交聯聚乙烯(XLPE)電纜在中壓與高壓配電網中占比持續提高,其絕緣缺陷往往在投運前或運行早期以局部放電的形式顯現。電纜中間接頭與終端因施工工藝、附件質量、環境應力等因素,是局部放電的高發部位。及時識別局放類型、量化放電強度并定位缺陷點,是避免絕緣擊穿、減少非計劃停運的關鍵。圍繞"電纜局部放電測試儀"的能力邊界,本文講清暫態地電壓法(TEV)、超聲波法(AE)與高頻電流法(HFCT)三種主流檢測原理,以及它們各自的適用場景與互補關系。
局部放電是絕緣介質內部、表面或邊緣在電場集中處發生的局部擊穿,不立即貫通電極,卻是絕緣劣化累積的早期信號。XLPE 電纜在制造、敷設、附件安裝過程中可能埋下氣隙、雜質、半導電層臺階、絕緣屏蔽剝離損傷等隱患,運行中在電壓長期作用下逐步發展為放電通道。
統計與現場經驗表明,電纜線路的可疑放電點多集中于中間接頭與終端:附件界面處理不凈、應力錐安裝偏移、絕緣屏蔽斷口倒角不良、接地線連接不可靠等,都會在局部形成場強集中。此外,電纜本體機械損傷、水樹枝老化也會產生局放。
早期局放幅值小、相位特征不明顯,常規絕緣電阻、主絕緣耐壓未必告警;但若帶病運行,在過電壓或負荷波動下放電可能快速累積,*終發展為擊穿。因此局放檢測的價值在于"早"—在絕緣完全失效前發現并處理。
電纜局放檢測按信號耦合方式分為電測法與聲測法:高頻電流法屬于電測法,適合電纜本體與接頭的在線/帶電檢測;暫態地電壓法與超聲波法更多用于開關柜、環網柜及電纜終端外露部位的表面探測。下文逐一拆解原理與適用邊界。
高頻電流法在電纜金屬護套接地線、交叉互聯箱接地線或終端接地線上卡裝高頻電流互感器(HFCT,Rogowski 線圈類傳感器),拾取局放脈沖在接地回路中激勵出的高頻電流信號。局放電流脈沖頻帶通常覆蓋數百 kHz 至數十 MHz,HFCT 傳感器的工作頻帶多在 0.1–20MHz,配合高速采集與相位分辨處理(PRPD 圖譜),可量化視在放電量(pC 量級)并識別放電類型。
高頻電流法的突出優勢是非侵入、可對在運電纜連續監測,且對電纜本體、中間接頭、終端的局放均有較好靈敏度;局限是接地回路中的外部干擾(如可控硅、變頻器、通信噪聲)也會耦合進傳感器,需要依賴時頻分離、方向鑒別與背景比對來抑制。
當開關柜、環網柜或電纜終端箱內發生局部放電,放電電流沿柜體金屬內壁傳播并在非接地金屬表面感應出短暫的地電壓脈沖(Transient Earth Voltage),TEV 傳感器以電容耦合方式貼附在柜體表面,采集 3–100MHz 頻段的暫態信號。TEV 法對開關柜/環網柜內部放電靈敏,適合巡檢快速篩查。
需要說明的是,TEV 的探測對象是金屬外殼表面的暫態地電壓,并非電纜本體內部放電的直接耦合,因此它在電纜場景中的價值主要體現在"電纜終端位于開關柜/環網柜內"時的柜體側綜合判斷,以及對柜內其他設備放電的同步排查,不屬于電纜本體局放的*電測手段。
局部放電伴隨聲波發射:放電通道內快速膨脹的氣體產生寬頻聲波,在固體與空氣中傳播。超聲波法用壓電傳感器拾取該聲信號,分為接觸式(20–300kHz,貼附在設備外殼或終端表面)與非接觸式(約 40kHz 空氣耦合,靠近探測)。聲波信號基本不受電磁干擾,且天然攜帶傳播時延,適合對可疑放電點做*定位。
超聲波法的局限是衰減快、傳播路徑受遮擋影響大,單靠幅值難以定量放電量;工程上多與電測法(HFCT/TEV)聯合使用——電測法定性定量、聲測法定點定位。
對在運電纜線路、重要用戶饋線、 tunnel/管廊電纜,推薦以高頻電流法(HFCT)構建在線或周期帶電檢測:在終端接地線、交叉互聯箱處部署 HFCT 傳感器,連續采集并比對相位分辨圖譜。對于電纜終端接入的開關柜、環網柜,疊加 TEV 與超聲波巡檢,可同時覆蓋柜內母線、斷路器與電纜終端的絕緣狀態。
新建電纜投運前、大修后或周期性預防性試驗,需要在較高試驗電壓下激發并測量局放。此時除 HFCT 外,常采用振蕩波法(阻尼振蕩波,見第六部分)對整條電纜做離線局放診斷,放電量需滿足對應電壓等級的交接/預防性試驗注意值。
HFCT 應卡裝在盡可能短、盡可能直的接地引線上,避免與大電流動力電纜平行走線;多通道檢測需保證同步(內同步以工頻為基準,或無線同步保證各測點相位一致),否則 PRPD 圖譜無法正確還原放電相位。TEV 探頭應貼合金屬表面、避開油漆與絕緣覆蓋層;超聲波探頭耦合面需接觸良好。
