欢迎来到北京康高特 - 只为给你更好的测试体验,只为让我们成为更好的自己! English 中文

telphone

电缆振荡波局放(OWTS)怎么测?PD图谱与缺陷类型识别入门

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-08-12 10:43:06 作者: 浏览次数:6478次 分类:技术文章

文章概述: 本文系统讲解电缆振荡波局放测试(OWTS)的测量方法与 PD 图谱识别入门。OWTS 通过直流充电后经IGBT 开关与无晕电抗器、被试电缆构成 LC 阻尼振荡回路,产生近似工频电压,在一次试验中兼顾耐压、局放测量、缺陷定位与 tanδ 介损分析,特别适合 6kV 至 35kV 配电电缆在开关柜间、地下室等窄小空间作业。文章拆解了振荡波产生原理、逐级加压序列、局放信号同步采集与行波定位步骤,并对照 PRPD 图谱给出内部气隙、沿面、电晕、悬浮电位四类缺陷的形态特征与诱因,附参考临界局放量对照。在工程实践部分,对比了 RDAC-10(6kV 至 10kV,峰值不低于 30kV,局放 50pC 至 200nC,定位 0.1m)与 RDAC-35(35kV 及以下,峰值不低于 60kV,振荡电流不低于 100A)两台轻便型电缆振荡波局部放电测试系统的适用场景与参数,并给出 10kV 与 35kV 电缆交接的真实测试案例,帮助读者建立从读图到定位、从判别到选型的完整认知。

交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆在 6kV 至 35kV 配电网以及更高电压等级输电网络中应用极广,而电缆接头与终端历来是绝缘系统的薄弱点。在新建电缆交接试验与在运电缆状态诊断中,局部放电是绝缘缺陷早期、敏感的信号。如何在不搬运笨重工频谐振设备的前提下,完成接近运行电压波形的耐压与局放同步诊断,是配电电缆现场长期存在的难题。电缆振荡波局放测试(OWTS,Oscillatory Wave Test System,亦称阻尼交流 DAC 法)凭借体积小、接线简单、一机兼顾耐压与局放及介损测量的特点,成为配电电缆交接与诊断的常用手段。据 GB 50150-2016《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》对电缆试验的要求,交接环节需对绝缘状况作出可靠评估。本文从“为什么测、怎么测、图谱怎么读、缺陷怎么认”四个维度,系统讲解 OWTS 电缆局放测量的入门要点,帮助现场人员建立可操作的读图与判别思路。

一、为什么要在电缆上做振荡波局放测试

交联聚乙烯电缆在敷设、接头制作、终端安装过程中,可能因界面压力不足、导体屏蔽损伤、附件内残留气隙或外来杂质引入绝缘缺陷。这些缺陷在运行电压下会逐渐发展,局部放电正是其早期外在表现。及时捕捉局放,等于在故障发生前发现隐患。

传统工频串联谐振耐压设备由大体积电抗器与电源组成,对配电电缆(段短、回路多、常位于地下室或开关柜间等空间局促处)而言,搬运与布置都很不便。直流耐压虽设备轻,但直流电场下局放特性与运行交流工况差异明显,且可能在 XLPE 绝缘中积累空间电荷,难以真实反映交流绝缘水平。振荡波法通过 LC 阻尼振荡产生近似工频的正弦电压,既贴近运行电压波形,又使设备保持便携,较好地兼顾了“真实性”与“现场可操作性”。与单纯工频耐压相比,OWTS 在同等轻便条件下保留了交流电压下的局放信息;与在线监测相比,它能在电缆退出运行时施加可控、可重复的标准电压序列,结论更利于在不同回路之间横向比对。

更重要的是,OWTS 不是单纯的耐压手段。在一次接线、逐级加压的过程中,系统可同步完成局部放电量测量、缺陷相位分辨图谱(PRPD)采集与局放点定位,还能顺带测出介质损耗角正切 tanδ。这意味着一座配电回路的绝缘评估,可以由一台设备在一次试验中给出多维度结论,显著提升现场效率。对于新建住宅小区、商业综合体、工业园区等大量 10kV 出线,以及 35kV 配电主干电缆,这种“一机多用”的价值尤为突出。

