阻尼交流电测试

背景
 

电力缆线为电容性设备。当使用交流电源进行高电压测试时，因电力供给量相当巨大故而不利于移动作业。在此种情况下，交流谐振测试系统做为替代方案；即便如此，所使用的相关设备仍相当笨重。


另一方面，若使用直流电源时，则仅需克服线路之充电电流，故所需电力之供给量小，并能易于携带。然而，直流电源对于交联聚乙烯电缆有以下缺点:交直流电场分布状况不同、空间电荷无法检测检测出瑕疵点，加速水树转变为电树等。

目前有两种选择:甚低频(VLF)以及阻尼交流电(DAC)。

在VLF测试中，降低测试频率可以有效降低电缆系统通电所需的功率，从而降低测试电源的容量。DAC测试采用直流电源对测试对象进行充电，将电缆系统电容与附加电感相互作用，产生自然谐振。在充电过程中，施加的电压不间断地升高，直到达到测试电压，并很快使电路短路，从而产生自然谐振。该方法利用了直流电源体积小和交流电源电压特性的优点。

DAC的测试结构如图1所示。  

局部放电测量

使用DAC系统的局部放电(PD)测量符合IEC 60270标准测试。如图1所示，测试系统有内置耦合电容;根据测试项目的不同，对滤波器的编程也有所不同:一个是频率< 500 kHz的标准测试，另一个是频率在150 kHz到45 MHz之间的PD测量。


进行局部放电量测时，使用标准测试法(500 kHz低通滤波)。测试仪器会记录电压波形与局部放电波形，用以辨识受测缆线有无局部放电现象存在。图2及图3分别显示有无局部放电讯号的记录波形，图2在每个电压周期之中，均无异常脉冲讯号存在，故没有局部放电现象。图3在每个电压周期的特定相位上，皆有出现脉冲信号号，故有局部放电现象存在。基于此点，需再进行脉冲信号波形分析，以厘清脉冲讯号来源。  

局部放电定位

图4所示为局部放电源定位的分析示意，受测缆线长度为1m，局部放电源在距测试端x公尺的距离，则测试端所观察到两个讯号的时间差为△t，局部放电讯号在缆线中的传递速度为每微秒v公尺。
 
图5(a)(b)所示为局部放电的测量结果，显示出脉冲讯号的存在。图5(c)(d)为图5(a) (b)的展开波形。图5(e)为根据前述计算之分析结果，图5(a)为电缆终端的外部放电，图5(b)为电缆接点的局部放电讯号。 
   

常见问题

 

• 问题一：阻尼交流电源测试是否会对绝缘施加直流电场应力？

  不会。
  根据电场之基本原理，阻尼交流电源测试使用阻尼交流电源，因此，绝缘材料所受之电应力与交流电源一般。

• 问题二：阻尼交流电源测试是否具有明确定义的测试参数？

  是的。
  阻尼交流电源测试电压由[7，8]所提供，最大阻尼交流电耐受电压分别由第一阻尼交流电源周期之电压峰值VDAC或RMS值VDAC /√2所确定。透过施加阻尼交流电源耐受测试，能于选定的持续时间段内，以选定的阻尼交流电源电压应力对缆线区段施加压力，并于发生故障时可对问题缆线部分产生排斥。此外，对于强烈的不均匀绝缘缺陷(发生局部放电现象)，归功于连续性的交流电应力，阻尼交流电源应力的破坏性也较低。这也代表着微观故障通路检查方式，可能有助于提供关于故障原因之更多信息。阻尼交流电源参数已明确定义。根据[1,2,3]，阻尼交流电源耐受测试的持续时间，由五十次的阻尼交流电源激发所给出。尽管交流测试需长达一小时的过电压测试应用，在调查故障的情况下，已证实使用五十次的阻尼交流电源激发乃是具有代表性的。

• 问题三：阻尼交流电源测试期间是否可能产生空间电荷发展呢？

  不会。
  通电阶段持续增加的电压让交流电场得以分布，且不会产生直流应力。 此外，归功于连续的单极电压增加，不会达成稳态直流条件。通电阶段的持续时间相对较短(数十秒)，搭配所施加的电场(<20 kV / mm)，缆线绝缘层中无空间电荷积累。在到达选定的测试电压后，将会立即进行切换，故根本不会达到稳态条件。于进行切换后，衰减的交流电周期代表双极交流电放电过程，之后便不存在任何剩余电荷。

