现场做电缆振荡波局放试验,被问得多的两个问题是每档加几次与每档要保持多久。这两个问题常被当成一对,答案却不在同一个维度上。前一个有标准给出明确数字,后一个在 6kV 到 35kV 电缆的振荡波方法标准里压根没有被提出来。
DL/T 1576-2016《6kV~35kV 电缆振荡波局部放电测试方法》第 6 章里与加压有关的那一条,标题写的是测试电压及次数,后面接一张表格,给出每一档试验电压和对应的加压次数。通篇找不到保持时间与耐压时长这类提法。原因出在波形本身:振荡波不是持续施加的稳态电压,而是充一次电之后的一段衰减振荡。电压升上去,按指数规律往下掉,能量耗尽这一次的激励便结束了。保持这个概念,在这种电压上没有落脚点。
要把两件事说清楚,可以分三步走。先把标准表里的序列读准,再说明次数为什么这样排,末了交代时长这个概念在哪些文件里才真正成立,现场才好照着做。
DL/T 1576-2016 的表 1 标题为「振荡波局部放电试验中各测试电压及次数」。试验电压以 U0 的倍数给出,共 11 档,依次是 0、0.5、1.0、1.1、1.3、1.5、1.7、1.8、2.0、1.0、0。新投运电缆与已投运电缆各配一组次数。
| 顺序 | 试验电压(U0 的倍数) | 新投运电缆加压次数 | 已投运电缆加压次数 |
|---|---|---|---|
| 1 | 0(加压前本底) | 1 | 1 |
| 2 | 0.5 | 1 | 1 |
| 3 | 1.0(升压段) | 3 | 3 |
| 4 | 1.1 | 1 | 1 |
| 5 | 1.3 | 1 | 1 |
| 6 | 1.5 | 3 | 3 |
| 7 | 1.7 | 3 | 3 |
| 8 | 1.8 | 1 | 不施加 |
| 9 | 2.0 | 3 | 不施加 |
| 10 | 1.0(降压复测) | 1 | 1 |
| 11 | 0(放电后) | 1 | 1 |
表下有两个注。一是新投运电缆指敷设时间小于 1 年且未经过大修的电缆,其他情形按已投运电缆考虑。二是若测试过程中发现放电量急剧增加,应停止升压测试,尝试定位排查潜在缺陷。
这张表里容易读错的是首尾两档。开头的 0 与结尾的 0 是同一件事的两种用途,开头那一次是在零电压下记录本底,结尾那一次是放电之后确认系统回到基线。中间的 1.0 出现两次,前面那次在升压段,后面那次在降压段,作用也不相同。
读这张表之前要先确认 U0 取多少。U0 是电缆导体与金属屏蔽层或大地之间的额定工频电压,取电缆型号里的前一个数。常见的 8.7/10kV 电缆 U0 为 8.7kV,26/35kV 电缆 U0 为 26kV,21/35kV 电缆 U0 为 21kV。型号看错或者把线电压当成 U0,整张表的电压值跟着全错,次数排得再准也没有意义。U0 取错,全盘皆错。
还有一处容易读漏:已投运电缆在 1.8 与 2.0 两档标的是不施加,不是 0 次加压。它的序列顶档落在 1.7U0,这一点与第 7 章判据里把已投运电缆的判据电压定在 1.7U0 的说法对得上。新投运电缆才一路走到 2.0U0。
标准只给次数,没有逐档写明用途。把档位安排与第 7 章的判据放在一起看,这个序列能切出五段来读。下面这段是读法,不是标准原文的分段。
开头那档 0 加 1 次,问的是本底。零电压下系统能收到多少东西,后面的读数都要拿它当零点。
0.5U0 加 1 次,属于扫一档。有些缺陷在低电压下便有反应,跳过这一段会漏掉起始放电电压偏低的情形。
1.0U0 加 3 次,是升压段里给足次数的一档。1.0U0 对应电缆运行时的相电压水平,在这一档上读到的放电量,才谈得上与运行状态挂钩。给 3 次是为了看重复性,一次读数说明不了放电稳定与否。