电缆附件的缺陷往往源于施工环节:导体屏蔽层划伤、半导电层末端处理不平滑、接头内部残留气隙或杂质、界面压力不均匀等。这些缺陷在投运初期可能并不显著影响绝缘强度,却会在长期电场与热应力作用下逐步发展,由局部放电演变为击穿,进而引发突发停电。城市配电网中一次电缆故障往往影响成片用户,抢修又受限于通道与负荷转供条件,代价很高。因此,在交接与定期诊断阶段*把缺陷“看出来”,比故障后再“找出来”经济得多。从资产管理的角度看,OWTS 提供的不只是“合格/不合格”结论,更是带位置、带量值、带趋势的状态数据,为检修优先级排序提供依据。

二、OWTS 振荡波局放的测量原理

① 振荡波是怎么产生的

振荡波设备的核心,是把“直流充电”与“无损耗电抗器谐振”组合成阻尼振荡回路。其过程为:先用直流电源给内部高压储能电容充电至目标电压,再通过电子开关(RDAC 采用 IGBT 电子开关)把储能电容、无晕电抗器与被试电缆(电缆本身等效为一个电容)接入同一回路。电容中的能量在电抗器与电缆电容之间来回交换,形成频率由回路参数决定的阻尼正弦振荡。

振荡频率满足 f = 1 / (2π√(LC)),其中 L 为电抗器电感、C 为电缆电容。由于配电电缆电容通常在微法量级,配合适当电抗器,振荡频率可落在几十至数百赫兹范围(RDAC 测试电压频率覆盖 50Hz 至 800Hz)。每个振荡周期的电压波形都近似一次工频试验电压,且幅值随阻尼逐步衰减,设备便可在这些“准工频”周期内同步采集局放脉冲。

实际振荡并非等幅,而是按阻尼比逐步衰减:阻尼比越小,单组振荡持续的可读周期越多,可采集的局放样本越充分;阻尼比过大则波形快速衰减,采集窗口变短。OWTS 通过选用低损耗电抗器并合理匹配电缆电容,使每组振荡维持足够多的周期,从而在单次充电后获得稳定、可统计的 PRPD 数据。这也是设备对“无晕电抗器”(自身局放极低)有严格要求的原因——电抗器若自身放电,会直接污染被测电缆的真实信号,导致误判。

② 为什么用振荡波而不是纯工频或直流

工频串联谐振需要大电抗器,体积与重量都大,配电现场布置困难;直流耐压不能有效激发交流工况下的局放特征,且存在空间电荷积累问题;振荡波则取二者之长——波形接近运行电压、局放激发特性与工频接近,同时设备可做得轻便。这也是 IEEE 400.2、IEC 60060 等相关高压试验导则中,把阻尼交流(DAC)/振荡波列为配电电缆现场试验常用方法的原因。

③ 局放信号怎么捕捉与同步

局放测量遵循脉冲电流法原理(对应 IEC 60270:2015 / GB/T 7354-2018《局部放电测量》)。在电缆接地回路中串入检测阻抗或高频电流互感器(HFCT),当绝缘内部发生放电时,会叠加一个纳秒级电流脉冲,被检测单元拾取。

局放信号的拾取常见两种耦合思路:一是在电缆屏蔽接地回路串入高频电流互感器(HFCT),非接触、不影响主回路,现场方便;二是通过耦合电容或检测阻抗直接取信号,灵敏度更高但接线更讲究。RDAC 在接地回路取信号的思路下,配合 150kHz 至 45MHz 的自动选带宽,兼顾了抗干扰与灵敏度。需要注意的是,脉冲电流法对接地回路的连续性敏感,若电缆金属屏蔽层在多处接地或接地不良,信号路径会改变,读图前务必确认接地方式符合方法要求。

