電纜局部放電檢測技術共享

上海德米克斯動力技術有限公司

1. 電纜絕緣狀況的核心理解

作為電力系統中電能傳輸的核心載體，電纜的絕緣性能直接決定供電的穩定性和安全性。在長期運作過程中，電纜絕緣會逐漸劣化，主要原因包括熱劣化、電劣化和水樹枝效應。此外，外部衝擊、輻射侵蝕和化學腐蝕也會加速絕緣老化，最終可能導致電纜故障和停電。

在電場作用下，當電場強度達到擊穿強度時，絕緣層的某些薄弱區域（例如有氣隙、雜質或界面損傷的區域）會發生局部放電。這種放電不會穿透施加電壓的兩個電極，因此被認為是一種不完全擊穿狀態。然而，局部放電是電纜絕緣劣化的重要訊號－它既是絕緣劣化的原因，也是其結果，同時也是有機絕緣材料（例如交聯聚乙烯和乙烯-丙烯共聚物）老化最快的機制。

簡而言之，當電纜有絕緣缺陷時，必然會發生局部放電。持續的局部放電會侵蝕絕緣層，導致絕緣性能持續下降，最終造成電纜絕緣擊穿、導體熔化等嚴重故障。因此，及時檢測局部放電訊號並準確評估電纜絕緣狀態對於電力運作和維護至關重要。

1. 局部放電檢測的核心意義

局部放電檢測作為評估電纜絕緣狀況的核心方法，主要在以下四個方面具有價值，其應用範圍涵蓋電纜的整個生命週期：

• 及時發現潛在的電纜故障：透過檢測局部放電訊號，可以提前識別電纜絕緣中的薄弱環節和潛在缺陷，從而在故障發生之前採取有針對性的故障排除措施，有效減少意外停電的發生，確保電力系統的持續穩定運作。

• 對新投入使用的電纜進行製程品質監控：在新電纜投入使用之前， 局部放電測試 可驗證電纜生產和施工過程的合理性，識別施工過程中接頭處理不當、絕緣層損壞等潛在問題，為施工管理提供科學參考，避免不合格電纜投入使用。
• 評估舊電纜的運作狀況：對於長期運行的舊電纜，局部放電檢測可以準確確定絕緣老化程度，為電纜資產管理、故障診斷和更換決策提供數據支持，避免盲目更換造成的資源浪費，並防止絕緣失效引起的故障。
• 促進運行維護模式的轉型升級：透過局部放電檢測，可以實現對電纜狀態的即時監控和準確評估，促進傳統「計劃性維護」模式轉向更科學、更有效率的「狀態維護」模式轉變，降低運行維護成本，提高運行維護效率。

普通電纜的等效模型	故障電纜等效型號

三、電纜局部放電檢測的核心技術與解決方案

針對不同的應用場景和電纜類型，需要採用不同的檢測方案。其中，電纜振盪波檢測技術是高壓電纜和配電網路電纜領域中唯一擁有大量有效閉環案例（涵蓋測試驗證、故障拆解、缺陷排除和剖析驗證的全過程）的電纜缺陷定位技術。結合線上監測、現場檢測等方法，可以形成完整且有效率的電纜狀態監測管理和維護系統。

（I）核心測試解決方案的分類

• 線上監測（適用於關鍵線路）：在電纜運作期間即時擷取局部放電訊號，實現 24 小時不間斷監測，及時發現突發缺陷，適用於幹線和關鍵負載線路的長期運作和維護。
• 帶電線路檢查（適用於一般勘測線路）：在電纜帶電的情況下對線路進行全面檢查，快速識別可能存在局部放電危險的電纜段，為後續的準確檢測和缺陷消除提供指導，提高運行和維護效率。

• 電纜振盪波離線定位（適用於精確定位）：透過在電纜離線狀態下施加阻尼振盪電壓，在絕緣缺陷處激發局部放電，從而實現缺陷的精確定位。它是故障診斷和缺陷驗證的核心方法。

（二）高效能高頻局部放電檢測系統的參數

根據 QGDW 11304.5-2023 標準“電力設備帶電測試儀器技術規範第 5 部分：高頻局部放電檢測器”，高性能高頻局部放電檢測系統必須滿足以下核心參數，以確保檢測的準確性和可靠性：

• 輸入埠：支援 1-4 通道偵測，並可擴展擷取溫度、濕度、循環等輔助參數，實現多維資料同步分析。
• 測試功能：能夠連續採集三相至少2000個脈衝，持續時間至少5秒；脈衝重複觸發死區時間≤2μs，確保不遺漏任何關鍵放電訊號；具備單週期連續採集和脈衝觸發模式，以適應不同的測試場景；集成頻域濾波和小波濾波等多種降噪功能，有效消除乾擾訊號，提高偵測精度；支援三相同步局部放電擷取，全面捕捉三相電纜的絕緣狀態；具備北斗觸發和局部放電時域脈衝特性觸發功能，進一步提高觸發精度和響應速度。