越过运行水平之后是探查段,1.1U0 与 1.3U0 各加 1 次。这两档的任务是看放电从哪一档开始明显起来,把起始放电电压夹在两档之间。只加 1 次,是因为这一段关心的是有没有,而不是量值稳定到什么程度。
考核段是 1.5U0 与 1.7U0,各加 3 次。已投运电缆的判据电压定在 1.7U0,判据数值要与这一档的读数比对,给 3 次才谈得上取统计结果。新投运电缆在这一段同样加 3 次,随后才往上走。
1.8U0 加 1 次、2.0U0 加 3 次,是新投运电缆专属的加严段。2.0U0 是新投运电缆的判据电压,承接判据的那档给 3 次,中间 1.8U0 只作过渡,给 1 次。已投运电缆不进这一段,与它判据电压定在 1.7U0 是一致的。
降到 1.0U0 加 1 次,问的是熄灭电压与可逆性。升上去读到的放电,降回来还在不在,是判断缺陷性质的一条线索。放电随电压回落而消失的,与降下来仍然持续的,处理方式不一样。
末了回到 0 加 1 次,确认系统回到加压前的基线,也顺带验证电缆已充分放电。这一档读到的数如果与开头那次差得远,说明这一轮作业期间环境或接线有变化,整组数据的可信度要打问号。
振荡波的一次激励是怎么结束的,标准在第 5 章给了四条波形要求。这四条直接定死了单次激励的时间尺度。
一是在连续 8 个周期内,电压峰值衰减不应大于 50%。二是频率应介于 20Hz 到 500Hz 之间。三是波形为连续两个半波峰值呈指数规律衰减的近似正弦波。四是整个试验过程中,试验电压的测量值应保持在规定电压值的 ±3% 以内。
前两条合起来,一次激励有效作用时间的量级便出来了。8 个周期在不同频率下对应多长,按 8 除以频率直接得:
| 振荡频率 | 8 个周期对应的时间 |
|---|---|
| 20Hz | 0.40s |
| 50Hz | 0.16s |
| 100Hz | 0.08s |
| 300Hz | 0.027s |
| 500Hz | 0.016s |
| 800Hz | 0.010s |
表里 20Hz 与 500Hz 是第 5 章给出的频率边界,800Hz 一栏是部分设备标称的频率上限,一并列出方便对照。算出来的数落在几十毫秒到零点几秒这个区间。
把一次激励的完整过程摊开,能看得更明白。先是直流电源给电缆充电,充到预设电压。再由固体高压开关合闸,让电感与电缆的等效电容交换能量。能量在回路电阻上逐步损耗,电压幅值按指数规律往下走。衰减到判据不再有效的水平,这一次激励便结束了。整个过程里没有哪个环节需要人为等待,时长由回路参数决定,不由作业指令决定。时间不是变量。
拿它与工频或变频耐压的时长比一比,量级差别一目了然。同样是配网电缆的交流耐压,20Hz 到 300Hz 下的常规做法是 5min 或 60min 两档可选,超低频耐压是 15min 或 60min。振荡波一次激励的时长比它们短两三个数量级。
这不是标准写得粗,而是两者的考核机理不同。工频耐压靠电压长时间作用来检验绝缘能否扛住,振荡波靠衰减振荡的峰值激发缺陷处的放电,靠的是峰值与重复次数,不是作用时间。把工频耐压的 5min 搬过来套振荡波,套不上,也找不到依据。
振荡波方法标准不讲保持时长,不代表这个概念在所有文件里都缺席。换到另外两类文件上,时长会以另一种形式出现:不是分钟,而是激励的个数。三条口径摆在一起,差别看得更清楚。
| 文件 | 适用对象 | 加压次数口径 | 时长口径 |
|---|---|---|---|
| DL/T 1576-2016 | 6kV 到 35kV 电缆线路 | 表 1 逐档给出 1 次或 3 次,共 11 档 | 未设分钟级保持,单次激励为衰减振荡 |