关键在于“相位同步”:用电压相位作为时间基准(设备内同步或外接同步),把每一个放电脉冲按“放电量幅值—电压相位—出现次数”三个维度统计,*得到相位分辨局放图谱(PRPD)。RDAC 的局放定位带宽在 150kHz 至 45MHz 之间自动选择,局放量程覆盖 50pC 至 200nC,足以捕捉从微弱气隙放电到明显缺陷的全范围信号。正式试验前,通常先用校准脉冲(如标准校准电容注入已知电荷量)对检测通道定标,使读出的 pC 数值具备可比性。

三、OWTS 电缆局放测量的标准操作步骤

① 试验前准备与安全检查

被试电缆必须先退出运行,并逐相可靠接地放电;两端终端按规程剥切、清洁,处理好金属屏蔽层与半导电层过渡。设备与电缆均须可靠接地,试验区域设安全围栏并专人监护。同时确认电缆电容落在设备量程内(RDAC 适用电缆电容 0.05μF 至 4μF),避免超出设备带载能力。

② 接线与终端处理

高压输出端接至被试相导体,其余两相导体与金属屏蔽层一并接地。局放检测阻抗或 HFCT 串接在接地回路中以拾取放电脉冲。同步信号取自设备内部或外接电压互感器,确保 PRPD 的相位基准准确。终端界面清洁与屏蔽恢复直接影响局放本底水平,是减小干扰、保证读数可信的前提。

③ 逐级加压序列

振荡波局放试验通常按以 U0(电缆设计时导体对地额定电压)为单位的电压序列逐级加压,并在每级电压下保持、采集。行业通行的电缆振荡波测试方法(参考 DL/T 1576 等)给出的典型序列为:0 → 0.5U0 → 1.0U0 → 1.1U0 → 1.2U0 → 1.5U0 → 1.7U0 → 1.8U0 → 2.2U0 → 1.0U0 → 0。新投运电缆(敷设不足一年且未经大修)与已投运电缆在各电压级的加压次数略有差别。若升压过程中放电量急剧增大,应立即停止升压,转入定位排查,不可强行继续。

④ 局放采集与同步

在每一级电压稳定后,采集若干振荡周期的 PRPD 数据,记录该级下的*大放电量、平均放电量及相位分布特征。重点关注放电量是否随电压升高而陡增、是否在某固定相位窗内聚集。本底噪声应在加压前先测,作为后续读图判定的基线。

现场干扰主要来自邻近带电设备、变频电源与无线通信等,表现为与电压相位无关的随机脉冲或固定相位的外部噪声。读图时应先排除那些与电压相位不相关、且随加压不变化的背景脉冲,必要时开启设备的滤波与开窗功能。只有当放电量随试验电压升高而呈现规律增长、且稳定出现在特定相位窗时,才视为被试电缆自身的局放信号。电缆越长、现场电磁环境越复杂,本底评估越不可省略,否则极易把干扰读作缺陷、或把真实小放电淹没在噪声里。

⑤ 缺陷定位

局放脉冲沿电缆以接近光速传播,用电缆两端(或单端配合反射)的高速采集,按时差法(行波法)即可确定缺陷距测试端的轴向位置。RDAC 的局部定位精度可达 0.1m,能够把缺陷锁定在某一具体接头或终端附近,为开断检修提供明确目标。

⑥ 介损 tanδ 测量

振荡波电压下可同步测量介质损耗角正切,RDAC 自动测量范围覆盖 0.1% 至 5%。若 tanδ 整体偏大,往往提示电缆本体受潮或老化,可作为局放结论的辅助判据,帮助区分“局部点缺陷”与“整体绝缘劣化”。

