电缆线路局部放电缺陷检测典型案例
（第二版）
序
为进一步提高电缆线路缺陷发现能力，国网运检部组织中国电科院对2008年以来北京、上海、湖北等单位电缆线路局部放电带电检测、在线监测进行了汇总分析，2013年9月电缆线路局部放电缺陷检测典型案例和图谱库（第一版）。
本册为第二版，增加3个局部放电案例，供各单位以此为参考，进一步加大电缆线路局放检测力度，深化数据分析诊断，切实提高电缆线路缺陷发现和分析判断水平。
案例1：高频局部放电检测发现10kV电缆终端局部放电
1. 案例经过
2010年5月6日，利用大尺径钳形高频电流传感器配Techimp公司PDchenk局部放电仪，在某分界小室内的10kV电缆终端进行了普测，发现1-1路电缆终端存在局部放电信号，随后对不同检测位置所得结果进行对比分析，初步判断不同位置所得信号属于同一处放电产生的局部放电信号，判断为电缆终端存在局部放电信号。
2010年6月1日通过与相关部门协调对其电缆终端进行更换，更换后复测异常局部放电信号消失。更换下来的电缆终端经解体分析发现其制作工艺不良，是造成局部放电的主要原因。 2. 检测分析方法
测试系统主机和软件采用局部放电在线检测系统，采用电磁耦合方法作为大尺径高频传感器的后台。
信号采集单元主要有高频检测通道、同步输入及通信接口。高频检测通道共有3个，同时接收三相接地线或交叉互联线上采集的局部放电信号，采样频率为100 MHz，带宽为16 kHz~30 MHz，满足局部放电测试要求。同步输入端口接收从电缆本体上采集的参考相位信号，通过光纤、光电转换器与电脑的RS232串口通信，将主机中的数据传送至电脑中，从而对信号进行分离、分类及放电模式识别。
利用局部放电测试系统，在实验电缆中心导体处注入图1-1的脉冲信号，此传感器可直接套在电缆屏蔽层外提取泄漏出来的电磁波信号，在电缆中心导体处
注入脉冲信号，耦合到的信号如图1-2所示。
图1-1 输入5 ns脉冲信号 图1-2输入5 ns脉冲信号响应信号
将传感器放置不同距离时耦合的脉冲信号如图1-3所示。距电缆终端不同距离耦合的脉冲信号随其距离的增长而减小（见图1-4），这样就可以判断放电是来自开关柜内还是线路侧。
a）距电缆终端0.1 m b）距电缆终端1.5 m
图1-3 局部放电系统的耦合信号
图1-4 不同位置耦合的脉冲信号
2010年5月6日，在某分界小室内的10kV电缆终端进行了普测，在距离1-1路进线电缆0.5 m和1.0 m处分别发现局部放电信号，测试结果如图1-5及图1-6所示。可见利用大尺径高频电流传感器，发现在0.5 m处存在局部放电相位特征的放电波形，幅值为190 mV，在1.0 m处存在具有局部放电相位特征的放电波形，幅值为120 mV；在距离电缆终端1.0 m处的局部放电信号相对于0.5 m
处的信号有明显衰减；2个信号波形和相位图谱分布相似，有可能属于同一处放电产生的局部放电信号，初步判断电缆终端存在局部放电信号。
a)单个脉冲波形 b)局部放电信号相位图谱
图1-5 距电缆终端0.5 m处测试结果
a)单个脉冲波形 b)局部放电信号相位图谱
图1-6距电缆终端1.0 m处测试结果
2010年6月1日通过更换此电缆终端头后，再对该电缆进行复测，放电信号消失。对该电缆终端头进行解体分析时，发现密封胶涂抹位置不对，半导电层剥削不规整，护套应力锥形状不规整，局部有凸起，电缆终端解体情况如图1-7所示。
a）电缆铠装与接地线涂抹密封胶 b）B相半导电层剥削不规整
c)C相半导电层剥削不规整 d)护套应力锥形状不规整
图1-7 电缆终端解体照片
3. 经验体会
大尺径高频传感器测试法可以在现场较有效地检测出10kV配电电缆终端局部放电，减少因安装工艺或电缆劣化导致的突发性事故的发生，值得进一步推广应用。特别是针对配合地电波和超声波带电测试过程中发现异常的开关柜进行检测，可促进安装工艺的提高和避免电缆因长期运行逐渐劣化引起突发性事故的发生。
（本案例由原北京市电力公司试验研究院提供）
案例2：多局部放电方法综合检测出主变压器变联GIS侧110kV终端接头缺陷
1. 案例经过
自2001年以来，北京电网中美国G＆W公司金属应力锥式的终端共发生4次故障，都发生了强烈的爆炸，甚至引燃外泄的变压器油，造成了较大的损失。为排查电网中电缆运行的安全隐患，2010年，电缆公司对北京电网在运的G＆W电缆终端进行了局部放电普测。
2010年1月11日，电缆公司使用TechImp局部放电测试仪对某站3＃变压器变联GIS侧110kV终端接头进行状态检测时发现，A相接地线上发现异常信号，幅值为680mV，具有放电衰减特征，第二天，电缆公司进行了PDCheck局部放电测试仪等多种设备联合复测，复测结果显示，该站3＃变压器变联GIS侧110kV终端存在较大局部放电量。随后，公司对该接头安排了切改。 2. 检测分析方法
2010年1月12日，电缆公司综合应用TechImp局部放电检测仪、超高频局部放电诊断装置、频谱分析仪、超声波局部放电探测仪四种手段，对该站3＃变压器变联GIS侧110kV终端进行局部放电检测，A相发现较大幅值异常信号，
且四种检测设备的测试结果基本一致。局部放电测试结果分别见表2-1至表2-4。
表2-1 PDCheck局部放电测试仪结果
信号 采集处 检测结果 结论 异常：信号具有180º相位关系和脉冲衰减特征。等效频率在2MHz～5MHz区间，单个脉冲在0~10MHz间具有宽频段分布特征。平均放电量680mV，最大放电量超过2V。 小结：A相幅值最大，平均放电量680mV，最大放电量超过2V， 波形具有脉冲衰减特征 A相接地线 相位图谱 分类图谱 脉冲波形 脉冲频谱 表2-2 超高频局部放电诊断装置结果