現場電磁環境復雜,區分"真局放"與"干擾"是電纜局放檢測的核心難點。常用手段包括:相位分辨圖譜(PRPD)區分放電與隨機噪聲的相位聚集特征;時頻分離(T-Fmap)將放電脈沖與空間干擾在時頻平面區分;多傳感器方向性/極性比對剔除共模干擾;必要時結合背景關斷比對。
局放強度以"視在電荷量"衡量,單位皮庫(pC)。IEC 60270《局部放電測量》規定了局放測量的試驗回路與校準方法,是放電量量值溯源的基礎。不同電壓等級、不同絕緣結構的電纜,其局放注意值不同,現場應以*新版交接/預防性試驗規程條款為準。
將局放脈沖按施加電壓相位展開,得到相位—放電量—頻次三維圖譜(PRPD)。不同缺陷呈現不同相位聚集特征:內部氣隙放電多在正負峰值附近視對稱分布;表面放電偏于一端;電暈放電集中于某一相位尖峰。結合圖譜形態可初步判定缺陷類型,但終判仍需結合電氣試驗、解體檢查與歷史數據。
工程上通常按"背景—注意值—警示值"分級管理:放電量低于背景參考值視為正常;達到注意值應縮短檢測周期、加強監測;達到或超過警示值則建議安排診斷性試驗或處理。具體數值依電壓等級與規程確定,例如中壓交聯電纜交接試驗常以 10pC 量級作為注意值參照,35kV 及以上要求更嚴,均應以 GB 50150-2016 與 DL/T 1253 對應條款為準。
某新建住宅小區 10kV 電纜交接試驗中,采用北京康高特(KGT) RDAC-10 輕便型電纜振蕩波局部放電測試系統對配電回路做離線局放診斷:在 30kV 振蕩電壓下測得 A 相電纜中間接頭局放幅值 85pC,超過交接試驗注意值;系統以 0.1m 定位精度將缺陷點定位至距終端 1.2m 處。開挖核查確認中間接頭絕緣屏蔽斷口處理缺陷,處理后復測局放降至合格范圍,避免了投運后擊穿風險。該案例說明:電纜局放檢測的價值不僅在"測到",更在"定量+定位"支撐精準檢修。
振蕩波法(Damped AC,DAC)用直流充電后經電感對電纜放電,在電纜中激發衰減正弦振蕩電壓(頻率約數十 Hz 至數百 Hz),在此電壓下激發局放,再用 HFCT 或電容耦合傳感器采集。振蕩波法接近工頻的介電場強分布,對交聯電纜絕緣缺陷敏感,且設備體積相對工頻耐壓系統更小,適合現場交接與預防性試驗,是中壓電纜局放離線診斷的主流手段。
北京康高特(KGT) RDAC 系統(RDAC-10 與 RDAC-35)為電纜振蕩波局放專用系統:RDAC-10 適用于 6–10kV 電纜,峰值電壓 30kV、振蕩電流 70A、局放測量范圍 50pC–200nC、定位精度 0.1m、整機 50kg;RDAC-35 適用于 35kV 及以下電纜,峰值電壓不低于 60kV、振蕩電流不低于 100A、同樣 50pC–200nC 測量范圍與 0.1m 定位精度、整機 85kg。對于在運電纜的在線/帶電監測,可配合北京康高特(KGT)子龍高頻局放測試儀(高頻電流法 HFCT 配合時頻分離抗干擾)或北京康高特(KGT)哪吒多功能局放測試儀(集成 UHF/HF/TEV/超聲波多模,覆蓋電纜終端與環網柜的綜合巡檢)形成"離線診斷+在線監測"的組合。
不能完全替代。高頻電流法是電纜本體/接頭局放電測的主力,暫態地電壓法擅長開關柜與電纜終端箱表面篩查,超聲波法長于定位。工程中多以 HFCT 定量、TEV/AE 做柜體側綜合與定位,三者互補。
HFCT 為卡裝式非接觸傳感器,僅拾取接地回路中已有的局放脈沖電流,不向電纜注入能量,對在運電纜無電氣影響,適合長期在線監測。
放電量分級管理:背景以下為正常,達到注意值應加強監測,達到警示值建議診斷性試驗或處理。具體閾值依電壓等級與規程條款確定,例如中壓交聯電纜交接常以 10pC 量級為注意值參照,應以 GB 50150-2016 與 DL/T 1253 為準。
振蕩波法(如 RDAC-10、RDAC-35)用于離線、在較高試驗電壓下對整條電纜做局放診斷,適合交接與大修后;HFCT 法(如子龍、哪吒/金吒的 HF 通道)用于在線或在運帶電檢測,適合周期監測與趨勢比對。兩者分別覆蓋"離線定量診斷"與"在運趨勢監測"。
建議為每條電纜線路建立局放檔案,按相同傳感器位置、相同試驗電壓、相同同步基準采集,以 PRPD 圖譜形態與放電量趨勢做縱向比對,量值上升或圖譜形態惡化即提示絕緣劣化。
參考文獻