| Q/GDW 11838-2018 | 10kV 到 35kV 配网电缆线路 | 在试验电压上限处,激励次数不低于 5 次 | 同上,时长维度由次数承担 |
| DB32/T 4365-2022 | 66kV 及以下交联聚乙烯绝缘海底电缆线路 | DAC 阶跃阶段每个电压下不少于 5 个激励 | 新电缆耐压 50 个激励,分阶跃与保持两阶段 |
电网企业标准 Q/GDW 11838-2018《配电电缆线路试验规程》在交接试验的局放检测要求里写得很直白:振荡波电压下,全新电缆试验电压上限 2.0U0、非全新电缆 1.7U0,在试验电压上限处激励次数均不低于 5 次。这一条与 DL/T 1576-2016 的表 1 并不冲突,前者管的是顶档至少要加够几次,后者管的是整条序列每一档加几次。现场可以两条一起满足:按表 1 走完序列,同时确认顶档激励次数不少于 5 次。
江苏省地方标准 DB32/T 4365-2022《66kV 及以下电压等级交联聚乙烯绝缘海底电缆线路交接试验规范》是另一回事。它把振荡波试验分成电压阶跃与电压保持两个阶段,阶跃阶段每个电压下不少于 5 个激励,新电缆耐压阶段做到 50 个激励。这是少见的一处把振荡波的时长写成个数的成文依据,适用范围是海缆交接,属地方标准,中压配网电缆不能直接照搬,引用时要标明出处。
国内这套口径之外,还有一份国际文件常被一并提到。电网企业标准 Q/GDW 11838-2018 在表 2 里把振荡波与超低频的检测方法指向 IEEE Std 400.2 与 IEEE Std 400.4,后者是 5kV 及以上屏蔽电力电缆系统用阻尼振荡波电压做现场试验的导则,IEEE 标准协会的页面显示 400.4-2015 在役,同时已启动 P400.4 修订项目。国内作业以行业标准与企业标准为准,国际导则用来对照方法思路。
把三条口径串起来,一条实用读法便出来了。中压配网电缆振荡波局放试验的时长靠次数表达,涉及耐压考核的海缆交接才改用激励个数表达。遇到把两者混着写的方案,先问清它引的是哪份文件。
加压序列有两个与标准正文不一致的版本流传较广,现场拿到的作业指导书里偶尔能见到,值得单独点出来。
一处是电压档位。有些厂商样本与方案文本把序列写成 0、0.5、1.0、1.1、1.2、1.5、1.7、1.8、2.2、1.0、0,把 1.3 换成 1.2,把 2.0 换成 2.2,次数排列与标准一致。DL/T 1576-2016 正文表 1 的档位是 1.3 与 2.0。两处旁证可以判定哪个是正文:电网企业标准 Q/GDW 11838-2018 把振荡波的试验电压上限写为全新电缆 2.0U0、非全新电缆 1.7U0,DL/T 1576-2016 第 7 章的 XLPE 判据也把新投运电缆的判据电压定在 2.0U0、已投运电缆定在 1.7U0。2.2U0 在这两处都对不上。遇到写 1.2U0 与 2.2U0 的材料,按标准正文的 1.3U0 与 2.0U0 执行。有分歧时以标准正文为准。
另一处是时长。网上能查到的部分试验方案写的是从 0.3U0 起步,按 0.3、0.5、0.7、0.9、1.0、1.2、1.3、1.5、1.7 逐级加压,每级停留 2 分钟,末了再以放电量突增作为终止条件。这套升压阶梯与 DL/T 1576-2016 的表 1 不同档,也不是任何一份现行标准给出的序列。每级停留 2 分钟这个提法同样没有出处,振荡波的一次激励在零点几秒内衰减完,停留 2 分钟在物理上也没有对应环节。写方案时把表 1 抄进去,比自己排一串阶梯稳妥。
加压序列只是作业流程里靠后的一环。它前面还有几道门槛,任何一道没过去,序列跑得再标准,读出来的数也没有用。