相别 监测数据 结果 A相
具有明显放电特征 表2-3 频谱分析仪结果
信号 采集处 频谱测试 特征描述 A相 频域信号 时域信号 表2-4 超声波局部放电探测仪结果
在0～1.5GHz频段存在高频信号成分，且有时域特征 现象 位置（示意图） 在终端法兰盘与护层保护器的连接螺栓上听到A相有明显的噼啪声，幅值17dB。B、C相无明显异常 2010年1月12日，公司对发现局部放电的终端接头进行切改，并将此接头在北京某实验室进行检测。该实验室配置PE屏蔽大厅、HAEFFLY耐压和局部放电试验设备，背景噪声0.1pC。对A相电缆终端加压，从零逐步升压至1.0Uo (64kV)，出现局部放电现象， PD>800pC。
各种局部放电测试试验图像见表2-5。
表2-5 测试图像
试验设备名称 试验电压及图像 Techimp 超高频局部放电诊断装置（DMS） 超声 频谱仪分析仪 64.2kV （PD> 800pC） 放电图谱 特征图谱 法兰上、下端面螺 栓上能听到1dB的明显放电声 频域（0～3GHz） 时域 （中心频率100MHz） 具有明显放电特征 放电波形图 频图谱 专家系统识别图测试数据描述：信号具有180º对应关系，波形具有典型脉冲衰减特性，频率范围分布分别为1MHz～4MHz,12MHz～14MHz ,95%放电量为129mV 在实验室无干扰的环境下，验证该终端头本体确实存在较大的局部放电现象。随后对该电缆终端进行解剖分析，检查终端内油压、密封性、螺栓的紧固度、终端尺寸及各部件安装位置、内部带材等方面，主要发现情况如图2-1~图2-6。
图2-1 密封横膈膜缺口 图2-2 PVC带脱落 图2-3油中白色絮状物质
图2-4 应力锥区段放电点 图2-5 补偿海绵情况 图2-6 金属护套变形
经实验室验证和解剖分析，确认该终端存在局部放电性质缺陷，也充分说明采用PDCheck等多种手段对电缆进行测试，可以多方验证局部放电测试结果，有效掌握设备运行状况，进一步指导公司的状态检修。 3. 经验体会
（1）局部放电测试能有效排查运行中电缆附件缺陷，并进一步指导生产，
确保电缆网运行安全，提升设备检修效益。
（2）多元化、多手段检测技术配合使用，可综合诊断多种特征参数，正确判断异常信号，提升状态检修工作的可行性、可靠性。
（本案例由原北京市电力公司电缆公司提供）
案例3：高频局部放电检测出电缆GIS终端应力锥内部缺陷
北京市电力公司在总结分析了北京地区G&W终端故障的基础上，于2009年3～4月期间，为查明该金属应力锥结构电缆终端故障原因，结合宣武门变电站2#变变联电缆变压器终端击穿故障，对击穿及部分退出运行的G&W终端进行了实验室测试、解剖，研究分析了局部放电、结构尺寸、绝缘材料特性等，联系国内历次故障情况，综合气温、油压等相关因素深入查找发生故障的根本原因。
故障统计分析表明，安装在我国北方地区、受气候影响大的环境中的G&W金属应力锥终端较易发生故障，且故障一般发生在冬季。我国南方四川、广西、贵州、广东等地也运行有部分该结构终端，但未见有故障记录。国内其他城市如太原、榆林、南京等我国北方城市发生的16次故障都在12月～3月期间发生，且一、二月份是高危时段。
根据故障统计规律，可以判定：安装在我国北方地区、受气候影响大的环境中的G&W金属应力锥终端较易发生故障；故障线路多是较小截面电缆；且故障一般发生在冬季、初春的低负载率时段；故障点都位于半导电管的上端口；故障伴随有强烈的爆炸。
2010年1月，北京市电力公司组织成立了G&W终端后续分析小组，对牛宣、崇文门3#变压器、井单一、崇单线路退下的共计18只G&W终端进行跟踪研究。在电缆厂屏蔽实验室用IEC标准精确地进行定性和定量分析。对比现场测试结果和试验室内的测试结果，提高对设备的认识、积累经验。之后将电缆终端解体分析，对终端内的各个组成部分如绝缘油、带材等的检查和分析试验，找到产生局部放电的部位、研究局部放电发生的机理，观察不同放电量下电缆终端
内材质的表现，总结其运行特点和局部放电在该终端内的发展过程，为下一步制定G&W终端检修方案打下基础。
1. 检测方法分析
（1）现场带电检测：110kV 崇文门3#变压器 （GIS终端）
在崇文门GIS侧A相上检测到异常放电信号，信号具有180°对应关系，波形具有典型脉冲衰减特性，频率范围分布分别为2MHz~4MHz，12MHz~14MHz，95%放电量为129mV。检测图谱如下所示。
（a）放电图谱
（b）分类图谱
(c) 放电波形 （d）放电频谱
图3-1相位图谱、放电脉冲波形以及对应的频图谱
（2）试验室对比：110kV 崇文门3#变压器 （GIS终端）
试验温度在9~9.5℃时，仅加压至1.0U0（64kV）时A相GIS侧终端即有高于800pC的放电量。试验室测试结果验证了现场测试得出的结论，即该终端确实存在安全隐患。
（3）终端解剖分析案例：110kV 崇文门3#变压器
经解剖发现：应力锥区段内绝缘，自半导电断口向上38mm，有一处明显放
电点，直径为5mm。在半导电管断口向上360mm范围内有黑色、黑黄色痕迹，
且有PVC包带纹路。解剖照片如图3－1所示。
图3-1 电缆终端解剖后缺陷部位
（本案例由原北京市电力公司试验研究院提供）
案例4：超声超高频联合检测出220kV电缆终端连接部放电
1. 案例经过
2010年6月28日，上海市电力公司下属超高压输变电公司对世博园区内的220kV连云站进行局部放电例行检测，在220kVGIS 室测试过程中发现室内空间超高频信号明显，经定位分析发现信号来自2#主变压器220kV电缆筒体B相的筒体与电缆终端连接部位。 2. 检测分析方法