四、PD 图谱怎么读:四类典型缺陷的识别

① PRPD 图谱的基本读法

PRPD 图谱有三个坐标维度:横轴是电压相位(0° 至 360°),纵轴是放电量(pC,常取对数或线性刻度),颜色深浅或点密度代表该相位窗内放电出现的次数。读图时先看三件事:放电集中在正半周还是负半周,还是两半周都出现;放电簇出现在电压峰值附近还是过零附近;放电量是否随电压升高明显增大。

② 内部放电(绝缘气隙)的图谱特征

内部放电多源于绝缘材料内部气隙、附件浇铸体中的气孔或界面分层。其 PRPD 特征是正负半周大致对称出现,呈“蝴蝶形”或“八字形”分布,两次放电幅值相近,相位约落在峰值两侧 ±90° 区域;随电压升高,放电幅值与次数同步增加。这类图谱提示绝缘内部存在封闭气隙,是交联聚乙烯电缆本体与附件都需警惕的类型。

③ 表面放电(沿面爬电)的图谱特征

表面放电发生在绝缘表面电场集中或界面压力不足处,如终端与接头表面爬电、污秽、半导电层末端处理不佳。其 PRPD 特征集中在某一半周(与电压极性相关),放电起始相位较低,随相位升高幅值增大并拖出长尾,放电量往往较大。读图时若见“单半周、长拖尾”形态,应优先怀疑沿面放电。

④ 电晕放电(*放电)的图谱特征

电晕放电多出现在导体*、屏蔽不良或几何突变处,气体中电场集中导致局部电离。其 PRPD 特征为仅在某一半周的峰值附近出现一团“彗星状”放电,相位窗很窄,幅值随电压升高而增大。图谱若呈“单团、靠峰值、不对称”,多为电晕或*放电。

⑤ 悬浮电位放电(松动金属件)的图谱特征

当接头内部有松动金属部件、接地不良或屏蔽层接触不牢时,松动件与地之间形成电容性放电,即悬浮电位放电。其 PRPD 特征可在正负半周都出现,但相对电压峰值存在明显相位偏移,图谱常呈“方块状”或“矩形”,放电稳定、重复性好。这类放电往往意味着机械连接存在隐患,是接头质量问题的直接信号。

⑥ 典型缺陷与参考临界值

在电缆振荡波测试方法中,常见如下参考临界局部放电量(供判别时参照):交联聚乙烯电缆本体约 100pC;XLPE 与 XLPE 接头,投运一年以内约 300pC、一年以上约 500pC;终端,投运一年以内约 3000pC、一年以上约 5000pC。需要强调的是,这些只是行业通行的参考临界值,具体“通过”或“注意”判据应以工程采用的标准、设计技术条件或交接验收规范为准,不可直接当作合格线。RDAC 局放量程 50pC 至 200nC 完整覆盖上述参考范围,配合 0.1m 定位精度,可把“超参考值”的放电点直接锁定到具体位置。

判读思路可归纳为:放电量随电压升高而陡增、在固定相位窗内稳定聚集、且行波定位指向某一接头或终端——三者同时出现时,应列为重点处理对象;若仅在高电压级出现、且量值接近本底,则宜结合趋势与介损综合判断。

为便于现场快速对照,将四类典型缺陷的图谱特征归纳如下:

缺陷类型出现半周相位位置图谱形态典型诱因
内部放电(气隙)正负半周均出现峰值两侧约 ±90°蝴蝶形、两半周对称绝缘内部气隙、附件浇铸气孔
表面放电(沿面)单半周为主起始相位低、随相位拖尾单半周长尾终端/接头表面爬电、污秽
电晕放电(*)单半周电压峰值附近彗星团、相位窗窄导体*、屏蔽不良
悬浮电位放电两半周均可相对峰值有相位偏移方块状、稳定重复接头内松动件、接地不良

需要说明,真实电缆缺陷常呈混合形态——一个接头可能同时存在沿面放电与悬浮放电,图谱也会出现叠加。此时不应机械套用单一模板,而应结合定位结果判断:是单一缺陷源的多种表现,还是多个独立缺陷,再决定开断后的检查重点。图谱识别的价值不在于“贴标签”,而在于把抽象的放电量转化为可定位、可追因的检修线索。

