讀的分工
| 環節 | 依據 | 給出的結論 | 不能替代什么 |
|---|---|---|---|
| 幅值比對 | 規程判據表 | 正常、注意、異常 | 不能給出缺陷性質 |
| 形態判讀 | 附錄典型圖譜族 | 缺陷類型方向 | 不能給出是否超標 |
| 位置校核 | 定位圖與施工記錄 | 缺陷所在部位 | 不能給出劣化程度 |
接頭缺陷的處置分寸,由部位、形態、幅值三者共同決定。同樣是注意檔,接頭上的內部氣隙與終端上的沿面放電,動作不一樣。
按狀態結論分三檔。正常狀態留記錄,按周期復測。注意狀態縮短檢測周期,規程要求及時消缺,不具備條件時應在五年內復測。異常狀態立即消缺,修復后按交接試驗要求試驗合格方可投運。這三檔的判定按狀態評價里的差者認定。
按部位加一層分寸。中間接頭的缺陷處置要更積極,因為接頭是線路上的薄弱環節,且修復要解開接頭重新制作。終端的缺陷相對可處理,應力管一類的缺陷往往只需重裝或換管。本體絕緣的缺陷沒有可修復的余地,只能換段。
按形態再加一層。單半周主導的突起放電與幅值偏高的懸浮放電,即便幅值未達注意值,也應縮短周期重點跟蹤,這兩類的發展速度快于對稱穩定的氣隙。沿面放電受環境驅動,處置要連同密封、清潔、防凝露一起做,只換接頭不管密封,半年后照樣復發。環境不能省。
表4 給出形態與部位組合下的處置分寸。
表4 缺陷形態與部位對應的處置分寸
| 組合 | 處置 | 復測要求 |
|---|---|---|
| 接頭內部氣隙,幅值穩定 | 縮短周期跟蹤變化率 | 一年至兩年復測一次 |
| 接頭針尖狀突起,單半周主導 | 安排消缺,優先于同幅值氣隙 | 消缺后按交接要求復測 |
| 接頭懸浮放電,幅值偏高 | 查安裝與屏蔽連接,及時消缺 | 消缺后復測 |
| 終端沿面放電,隨濕度起伏 | 處理密封與清潔,環境治理同步 | 潮濕季節后復測 |
| 本體絕緣放電 | 換段,無修復余地 | 換段后按交接試驗 |
復測的價值要靠臺賬兌現。接頭編號、歷次放電量、起始電壓、判定的形態類型、定位距離、試驗電壓與激勵方式,幾項一行按時間排下來。形態類型這一列別省,兩次測試幅值相差不大但形態從對稱變成單半周主導,說明機理在變,這比幅值本身更值得警惕。只記幅值的臺賬,看不出機理的遷移。
作業環境這一層也要記下來。規程給的條件是試驗對象及環境溫度宜在負十攝氏度至正四十攝氏度,空氣相對濕度不宜大于百分之九十。溫濕度偏離時,圖譜的形態本身會變,比對要挑條件相近的兩次。
產品落點上,孟德超低頻局放測試儀用于電纜這一側的局放檢測與定位。它走超低頻路線,可搭配超低頻、工頻、串聯諧振三種電壓源,局放檢測范圍零點一皮庫至一萬皮庫,皮庫分辨力零點一皮庫,電纜定位精度不大于測試距離的百分之一,信號分離用時頻圖加頻譜選頻,頻段一千赫茲至十兆赫可調,采樣精度十四位,主機自動生成含幅值、相位分布與定位圖譜的 PDF 報告。相位分布圖直接用于本章的形態判讀,定位圖用于與施工記錄比對。同門還有走振蕩波路線的系統,覆蓋三十五千伏電纜的交接與預防性試驗,兩條路線按電壓等級與試驗性質分工。
電纜局放判讀有兩把尺。一把是放電量,按規程的判據表給出正常、注意、異常三檔結論。另一把是圖譜,按形態與位置給出缺陷類型的方向。兩把尺不能互相替代:幅值超了不知道是什么,形態像了不知道超不超。
五類典型缺陷各有各的形狀特征,內部氣隙對稱穩定,針尖狀突起單半周主導,沿面分散起伏,懸浮幅值偏高而集中,終端未裝應力管靠位置先定性。判讀的順序是先定位定部位,再看相位定機理,末了用時域校核,三步互相印證。
形態特征按機理推,判據數值按規程取,兩者在報告里要分開寫、各標出處。做到這一點,一份局放報告才不只給出「某個接頭三百皮庫」,而是給出「接頭部位、氣隙性質、幅值超注意值、建議縮短周期跟蹤」這樣一條能直接排進檢修計劃的結論。