采用PDS-G1500声电联合局部放电测试与定位系统。将超声传感器布置在B相筒体下端电缆终端的交界面上，测得对应的超声和超高频信号。相关图片分别如图4-1～图4-3所示。
图4-1超高频初步判断信号大致位置 图4-2超声辅助定位
图4-3 相互对应的超声和超高频信号
可以看出，超高频和超声信号一一对应，超高频信号幅值很强，超声信号幅值较小。展开后可以看到声电信号起始沿时差约为200us，考虑到超声在SF6气体内的传播速度，局部放电源应该在超声传感器所在位置附近50cm的范围内。
处理过程：该信号正在连续跟踪监测，测试中发现，该部位局部放电信号在时间上呈现间歇性，测试期间在12时～13时信号突然消失，消失了近一个小时后又出现稳定的局部放电信号，信号特征参见图4-4。
图4-4 连续监测放电信号
由多周期信号相位分布特征可以看到，工频正负半周期的局部放电脉冲基本对称，每个半周内有4～5个脉冲，脉冲间距较宽。此类信号有可能是绝缘内部气隙放电或者悬浮电位放电，放电有间歇性，放电信号幅值较强。 3. 经验体会
现场缺陷放电往往具有间歇性特点，使得局部放电检测和诊断的难度较高。声电联合定位可以有效地排除干扰，确认缺陷放电的具体部位。本缺陷待安排停电解体验证后进一步分析局部放电产生的原因。
（本案例由原上海市电力公司超高压输变电公司提供）
案例5：高频局部放电检测出110kV电缆本体缺陷
1. 案例经过
2009年7月，维试人员在常规局部放电在线检测工作中，发现某110kV双回电缆线路本体多处出现局部放电信号，遂对该双回线路进行长期局部放电检测，发现一条线路局部放电量有明显上升迹象，考虑到设备的安全可靠运行，对该条线路进行全线更换，通过解剖发现该条电缆线路的外半导电屏蔽表面已发现多处严重放电痕迹，成功的避免了一起运行故障的发生。 2. 检测分析方法
110kV某双回电缆线路（以下简称“电缆A”和“电缆B”）于2007年9月投运，型号为YJLW03-1×630mm2，回路长度 2663m，全线两组交叉换位段。2009年7月，维试人员采用局部放电检测设备（如图5-1所示），在常规局部放电检测工作中，在电缆A的2号、3号和4号换位箱以及电缆B的2号换位箱发现了局部放电信号（典型信号图谱如图5-2、图5-3所示），经过信号分析判断局部放电位于电缆本体上。
2009年7月底、 12月以及2010年4月，对该双回电缆线路进行局部放电复测，均在本体不同部位检测到局部放电信号，信号特点为：发生密度较低，信号不连续、不均匀。
图5-1检测设备
局部放电信号被噪音掩盖 PD
图5-2 电脑软件显示的信号图谱 图5-3 示波器显示的信号图谱
综合四次局部放电测量结果，可以看出所有检测到的局部放电信号均出现在低测量频率下，因此信号不是来自接头而是来自电缆本体，局部放电并不是长期持续放电，并且放电时间没有一定的规律，因此，每次检测到的局部放电位置有所不同，每次测试没有在以前发生局部放电的地方重新检测出局部放电，不能代表上次测试出来的信号不会出现。根据所检测到的局部放电波形和反射波时间，可以推定所检测到的局部放电属于多点分布，大小不定，发生密度不稳定和不连续的类型。
为增强信号判断的准确性，选用另一套CPDM-100T三通道局部放电测试仪，对该双回电缆线路进行在线局部放电检测，进行比对试验。
检测结果：在电缆A 的2号接头以及电缆B的2号接头和4号接头附近发现有局部放电信号。
图5-4 CPDM-100T三通道局部放电测试仪
典型图谱：
2号接头 4号接头 局部放电信号 局部放电信号 图5-5 电缆B 2号接头及4号接头典型局部放电信号图谱
电缆B的2号接头信号经3PARD分离后获得的信号相位图如图5－6所示。
图5-6电缆B2号接头信
号相位图
信号具有明显的局部放电特征。且第显高于第3通道。
电缆B 2号接头端的反射如图5－7
局部放电信号 相位特征，符合1、2通道信号明信号波形及在远所示。
图5-7 电缆B2号接头信号波形及远端反射
电缆 B 4号接头信号具有明显的相位特性，与局部放电的特征相吻合，如图5－8所示。
局部放电信号
波形在端头的反射 图5-8电缆B4号接头信号波形及远端反射
3. 缺陷处理
经过长期监测以及不同测试设备的比对试验，发现电缆B线路的局部放电信号量有明显上升的趋势，10个月期间局部放电量已经由21pC上升到1000pC，同时根据局部放电设备厂家提供的标准：局部放电量达到100～300pC，要做出更换计划提案。为确保线路安全运行，决定先对电缆B线路进行全线更换，采用原拆原放方式。
将电缆B线路抽检解剖发现， B相2号接头至3号接头间以及3号接头至4号接头间本体的外半导电屏蔽表面放电痕迹明显，典型解剖图片如图5－9所示。
a）剖开电缆金属护套后金属编织布表面图
b）剥除金属编织布后阻水层表面图
c）剥除阻水层后外半导电屏蔽表面图
d）金属护套波谷内表面出现放电痕迹照片
图5-9 典型解剖图
4. 缺陷分析
追溯电缆制造厂方生产记录和原材料记录，发现用于阻水缓冲层的铜丝布带中，铜丝径及棉纱量异常：
（1）铜丝布带厚度标准要求：0.38±0.02mm，实际值:0.38mm，符合要求； （2）铜丝布带单位重量标准要求：19±1g/M，实际值：18.9g/M，符合要求； （3）铜丝布带中铜丝径标准要求：0.2±0.01mm/40根，实际值：0.16/40根， 即铜丝布带中的铜丝面积约减少32%