头一道是绝缘电阻。DL/T 1576-2016 第 6.2 条要求用绝缘电阻表在 2500V 或 5000V 量程下测电缆绝缘电阻,阻值小于 30MΩ 时不宜进行局部放电测试。电网企业标准 Q/GDW 11838-2018 第 7.5.2 条是同一个口径。这道门槛卡的是绝缘整体受潮或劣化的情形,这类状态下测到的放电量混了体积传导的贡献,判读不出来缺陷。
第二道是长度与接头位置确认。第 6.3 条要求用低压时域反射仪确认电缆长度和接头位置,方法见附录 A。这一步看着与加压无关,实际上决定了后面定位结果对不对。长度与接头位置输错,局放点的定位结果整体偏移,图谱上看到的现象与线路台账对不上,现场往往要返工重测。
第三道是现场校准。第 6.4 条要求在 20pC 到 20nC 范围内进行逐档校准,校准完成后移除校准器。校准的作用是把读数锚定到视在放电量上,不做这一步,读数只有相对意义,与判据上的 pC 值没法比。这一步不能省。校准器在加压前要摘掉,带着校准器升压既读不准,也容易损坏校准器本身。
环境与设备自身的状态也在门槛之列。第 5.1 条把环境条件定在 -10℃ 到 +40℃、相对湿度不大于 85% 且无凝露。第 4.1 条要求在输出电压上限处,测试系统自身的局放量小于 10pC,这是系统能看多小的底线。第 4.2.2 条给出低压时域反射仪的定位误差限,要求小于电缆全长的 0.2% 加上光标步长。第 4.2.3 条留了一个现场常用的处理口子:电缆偏短时,可以用补偿电容把振荡频率降下来。
接线方式也要在开工前定下来。DL/T 1576-2016 第 6 章要求试验尽可能采用单点接地,高压端采取防电晕连接措施,测试长电缆时为提高局放测量和定位的准确度,宜从电缆两端分别进行测试。序列本身是单相的,三芯电缆要逐相轮换做完,把高压输出接到被试相导体,其余两相导体与金属屏蔽层、铠装一并接地,换相之前充分放电。防电晕这一条容易被忽略,高压引线端头不做处理,电晕放电会直接混进局放读数里,在低电压档位上尤其明显。
序列跑完,每档会留下一组数。这组数怎么用,标准在第 7 章给了口径。
第 7.1.2 条说明局部放电量的取值方式:参照表 1,取多次施加电压下测试系统统计分析所得的放电量。落到操作上,是把同一档位几次加压读到的放电量放在一起统计,取偏大的量值作为这一档的结果。这解释了为什么 1.0U0、1.5U0、1.7U0、2.0U0 这几档给的是 3 次,只加 1 次的档位只用来看有没有放电,不承接判据比对。
起始放电电压与熄灭电压是两个从序列里读出来的派生量,标准正文没有直接给出这两个术语的判据,现场通常按档位区间来定。升压过程中某一档开始出现可重复放电,起始放电电压便落在它与前一档之间。降压复测那档放电消失,熄灭电压便落在这一档附近。附录 D 另给了典型缺陷的案例,可拿来对号入座。
放电量之外,图谱是另一半信息。同一档位读到的脉冲按相位统计,得到的相位分辨图谱能区分放电形态,DL/T 1576-2016 附录 C 给出五类典型缺陷的相位图谱与时域脉冲图,分别是内部气隙、针尖状突起、沿面放电、悬浮放电、终端未装应力管。附录 B 说明配电电缆中局放脉冲的传播与检测路径。放电量落在注意区间而图谱形态清晰可辨的,比单纯一个数更有判断价值。
判据部分有两份文件常用,数值同源但性质不同,摆在一起看更清楚。
| 部位 | DL/T 1576-2016 参考临界值 | Q/GDW 11838-2018 诊断性试验异常阈值 |
|---|---|---|
| 电缆本体 | 不分年限,超过 100pC | 不分年限,达到 100pC |