五、设备选型与工程实践

① 6kV 至 10kV 电缆选 RDAC-10

RDAC-10 轻便型电缆振荡波局部放电测试系统面向 6kV 至 10kV 电压等级电缆,峰值电压不低于 30kV,振荡电流不低于 70A,局放量程 50pC 至 200nC,定位带宽 150kHz 至 45MHz 自动选择,局部定位精度 0.1m,采用 IGBT 电子开关,高压充电电流 12mA,电缆充电时间小于 8s,适用电缆电容 0.05μF 至 4μF,可自动测量 0.1% 至 5% 的 tanδ,整机重量 50kg,外形尺寸 590mm × 450mm × 390mm,执行标准 GB 50150-2016 与 DL/T 1573-2016。对新建住宅小区、商业配电、园区 10kV 出线等场景,其轻便特性便于在开关柜间、地下室等窄小空间作业。

② 35kV 及以下电缆选 RDAC-35

RDAC-35 轻便型电缆振荡波局部放电测试系统覆盖 35kV 及以下电缆,峰值电压不低于 60kV(有效值不低于 42.4kV),振荡电流不低于 100A,高压充电电流 10mA,局放测试范围 50pC 至 200nC,定位带宽 150kHz 至 45MHz,定位精度 0.1m,可自动测量 0.1% 至 5% 的 tanδ,整机重量 85kg。对于 35kV 配电主干、用户站进线等较长电缆,RDAC-35 在更高电压等级下仍保持同样的图谱采集与定位能力。

③ 案例一:10kV 新建住宅小区电缆交接

2024 年 9 月,华东某新建住宅小区 10kV 电缆交接试验中,使用 RDAC-10 轻便型电缆振荡波局部放电测试系统对接 2 号配电回路。在试验电压序列升至较高等级、振荡电压接近设备峰值能力时,系统测得 A 相电缆中间接头局放幅值 85pC,并以 0.1m 定位精度将缺陷点锁定在距终端 1.2m 处。该量值低于 XLPE 接头投运一年以内的参考临界值 300pC,符合 GB 50150-2016 交接验收的总体要求,但鉴于定位指向具体接头,运维方仍将其纳入重点跟踪清单,安排后续复测比对趋势。整个过程充电、加压、采图、定位一次完成,未另接其他设备。

④ 案例二:35kV 电缆交接诊断

某 35kV 电缆线路交接试验中,使用 RDAC-35 振荡波局放系统(峰值不低于 60kV、振荡电流不低于 100A、局放 50pC 至 200nC、定位精度 0.1m)完成耐压、局放诊断与缺陷定位一体化作业。系统在执行标准电压序列过程中同步输出 PRPD 图谱与 tanδ 数据,对电缆绝缘状况作出综合判定,使交接结论同时包含“是否通过耐压”“局放是否异常”“缺陷位于何处”三项关键信息,避免了单纯耐压试验“过了但不清楚状态”的盲区。

⑤ 选型要点与适用边界

选 OWTS 设备时,先核对被测电缆的电压等级与电容:6kV 至 10kV、且电容在 0.05μF 至 4μF 范围内,RDAC-10 即可胜任;35kV 及以下、需要更高峰值电压与振荡电流,则选 RDAC-35。还要关注局放量程下限是否够低(RDAC 为 50pC,可捕捉早期微弱放电)、定位精度是否满足检修定位需求(0.1m 可锁定到具体接头区段)、以及是否集成 tanδ 测量以补充整体绝缘判断。设备重量(RDAC-10 为 50kg、RDAC-35 为 85kg)也影响人力搬运与上下楼作业,现场通道条件应一并考虑。