（4）棉纱重量则由标准的7.6g/M增加到11.4g/M，约增加45.6%。 由于金属铜价格的上涨，铜丝布带生产厂家提升了棉纱的用量减少铜丝的用量，由于铜丝布带的单位重量和厚度没有发生变化，造成材料验收时没被发现异
常。
在高压电缆结构中，半导电缓冲层处于电缆外半导电屏蔽层和铝护套之间，正常情况下，半导电缓冲层电阻很小，铝护套与外半导电屏蔽层近似为等电位，电缆电容电流由外半导电层透过缓冲层流到铝护套。当缓冲层中铜丝布带的铜丝径变小，棉纱线量相对增加后，造成电缆外半导电屏蔽层和铝护套由于棉纱的隔离没有可靠接触，铜丝被隐藏在棉纱之下，铝护套通过铜丝对外半导电屏蔽层的电阻急剧增加，当不接触长度增加到一定值时，外半导电屏蔽层上的电位逐步增加到使铝护套和外半导电屏蔽层间的气隙放电电压时，在此间就形成局部放电，持续的火花放电会烧灼电缆外半导电屏蔽表面。
鉴于电缆A在本体多处发现局部放电信号，信号强度最高达到150pC且与电缆B为同一批次生产电缆，决定对电缆A线路安排全线更换，更换后通过解剖，发现电缆A本体出现与电缆B相同的放电痕迹。随后，公司普查了上海地区所有110kV在运电缆线路，没有该电缆厂方生产的同批次电缆。
（本案例由原上海市电力公司超高压输变电公司提供）
案例6：高频局部放电及振荡波局部放电、超低频介质损耗联合检测出10kV路灯缆缺陷
【线路名称】：东风大道8#路变01柜——东风大道9#路变02柜10kV路灯缆 【线路长度】：508m 【敷设方式】：电缆沟 【投运年限】：10年 【检测及诊断过程】：
5月20-21日，检测组对该条线路开展联合测试，该条线路属路灯供电专线电缆，运行方式为A、C相供电，B相作为冷备用状态，供电方式为昼停夜开。检测组与5月20日晚对该条线路采用TechImp公司的高频局部放电测试仪——PDcheck在首、末两端分别进行测试，首、末端(东风大道9#路变02柜)测试结果如图6-1、图6-2所示。
A相 C相 图6-1 东风大道9#路变02柜
C相
图6-2 东风大道8#路变01柜
由于东风大道8#路变01柜处三相电缆距离过近，高频CT难以卡在A相本
体上进行测量，因此在这一侧只能采集A相信息。从图6-1、图6-2中可以看出，该条电缆C相存在一定程度的内部放电，但放电幅值不大。为了定位局部放电源，采用OWTS进行离线诊断，其结果如图6-4所示。
从图6-4中可以看出，该条电缆的局部放电点非常集中，均为距离东风大道8#路变212m处的接头。在U0电压下，其局部放电主要集中在C相，局部放电起始电压(PDIV)为8.7kV，放电幅值最大为180pC，放电次数为9次；A相局部放电起始电压(PDIV)为8.7kV，放电幅值最大为130pC，放电次数为2次。而在错误!未找到引用源。范围内，其放电幅值、次数均急剧上升，A相最大值达到2379pC，C相最大放电幅值达到2000pC，必须及时处理。结合PDcheck检测数据分析可以发现，采用OWTS进行离线局部放电诊断，通过提升试验电压能够较好检出因绝缘内部缺陷过于微小难以暴露在正常运行电压下的隐患。
图6-3 东风大道8#路变振荡波测试现场
图6-4 振荡波测试结果
为对该条电缆的整体绝缘老化状况进行评估，采用0.1Hz超低频高精度介质损耗测试系统VLF-sinus34进行超低频介质损耗测试(见图6-5)，其测试结果如表
6-1所示。
图6-5 东风大道8#路变超低频介质损耗测试现场
表6-1 东风大道8#－9#沌路电缆超低频介质损耗测试结果
介质损耗值 TanDelta (0.5Uo) （103） －TanDelta (1.0Uo) （103） －TanDelta (1.5Uo) （103） －介质损耗变化率DTD （1.5Uo-1.5Uo）（10） 1.73 －3超低频介质损耗随时间稳定性VLF-TD Stability (Uo下测得的标准偏差[103]) －介质损耗平均值VLF-TD, Uo 下[103] －A相（L1） C相 （L3） 2.57 3.32 4.30 0.04 3.32 15.06 18.84 19.27 4.21 0.23 18.84
参考IEEE P400.2—2013送审稿的判据建议，该条电缆A、C相落入需“采
取进一步测试”建议值范围。表明该条电缆已存在较为严重的老化。
联合综合诊断结果表明，该条线路存在较严重缺陷，制定检修策略为：更换距离东风大道8#路变01柜212m处接头，并沿接头两侧部分更换20m电缆。
5月28日，赴疑似缺陷现场进行消缺处理，打开电缆沟盖板后，发现此段电缆为排管、电缆沟混合敷设方式，在采用电缆识别仪对缺陷电缆识别后，为确保安全，在距离疑似缺陷接头1m处从外护套沿径向打入一接地钢钉，发现有水渗出，在该处切割后发现线芯严重受潮(见图6-7)。由于该段电缆两侧均为管群，考虑到后期试验室开展理化分析的要求，为防止在管群内拖拽损伤电缆接头，在距离中间接头一侧1m处开断后将另侧电缆从管群内抽出10m并进行开断(见图6-8)，发现该处电缆线芯依然严重含水，且铜屏蔽、铠装层严重锈蚀。
图6-6 疑似缺陷电缆线路现场实物图
图6-7 接头一侧1m处电缆剖面
图6-8 接头对侧10m处电缆开断现场
在处缺完成后，工作组再次对该条线路进行阻尼振荡波及0.1Hz超低频介质损耗联合复测，测试结果表明，该条电缆局部放电异常点消除，介质损耗值在正常范围之内，线路隐患得以消除。
（本案例由湖北省电力公司电力科学研究院提供）
案例7：高频局部放电检测出110kV电缆终端内部放电
2008年7月2日，对知春里220kV变电站里大一110kV出线电缆终端进行了测
试。经测试发现C相终端头的一类信号疑似内部放电信号。