| 中间接头(投运 1 年内/5 年内) | 超过 300pC | 达到 300pC |
| 中间接头(投运 1 年以上/5 年以上) | 超过 500pC | 达到 500pC |
| 终端(投运 1 年内/5 年内) | 超过 3000pC | 达到 3000pC |
| 终端(投运 1 年以上/5 年以上) | 超过 5000pC | 达到 5000pC |
两栏的差别有两条。一是分界年限,DL/T 1576-2016 以 1 年分界,Q/GDW 11838-2018 以 5 年分界,同一条投运 3 年的线路在两份文件里归入的档不同。二是结论性质,前者给的是参考临界值与处理建议,后者分三档给结论,分别是正常、注意、异常,判为异常的一档对应立即消缺。
交接试验还有一套更严的数值。电网企业标准 Q/GDW 11838-2018 表 2 里,新投运电缆除放电量限值外,还要求起始局放电压不低于 1.2U0,本体不大于 100pC、接头不大于 200pC、终端不大于 2000pC。这里的接头限值是 200pC,比诊断性试验的 300pC 紧一档,交接与诊断不能互相套用。
序列能不能跑下来,落到设备上要过三关。一看输出电压能不能到顶档,二看频率与电容范围能不能覆盖被试电缆,三看充电与测量能不能撑住逐档加压的节奏。
北京康高特(KGT)自研的 RDAC-10 与 RDAC-35 轻便型电缆振荡波局部放电测试系统,分别面向 6kV 到 10kV 与 35kV 及以下电缆,采用低阻尼振荡波法,把直流高压、无晕电抗器、局放同步测量、介损检测集于一体。两套系统的局放测量与定位能力一致,差别集中在输出峰值与振荡电流上。
输出能力这一项,RDAC-35 的振荡电源峰值电压不低于 60kV,有效值不低于 42.4kV,振荡电流不低于 100A。RDAC-10 的峰值电压不低于 30kV,有效值不低于 21.2kV,振荡电流不低于 70A。以 26/35kV 电缆 U0 为 26kV 计,序列顶档 2.0U0 落在 52kV,RDAC-35 的 60kV 峰值留有余量。以 8.7/10kV 电缆 U0 为 8.7kV 计,2.0U0 落在 17.4kV,RDAC-10 的 30kV 峰值也有余量。现场选型时分界在电压等级,10kV 出线密集的场景配 RDAC-10,35kV 主干与用户站进线配 RDAC-35。
频率与电容范围决定能测什么样的电缆。两套系统的测试电压频率都是 50Hz 到 800Hz,电缆电容适应范围都是 0.05μF 到 4μF。标准对波形频率的要求是 20Hz 到 500Hz,落在设备标称范围之内。电容范围决定可测电缆的长度上限,超出这个范围的电缆,充电时间与振荡频率都要重新核算。电缆偏短、振荡频率往上限跑的情形,按第 4.2.3 条的口子用补偿电容把频率降下来。
充电与测量这一项,两套系统的电缆充电时间都小于 8s,电子开关用 IGBT,高压充电电流分别为 12mA 与 10mA。按充电时间小于 8s 估算,一档 3 次激励的充电耗时在 25s 量级,加上单次振荡不足 1s,一档作业耗时在半分钟上下。这是按官网参数做的推算,实际耗时随电缆电容与电压档位浮动。
局放测量与定位能力上,两套系统的局放测量范围都是 50pC 到 200nC,局放定位带宽 150kHz 到 45MHz 可自动选择,局部定位精度 0.1m,介损角 tanδ 在 0.1% 到 5% 范围自动测量。判据上的 100pC 到 5000pC 落在测量范围内,定位精度 0.1m 与第 4.2.2 条小于电缆全长 0.2% 加光标步长的限值是两个口径,长电缆上以后者为准。