• 问题4：阻尼交流电源测试对电缆绝缘有危害吗？

  没有。
  完美的绝缘绝不会受到阻尼交流电源测试的损害。然而，与持续性未监控交流电测试搭配高达2Uo的过载电压相反，阻尼交流电源测试始终以局部放电方式进行监控。若绝缘层的缺陷非常不均匀时，则敏感的局部放电测量将检测到局部放电活动，并运用于控制绝缘层的降解过程。因此，正向的阻尼交流电源测试结果不仅能确保通过耐受测试，同时也显示出没有局部放电裂解的绝缘现象，可安心可靠地使用。

• 问题五：在阻尼交流电源通电期间，交流电场是否分布呢？

  是的。
  通电阶段会持续对缆线施加单极电压。于此期间，仅存在电容性交流场分布。当持续通电并于达到电压后，所接续发生衰减的交流电相时，将不会出现稳态(直流电)条件。通电阶段持续增加的电压将导致交流电场分布，且没有直流应力。因此，在耐受测试期间，阻尼交流电源耐受测试可提供持续的交流应力。

• 问题六：阻尼交流电测试是否能用于新电缆的后置测试吗？

  是的。
  与20Hz至300Hz 1小时、或24小时Uo的交流测试类似，对于测试新安装最高350kV电力缆线而言，阻尼交流电源测试也是替代方法之一。

• 问题七：对于维修和保养老旧缆线的维护与诊断测试而言，是否能运用阻尼交流电源测试法呢？

  可以的。
  
将监控的阻尼交流电源测试运用于维护用途，可透过运用阻尼交流电源耐受测试，并执行标准化的局部放电检测方法，藉此提供灵敏的方式来检查维修站点的安装质量状况。
  
  若所使用的缆线线路老化时，结合局部放电检测与耗散系数估算的方式，对于老化的交联连聚乙烯缆线和浸油绝缘层的状况评估而言，可谓是相当强大的检测工具。

• 问题八：阻尼交流电源测试是否能在现地执行敏感的标准化局部放电检测呢？

  可以的。
  
相较于具有高电磁干扰等级(高达1.000pC)的典型移动交流系统，阻尼交流电系统特色为其相当低的局部放电等级(低于5pC)，以及IEC 60270标准化局部放电检测能力。

• 问题九：阻尼交流电源测试的使用是否已标准化呢？

  是的。
  阻尼交流电压在20Hz至300Hz的范围内，并为正弦交流电压；故如此处所述，建议运用于现地测试的测试电压：
  
  ●IEC 60840: 对于额定绝缘电压为30kV至150kV高压绝缘电线与附件之测试方法与要求

  ● IEC 62067：额定绝缘电压超过150kV的高压绝缘缆线和配件；此外，适用于带阻尼交流电压现地测试之其它标准
  ● IEC 60060-3：高压测试技术第三部分：现地测试之定义和要求
  ● IEEE 400: 额定功率为5 kV及以上的屏蔽电力缆线系统绝缘现地测试和评估指南

  ● HD 632 S2 (CENELEC)：额定电压36kV(Um = 42kV)至150kV(Um = 170kV)以上之高压绝缘缆线与其附件 

  ● IEEE 400.4：额定值为5 kV含以上的阻尼交流电源(DAC)之屏蔽缆线系统之现地测试指南(草案制备中) 

• 问题十：使用阻尼交流测试是否比传统连续交流电压测试更好呢？

  是的。
  请参照表1和表2，显而易见地，阻尼交流电源技术可谓是电力缆线网络现地测试与诊断最现代化的方式。全球各地的许多电力公司、制造商、服务提供商，均已成功使用该技术。在中等电压层面，此种测试电压类型已成功运用了十多年。自前五年以来，我们在HV和EHV缆线测试取得了非常好的经验与成果。关于科学成果、实务案例、技术说明的信息，已发布逾一百多种技术和科学刊物和书籍中。