1. 检测分析方法
C相放电的相位图谱及分类图谱如图7－1、图7－2所示。
图7-1 放电图谱 图7-2 在特征图谱上对信号进行分类
提取出其中黑色区域对应一类放电信号，对应的相位图谱、放电脉冲波形和频图谱如图7－3所示。
（a）放电图谱 （b）放电波形
（c）放电频谱
图7-3 相位图谱、放电脉冲波形以及对应的频谱
为进一步确认，使用开窗功能，单独测量该频段内的信号，其相位图谱如图7－4所示。
图7-4 开窗后的相位图谱
结论：此类放电最大幅值在500mV左右，是电缆终端内部放电，其原因如下：
（1）对应相位关系明显，一、三象限为主； （2） 对应信号波形比较明显，为放电衰减波形； （3） 对应信号频率较高，约6~8MHz，为近点放电。
2008年6月16日，对八昆一路八里庄站内终端进行测试，发现B相有疑似局部放电，B相放电图谱和特征分类图谱如图7－5、图7－6所示。
图7-5 放电图谱 图7-6 在特征图谱上对信号进行分类
分类图谱中红色部分对应的相位图谱、放电脉冲波形和频图谱如下：
（a）放电图谱 （b）放电波形
（c）放电频谱
图7-7 相位图谱、放电脉冲波形以及对应的频谱
结论：此类放电是电缆终端内部放电，其原因如下：
（1） 对应相位关系明显，一、三象限为主； （2） 对应信号波形比较明显，为放电衰减波形； （3） 对应信号频率较高，约5~6MHz，为近点放电。
（本案例由北京深蓝华盛科技有限公司提供-引进意大利特因普技术）
案例8：高频局部放电检测出220kV电缆中间接头局部放电
1. 案例经过
2010年5月17日～5月24日，电缆运维单位对某220kV电缆线路进行现场耐压验收试验（试验电压220kV，耐压时间1h），在耐压过程中同步对隧道内电缆的接头进行分布式局部放电监测。测试中1.4U0下在电缆线路17号接头上发现10pC左右的局部放电，如图8-1所示。
图8-1 1.4U0条件下17#接头与前后接头的信号图谱比较
1.2U0/4MHz测试频率下17#接头与前后接头的信号图谱比较如图9-2所示。
图8-2 1.2U0/4MHz测试频率下，17#接头与前后接头的信号图谱比较
解体电缆接头时发现接头内电缆本体上有微小局部放电缺陷，如图8-3所示。
图8-3 解体电缆接头发现微小局部放电缺陷
2. 检测分析方法
以高频脉冲电流局部放电检测法为主。 3. 经验体会
为了提高电缆运行的可靠性，有必要在现场耐压验收的过程中同步进行局部放电测试。
（本案例由北京兴迪仪器设备有限责任公司提供-引进德国海沃技术）
案例9 110kV 电缆局部放电复测检出及定位测试
1. 案例经过
2010 年9 月19、21 日在某110 kV 电缆线路线终端所检测到局部放电，为向该电缆线路的运行管理和质量维护提供有效的技术数据，需确定局部放电检测结果的可靠性并进行局部放电源定位，2010 年10 月11 日对上述电缆线路进行了局部放电带电复测及定位测试。 2. 检测分析方法
本次测试中，首先是采用脉冲电流法传感器对线路电缆终端进行测试，确定了立体甲园线C相体育开关站终端附近存在局部放电和立体甲达线A相体育开关站终端附近存在局部放电。然后采用脉冲电流法传感器（HFCT）与超高频传感器（UHF）混合检测再次确认信号源。 （1）UHF 超高频传感器的检测结果。
图9-1 检测部位示意图
（a）超高频传感器检测信号
（b）超高频检测图谱
（c）典型缺陷超高频放电图谱 图9-2 超高频局部放电检测的相关图谱
超高频检测结果分析总结：
1）通过采用超高频传感器分别在4 个盘式绝缘子法兰上检测到的局部放电信号相互间的时间差，由波形也可以看出法兰④UHF4检测到的信号到达时间最快，幅值最大，因此可以判定超高频传感器检测到的局部放电信号源是在法兰④UHF4 与立体甲达线终端之间。
2）由检测到的信号图谱与GIS 局部放电类型数据库中的图谱对比发现，本次超高频传感器检测到的信号图谱类型与悬浮电位电极或毛刺信号图谱一样，即该局部放电信号属于悬浮电位电极或毛刺放电—单极放电。
（2）脉冲电流法HFCT 传感器与超高频传感器混合检测。
采用超高频传感器在盘式绝缘子法兰检测到的信号，虽然判定了局部放电 信号源是在法兰④UHF4 与立体甲达线终端之间，但是还需要确定该信号源与立体甲园线C 相以及立体甲达线A 相检测到的局部放电信号源是否是相同的信号源，因此，利用两种传感器，即两个超高频传感器与脉冲电流传感器同时检测。
1）与立体甲园线C相信号源对比。
图9-3 与立体甲园线C相信号源对比检测图
由脉冲电流传感器与超高频传感器同时检测到的波形可见，两种传感器所检测到的波形脉冲不同步，即是两种传感器检测到的局部放电信号来自于不同的信号源。
2）与立体甲达线A相信号源对比。
图9-4 与立体甲园线A相信号源对比检测图
由脉冲电流传感器与超高频传感器检测到的波形可见，两种传感器所检测到的波形脉冲不同步，即是两种传感器检测到的局部放电信号来自于不同的信号
源。
脉冲电流法HFCT 传感器与超高频传感器混合检测结果分析总结：由以上分析可见，超高频传感器检测到的局部放电信号独立于另外两个局部放电信号源，该局部放电信号（UHF4）是来自于GIS 内部，在法兰④附近靠近立体甲达线侧。
（3） 测试结论及检修建议。
2010年10月11日对立体甲园线、立体甲线及立体甲达线体育开关站电缆终端进行局部放电测试（复测）并定位确认存在三个局部放电信号源。该局部放电信号，密度较高，幅值较大，已达100pC，具有一定的危险性，近期应采取相应的措施进行应对跟踪。比如间隔一个月内采用不同的方法手段进行测试确认或者安装一套长期在线监测系统对其进行实时监测监视，如果在线监测系统或经采用不同的方法手段测试而发现局部放电信号都有增长趋势，就应该尽快对该设备其进行停电更换。