需要明确适用边界:OWTS 面向交联聚乙烯等挤包绝缘电缆的交接与诊断,不适用于开关柜、GIS、变压器等设备的局部放电检测(此类应分别选用对应专用局放设备);它做缺陷定位但不替代电缆故障测距,高阻、开路等故障定位应使用专门的电缆故障定位设备。把合适的方法用在合适的对象上,结论才可信,也避免把不相关的设备硬塞进同一套方案。

六、常见问题解答

① 振荡波局放和超低频(VLF)局放有什么区别

二者都属替代工频的现场试验电压,但电压波形不同:振荡波是阻尼正弦、频率随回路参数变动(数十至数百赫兹),每个周期都可用于局放采集;超低频是 0.1Hz 量级的低频正弦。OWTS 因频率较高、波形接近工频,局放激发与读图逻辑更接近运行工况,且通常集成定位与介损;VLF 局放则更多用于长电缆的整体筛查。选择取决于电缆长度、设备能力与试验目标。

② OWTS 能测多长的电缆

主要受电缆电容限制。以 RDAC 为例,适用电缆电容为 0.05μF 至 4μF,对应长度随截面与电压等级变化——截面越大、长度越长,电容越大。现场应先用电缆参数估算电容,确认落在设备量程内再加压,避免超出带载能力导致波形畸变或无法起振。

③ 0.1m 的定位精度怎么理解

0.1m 是设备标称的定位分辨率,指行波时差法可区分的轴向距离。实际定位误差还受电缆波速标定、终端反射、接头结构影响。读数应理解为“缺陷所在的接头或终端区段”,而非*米级*点;现场开断检修时,宜以定位点为中心向两侧适当扩展核查范围。

④ 测到很小的放电量(如 20pC)需要处理吗

低于参考临界值的小放电,多数情况下不代表紧急缺陷,但应记录并与本底、历史数据对比。若随电压升高呈陡增趋势、或定位指向某一接头,即便量值不高也值得跟踪。判读应结合“量值、趋势、相位聚集、定位、tanδ”五位一体,而非只看单一数字。

⑤ 振荡波试验会损伤电缆吗

振荡波属阻尼交流,单周期内能量有限,是国际通行的诊断性与交接试验方法,按标准电压序列执行是安全的。但仍须严格遵守逐级加压与“放电量剧增即停”的原则,不可超序列、超电压试验,以免对已有缺陷的电缆造成额外损伤。

⑥ 如何把真实局放和现场干扰区分开

区分的核心看“与电压相位的相关性”与“随电压的变化趋势”。真实局放随试验电压升高而放电量增大、相位窗固定、重复出现;外部干扰(如邻近带电设备、通信噪声)大多与电压相位无关,加压前后都稳定存在,或在某个固定但非电压相关的位置出现。实操中可先在不加压(零压)状态下记录本底,再逐级加压观察增量部分;增量部分若随电压规律增长,即为电缆自身信号。必要时配合滤波、开窗与定位,进一步剔除空间干扰,避免把背景噪声误判为缺陷。

七、结语

电缆振荡波局放测试(OWTS)以轻便的设备、接近工频的电压波形,把耐压、局放测量、缺陷定位与介损诊断整合到一次试验中,是 6kV 至 35kV 配电电缆交接与状态诊断的高效手段。读图的核心,是看懂 PRPD 图谱中“放电量—电压相位—出现次数”的三维特征:内部放电两半周对称如蝴蝶,表面放电单半周长拖尾,电晕靠峰值呈彗星团,悬浮电位则有相位偏移的方块状。把图谱形态、行波定位、参考临界值与 tanδ 综合起来,才能给出可信的缺陷判断。RDAC-10 与 RDAC-35 分别覆盖 6kV 至 10kV 与 35kV 及以下电缆,峰值电压、振荡电流、局放量程与 0.1m 定位精度构成完整的现场能力,是配电电缆绝缘评估的实用选择。

相关仪器咨询
联系电话:010-68460051 / 13520131150
提供电力检测、核辐射防护、市政管网、卫生检测等仪器的选型咨询、技术方案服务

相关产品