现场校准用的校准仪,档位覆盖 1pC 到 200nC,上升沿时间不大于 30ns,脉冲幅值精度 2% 与 5% 两档,脉冲频率 100Hz 与 200Hz 可选,校准电容 100pF 与 1nF 可选,由 4 节 1.5V 电池供电。校准仪是信号源,它的档位与主机的测量下限是两回事,第 6.4 条要求在 20pC 到 20nC 范围内逐档校准,校准完摘掉校准器再升压。
整机重量方面,RDAC-35 为 85kg,RDAC-10 为 50kg,RDAC-10 的外形尺寸为长 590 毫米、宽 450 毫米、高 390 毫米。中压电缆的振荡波试验常在地下室与开关室这类空间受限的场所做,体积与重量直接决定能不能进场。门和电梯要先量。
已投运电缆能不能加到 2.0U0。按 DL/T 1576-2016 表 1,已投运电缆在 1.8 与 2.0 两档不施加,序列顶档是 1.7U0,电网企业标准 Q/GDW 11838-2018 也把非全新电缆的振荡波试验电压上限定在 1.7U0。要把已投运电缆加到 2.0U0,不属于标准序列,需在方案里单独论证并明确责任边界。
同一档 3 次读数差得远怎么办。表 1 给 3 次正是为了做统计,读数离散大时不能直接取偏大量值去比判据。先查高压引线与接地是否可靠,再回到零电压档看本底有没有漂移,必要时重新校准。若放电量随加压次数一轮轮往上走,按表下注二处理,停止升压并尝试定位排查。
短电缆的振荡频率超出 20Hz 到 500Hz 怎么处理。第 4.2.3 条允许用补偿电容降低振荡频率。同时要注意第 4.2.2 条的定位误差限值是电缆全长的 0.2% 加光标步长,电缆越短,这一限值折算到米数上越紧,定位结果的可信区间反而更窄。
起始放电电压与熄灭电压怎么取值。这两项在 DL/T 1576-2016 正文里没有给出术语判据,通常按档位区间夹出来。交接试验有明确要求的只有起始局放电压,电网企业标准 Q/GDW 11838-2018 表 2 要求新投运电缆不低于 1.2U0。
同一条线路隔多久做一次。局部放电检测在电网企业标准里属诊断性试验,投运 5 年内应结合停电检修计划开展一次,运行 5 年以上的线路结合设备重要程度、实际需求、状态评价结果开展。判为注意状态的线路不具备消缺条件时应在 5 年内复测,判为异常的立即消缺,修复后按交接试验要求试验合格方可投运。
有些产品资料把执行标准写成 DL/T 1573-2016,对不对。DL/T 1573-2016 是《电力电缆分布式光纤测温系统技术规范》,与振荡波没有关系。振荡波局放涉及的三份标准是方法标准 DL/T 1576-2016、测量系统标准 DL/T 1575-2016、振荡波高压发生器产品标准 DL/T 849.5-2019。看到资料上写别的编号,先回到这三份核对。
回到开头那两个问题。每档加几次是有答案的,DL/T 1576-2016 表 1 把 11 档电压和两组次数列得清清楚楚,照着抄便是,不必自己另排阶梯。每档要保持多久则是个不成立的问题,振荡波一次激励在零点几秒内衰减完,时长这个概念在 6kV 到 35kV 电缆的振荡波方法标准里不存在,现场要表达时长时,用的是加压次数或者激励个数。
三件事值得写进作业指导书。一是序列照标准表走,顶档按对象分,新投运电缆到 2.0U0,已投运电缆到 1.7U0,同时确认顶档激励次数不低于 5 次。二是开工前把绝缘电阻、电缆长度、接头位置、现场校准这几项过完,任何一项没过都不进加压环节。三是每档读数与背景、与相邻档位一起记,单独一个放电量数值说明不了什么。
把序列读准,数据才谈得上横向可比。同一条线路今年与三年后的两组数据,只有在同一套序列下取得,比出来的趋势才有意义。序列先对齐。