（本案例由智友光电技术发展有限公司提供-引进日本智友技术）
案例10：超声超高频联合检测出35kV GIS电缆头表面局部放电
1. 案例经过
2009年8月6日，超高压公司局部放电检测小班对广场站各电压等级GIS设备进行例行检测，在35kV GIS的广藏3150和广茂3145（与广武3144/电缆并仓）间隔靠近电缆终端处（测试点在电缆层内）测到明显的超高频和超声局部放电信号，进行初步定位确定问题来自电缆后，结合HFCT进行局部放电测试分析。
超高频（UHF）和高频电流传感器（HFCT）布置如图10-1所示。
HFCT传感器 UHF传感器
图10-1 传感器布置图
检测仪器测得的数据如图10-2及图10-3所示。
图10-2 广藏3150中测得的放电信号（UHF+HFCT）
图10-3 广茂3145中测得的放电信号（AE＋UHF）
打开两个电缆间隔GIS侧挡板后发现，电缆接头处铜质桩头严重锈蚀，电缆头绝缘外壳上有白色环状痕迹（疑为放电痕迹），如图10-4所示。
白色环状
放电痕迹
图10-4 白色环状痕迹
用红外成像仪对该处进行热成像测温，发现白色环状处明显发热，红外热成像图如图10-5~图10-8所示。
43.3℃AR014035302523.4℃
图10-5 广藏3150 C相 AR01 : 最大值43℃
42.7℃40AR02AR0135302524.1℃
图10-6 广藏3150A相 AR01 : 最大值 46℃ AR02 : 最大值 43℃
41.6℃40AR0135302524.9℃
图10-7 广武3144/广茂3145 B相 AR01 : 最大值43℃
50.0℃5045403530AR0125.3℃
图10-8 广武3144/广茂3145 C相 AR01 : 最大值51℃
电缆公司又对广武3144/广茂3145电缆终端进行紫外线电场分布检测，如图11-9及图11-10所示。
图10-9 广武3144/广茂3145 B相紫外图片
图10-10 广武3144/广茂3145 C相紫外图片
各种检测方法均表明，这两个间隔电缆终端表面存在局部放电，且放电程度比较严重，需要立即处理。
处理情况：将广茂3145 C相电缆解剖，如图10-11所示。
广茂3145 C相放电部位-2
图10-11 电缆解剖图
广茂3145 C相放电部位-1
可以看出广茂3145 C相放电部位-1对应的电缆主绝缘基本完好，内部无爬电现象。广茂3145 C相放电部位-2对应应力控制管的断口处，解剖后电缆内部基本完好，绝缘表面、应力控制管表面及绝缘管内表面也无爬电现象。将广茂3145广场站三相户内终端重新制作热缩式终端，同时调整电缆层夹具位置以扩大广茂3145与邻近的广武3144终端间距，间距大约4cm左右。 2. 检测分析方法
采用超高频和超声巡测，发现问题后结合HFCT进行局部放电测试和定位。 后又采用红外和紫外进行对比分析和问题确认。 3. 经验体会
广场站为地下变电站，设备所处环境湿度较大，外加电缆终端外有环氧衬筒，使得水汽更难挥发，长期积累使得铜质接头部件腐蚀严重，遍布铜绿，且铜的氧化物碎屑掉落粘在电缆外表皮上（见图10-12~图10-14），与电缆表面积灰共同作用导致局部放电。
图10-12 电缆线鼻连接处遍布铜绿并有金属氧化物碎屑
图10-13 碎屑掉落至与广茂3145相邻的广武3144终端的预制件上
图10-14 金属碎屑造成对邻近电缆表皮放电
（本案例由上海交通大学提供）
案例11：高频和特高频局部放电检测发现110kV电缆GIS终端局部放电
1. 案例经过
2012年1月12日，应用特高频局放检测设备在某220kV变电站内110kV GIS设备区多个部位检测到典型的局放异常信号，根据信号幅值的强弱确定了局放产生的GIS间隔，该间隔主要设备包括断路器、隔离开关、绝缘盆子、GIS电缆终端等。采用高频局放检测设备在该GIS间隔的三相电缆终端接地线处均检测到了局放信号，通过对局放特征谱图进行分析，确定局放信号由同一个局放源产生，来源于A相设备。
应用具有高速数据采集功能的示波器，通过读取脉冲信号到达不同检测部位的时延对局放源进行准确定位，从而判断发生局放异常的设备与部位。根据局放定位结果对可能存在局放缺陷的设备进行停电或者倒闸操作处理，并再次进行局放检测，分析局放信号是否消失。针对拆卸下来的设备在实验室进行现场工况模拟试验，对局放检测与定位结果进行试验验证，进一步分析与确认缺陷产生的环氧套管，然后对环氧套管进行X光扫描发现了气腔缺陷。 2. 检测分析方法
在本案例中特高频检测手段发挥了重要作用，通过对GIS设备区进行普测发现了局放信号，进而根据局放信号幅值的强弱确定了局放源产生于某一GIS间隔，采用的特高频传感器检测频带为300MHz-1500MHz，A、B、C三相电缆终端检测结果如图11-1所示。
图11-1. 特高频传感器的带电检测结果。从左到右依次为A、B、C三相电缆终端处所检测的信号。
本案例在利用特高频局部放电手段进行检测的过程中，同时利用高频局部放电的检测技术对GIS电缆终端进行了检测，高频局放检测技术是基于罗戈夫斯基线圈原理的电感耦合法，传感器是从局部放电产生的磁场中耦合能量，再经电感线圈转化为电信号。局部放电发生后，放电脉冲电流将沿着电缆及电缆附件的
轴向方向传播，即会在垂直于电流传播方向的平面上产生磁场，高频检测法正是从该磁场中耦合放电信号。高频局放检测传感器从三相电缆GIS终端接地线上提取的信号如图11-2所示。从图11-2中的第一列可以看到，局部放电信号的相位分布（Phase Resolved Partial Discharge, PRPD）特征谱图呈“眼眉”状，三相局放信号形状非常类似，其中A相信号为正极性，B、C相信号与A相信号相反为负极性，表明局放信号穿过A相传感器的方向与穿过其他两相传感器的方向相反，即局放信号沿着A相电缆终端接地线传播，再经同一接地排传播至其他两相的接地线，局放信号传播方向示意图如图11-3所示。
（a） (b) (c)
(d) (e) (f)
(g) (h) (i)
图11-2. A、B、C三相电缆终端高频局部放电信号的在线检测结果。从上到下各行为A、B、C三相，从左到右各列分别为局部放电PRPD谱图，放电脉冲波形图，脉冲频谱图
图11-3 局放信号传播路径示意图
采用示波器通过读取时延的方法对局放源进行定位，图11-4为示波器采集到的两传感器检测到的局放信号，从图中可以看出两传感器时间差为1.35ns，根
据局放信号在GIS中传播速度约等于电磁波在空气中的传播速度特性，即1ns时间传播距离为30cm，可以计算出放电源距离1#传感器65cm，据此可判断局放源处于电缆GIS终端处，根据电缆终端的结构特点，可知局放源可能在电缆终端的高压出线端附近。
图11-4 局放信号传至2个传感器的时延。其中C1为1#传感器；C2为2#传感器。
为了进一步分析电缆终端的缺陷部位，将该电缆终端的环氧套管进行拆除、更换新的环氧套管。并重新对更换后的电缆终端进行局部放电试验，试验电压升至96 kV并保持5分钟未检测到放电信号，证明局放缺陷产生在原环氧套管内。
为了深入分析环氧套管中缺陷的类型、大小、位置等，对原环氧套管进行了X光扫描。采用的X光设备为数字化放射摄影系统（简称CT），其为断层扫描与立体成像技术，检测步长小于1mm。
图11-5中（a）为环氧套管横截面X光透视扫描结果，（b）为环氧套管断面扫描结果，（c）实际切开环氧套管后定位的结果。
从图11-5a扫描结果中可以看到，在环氧套管内嵌的高压电极与环氧树脂之间存在明显气隙。将环氧套管切开后，可见气隙位置与CT扫描结果完全一致。
（a） （b） （c）
图11-5 环氧套管X光透视图
3. 经验体会
采用高频、特高频联合局放检测手段，并通过深入分析局放信号特征谱图、幅值等确定了局放源所处区域，并对高频，应用具有高速采集功能的示波器，通
过读取时差的方法，可准确的对局放源进行了定位。采用数字化X光放射摄影系统有效的查找到产生局放源的气隙缺陷。
（本案例由原北京市电力公司试验研究院提供）
案例12：利用超声局放检测出220kV电缆GIS终端内部缺陷
（1）案例经过
2012年1月，运维人员在220kV兆通站巡视过程中，发现兆常Ⅱ线（264间隔）1A电缆GIS终端有渗油现象。经过与厂家人员的共同确认，定位为一般缺陷，待停电时安排检修工作。
2012年5月，运维人员利用兆通站综自改造停电机会进行消缺。当打开264间隔1A电缆终端时，发现内部存在严重放电烧伤痕迹，绝缘已严重劣化。将264间隔其余户内终端进行解体，发现2A、1B、1C终端情况与2B类似，判断该批电缆终端存在家族性缺陷，且情况较为严重。对兆通站运行中的5路30个充油式电缆GIS终端进行超声局部放电带电检测，发现8支220kV电缆户内终端有放电（不含264间隔的6支），包括：263的1A、1B、2C；262的1C；265的1A、1B、1C、2C，随后安排对电缆终端进行了消缺处理。 （2）处理过程
工作人员对8支局放存在异常的相位上安装了在线监测系统，严密注视着缺陷的发展情况。通过局放在线监测系统，可以清楚、直观地查看到电缆GIS终端内的局放值的大小。
对于测试中存在局放的8支220kV电缆户内终端，在对其进行解体后，均发现其内部绝缘油已发黄，且应力锥顶部有一圈蘑菇状半透明胶体特质。比如对于265-1C，测试的数值如图12-1所示：
图12-1 265-1C局放测试数值
对265-1C进行解体后，其内部情况如图12-2所示：
图2 265-1C电缆终端解体
由此可以看出，GIS局部放电在线监测系统的可靠性还是比较高的，能够比较准确地判断故障相。
可以分析其中某一相在过去一段时间的局放发展情况，图12-3为265-2C从5月17日至5月28日的趋势分析图：
图12-3 265-2C 5月17日至5月28日局放趋势分析图
从图中可以看出17日、21日和22日这三天中分别有一段时间系统没有采集数值，从5月17日至5月19日，局放值是一直缓慢增长的，但从5月19日至5月28日，局放值一直稳定在18mv左右，没有明显的发展。如图12-4所示。
图12-4 265-1A 5月17日至5月28日局放趋势分析图
从图12-4中可以看出除了有个别时间段系统没有采集数值之外，其余时间的数值基本是保持不变的，也就是说GIS内部的局部放电很稳定，没有明显的发展。
另外通过趋势分析图和相位图分析放电积聚能量的过程以及各相不同的放电类型，分析形成局部放电形成的原因，以便做好以后的预控措施。如图12-5所示，265-1B与262-1C放电的类型就有明显的不同。265-1B的放电能量的释放都是比较均匀的，没有能量积累的过程，放电量也基本相同，但262-1C的放电能量明显有一段时间的积累，隔一段时间就有一个比较大的放电过程。而且从相位图上看，265-1B的放电时间一般都处在峰值附近，而262-1C的放电时间都积聚在零点附近。
（a） 265-1B局放趋势分析图
（b）265-1B局放测试值
（c）262-1C局放趋势分析图
（d）262-1C局放测试值
图12-5 265-1B、262-1C局放测试结果对比
同时，局放在线监测系统可以保存所有测量过的数据，绘制成一幅趋势走向图，可以直观地观察到局放的发展情况。图12-6为265-2C某一天测试数值所形成的趋势分析图，从图中可以看出在过去的一天当中，265-2C的局放数值是增长的，但是增长得比较缓慢，而且数值的稳定性较好，虽然局放有所发展但是放电比较稳定，短时间内不会出现大的波动。这也就保证了在相邻间隔工作的人员
的人身安全。
图12-6 265-2C一天的局放趋势分析图
利用GIS局部放电在线监测系统，使得在处理220kV兆通站电缆终端缺陷的时候保证了工作人员的人身安全，及时地掌握了故障相的发展情况，合理的安排了停电检修的顺序，避免了事故的发生，最大限度地挽回了电网的损失。对于修复好的故障相，也进行了一段时间的在线监测，确保电缆GIS终端无局部放电现象发生，保证了工程的质量。 （3）经验体会
GIS局部放电在线监测系统可以同时监测多个相位，采用无线通信的方式，安装简单，操作简单方便，读数直观，不仅可以显示瞬时峰值、有效值，频率成分等，还可以绘制趋势走向图，且信息储存量大，便于进行分析。对于重要线路的重要部位有必要安装在线监测设备，这样有助于掌握设备的运行状况，及时排除设备存在的隐患，为电网的安全运行提供强有力的保障。
（本案例由国网河北电力公司石家庄电力公司提供）
案例13：终端尾管接地异常电缆线路现场局放检测与状态诊断
1. 案例经过
电缆运维单位对某220kV电缆线路开展例行高频局部放电带电检测，在41#杆户外终端处检出疑似局放信号（放电信号具有明显的相位相关性，信号簇团中心相距约180°）。现场测试人员多次调整改变检测中心频率，在二维、三维统计分布图谱分析基础上，结合放电信号时域波形特征与频域分布特性分析，进一步明确所检信号的放电属性，判断放电发生在电缆终端附近的非主绝缘结构部
分。最后运用基于三相同步信号检测获得的三相幅值关联图谱（3PARD），分析得出放电位置处于41#杆户外终端B相。
41#杆户外终端4MHz下的放电信号（中心频率4MHz，带宽300kHz）如图13-1所示。
A相放电图谱 B相放电图谱 C相放电图谱
a）41#杆户外终端三相的PRPD图谱比较
A
相时域波形及频域特性 B相时域波形及频域特性 C相时域波形及频域特性
b）41#杆户外终端三相的时域波形及频域特性比较
A相三维局部放电谱图 B相三维局部放电谱图 C相三维局部放电谱图
c）41#杆户外终端三相的Q-Φ-N图谱比较
a）41#杆户外终端三相的3PARD图谱
图13-1 41#杆户外终端4MHz检测中心频率下放电信号的特征图谱
41#杆户外终端12MHz下的放电信号（中心频率12MHz，带宽300kHz）如图13-2所示。
A相放电图谱 B相放电图谱 C相放电图谱
a）41#杆户外终端三相的PRPD图谱比较
A相时域波形及频域特性 B相时域波形及频域特性 C相时域波形及频域特性
b）41#杆户外终端三相的时域波形及频域特性比较
A相三维局部放电谱图 B相三维局部放电谱图 C相三维局部放电谱图
c）41#杆户外终端三相的Q-Φ-N图谱比较
a）41#杆户外终端三相的3PARD图谱
图13-2 41#杆户外终端12MHz检测中心频率下放电信号的特征图谱
41#杆220kV电缆终端A、B、C相出现的放电信号与电压相位角存在相关性，信号簇团中心相距约180°，且在12MHz为中心的较高频带下信号频域出
现明显特征峰，三维局放图谱也符合局放相位特性，可以判断41#杆220kV电缆终端中存在局部放电活动，且位于终端附近。但信号时域波形不符合主绝缘系统内部局部放电的波形特征，尤其是信号脉冲的上升沿时长偏大，结合三相同步信号采集获取的3PARD图谱，判断出信号源来自户外终端B相。
运维单位在户外终端测到的局部放电信号后，随即开展现场红外热成像测试工作，图13-3示出了41#杆220kV电缆户外终端拍摄位置及A、B、C相的红外图谱，测试发现：户外终端B相尾管处温度偏高，这与局部放电测试结果存在强关联性（B相电缆终端放电幅值、放电密度较A、B相都偏高）。
图13-3 41#杆户外终端的现场红外热成像图谱
为进一步明确终端尾管处局部放电发生的原因，运维单位开展了缺陷分析工作，分析结果如下：由于该电缆终端尾管下端部与电缆金属套搪铅处局部松脱（疑似小偷意图偷窃摇晃松动），使得尾管接地可靠性下降，终端带电带负荷运行时，局部电场畸变，使得松脱开裂处发生局部放电，同时因终端尾管下端部接触电阻变大，直接导致尾管接触不良发热，温度偏高。运维单位在明确缺陷原因后立即开展消隐消缺工作，并适当缩短该终端的状态检测周期（采用高频局部放电与红外热成像带电检测手段定期巡检），确保该220kV电缆线路的安全稳定运行。 2. 检测分析方法
以高频局部放电带电检测为主，结合红外热成像技术手段，联合测试明确缺陷类型与缺陷位置。 3. 经验体会
（1）局部放电测试可有效检出运行中电缆附件缺陷，但对电缆户外终端而言，因位于线路端头的现场电晕放电干扰较大，且处于时域发射法放电源定位的盲区，需结合放电信号多类图谱分析，并运用一定的数学处理工具，例如3PARD，才可获得较为理想的分析结果。
（2）现场带电检测应采用多种技术手段，联合测试，发挥各自的长处，可获得更为全面的检测结果，有力支撑被测线路的缺陷诊断识别。
（本案例由江苏省电力公司无锡供电公司与江苏省电力公司电力科学研究院提供）
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