（三）用於離線精確定位電纜局部放電問題的核心技術

在相對發達的地區，電纜驗收和日常維護通常採用三種互補方法：諧振耐受電壓測試、振盪波局部放電測試和正弦超低頻介質損耗測試。這三種方法不可互換，單一方法無法涵蓋所有情況。將離線測試與線上監測相結合，可以為現場問題提供全面的解決方案。

電纜振盪波離線定位的核心原理如下：透過電感器向電纜施加直流電源，然後透過快速開關完成直流到交流的轉換，在被測電纜上產生阻尼振盪電壓；此阻尼振盪電壓會在電纜絕緣缺陷處激發局部放電，檢測系統基於脈衝電流法捕獲局部放電訊號，從而實現精確的缺陷定位。

（四）三種主流離線偵測方法的比較

（五）直流振盪器波形（DAC）－直流風險評估

關於直流振盪波（DAC）測試的安全性，本研究從物理機制、閾值條件、工程對策和標準認證四個方面論證了其有效性。研究表明，DAC測試不會對電纜造成損壞，可安全用於現場測試。

（六）局部放電訊號的傳播特性

當電纜某處發生局部放電時，放電點前後電纜的阻抗可以視為相同。此時，局部放電脈衝訊號能量的一半會傳播到測試端，另一半會傳播到電纜遠端。當訊號到達電纜遠端的開路點時，會發生全反射，反射訊號會再次透過整條電纜傳播到測試端。

為了提高偵測精度，通常會將已知電荷量的局部放電（PD）類比訊號注入到被測電纜的測量端。透過分析此類比訊號的傳播特性，可以計算出PD脈衝沿著電纜傳播的波速、衰減因子和解析度因子。需要注意的是，PD訊號在傳播過程中會呈現「振幅減少、脈衝寬度增加」的特性，這是影響偵測精度的重要因素，需要使用專用設備和演算法進行補償和校正。

電纜中某一點放電傳播的示意圖

1. 常見問題

問題1：電纜振盪波缺陷定位與故障定位有什麼不同？

答：電纜振盪波缺陷定位是一種預防性測試。測試前，電纜必須具備一定的絕緣性能。其核心目的是識別尚未擊穿的絕緣缺陷，實現「早期發現、早期消除」。而電纜故障定位則是針對已經發生故障的電纜。它主要針對導致停電的故障，例如電纜絕緣擊穿和導體熔化（包括接地故障、短路故障、開路故障、閃絡故障和混合故障）。其核心目的是快速定位故障點並恢復線路供電。相關差異請參閱DL/T 1576標準第6.2節。

Q2：振盪波的振盪頻率是多少？

答：電纜振盪波類似諧振耐壓元件和超低頻元件，僅用作局部放電偵測的激勵電壓源。其等效頻率範圍寬廣，為20Hz-850Hz，在此頻率範圍內可擷取局部放電訊號並定位缺陷。

Q3：振盪波裝置可以偵測到多長的電纜？

答：電纜振盪波裝置的最大可測量電容為6μF。以橫截面積為300mm²的8.7/10kV電纜為例，理論可測量長度可達16km。然而，由於時域反射法（TDR）原理的限制，當電纜電容過小（不小於0.05μF）時，可能會出現波形疊加，影響偵測精度。在這種情況下，需要並聯補償裝置進行輔助檢測。

Q4：電纜衰減和最小可測量長度是多少？

答：電纜的訊號衰減與其長度、使用壽命和絕緣狀況密切相關。一般來說，電纜越長、使用時間越長，訊號衰減就越明顯。電纜的最短可測量距離主要取決於測試設備的頻寬選擇－可選頻帶越寬、時域解析度越高，可測量的電纜長度範圍就越大。例如，在測試35公尺短距離電纜時，使用高頻寬設備可以獲得清晰的測量波形，從而實現精確測試。

1. 局部放電檢測規範與標準

（a）交接測試期間的局部放電檢測要求

在電纜交接測試中，主絕緣局部放電偵測可採用三種電壓激勵方法：振盪波、超低頻正弦波和超低頻餘弦方波。檢測方法必須符合IEEE Std 400.2和IEEE Std 400.4的相關標準。具體測試要求如下表所示：

（二）IEEE Std 400.4-2015 標準的核心要求

IEEE Std 400.4-2015《額定電壓5kV以上屏蔽電力電纜系統阻尼交流（DAC）電壓現場試驗指南》是電纜振盪波試驗的核心參考標準。其核心應用範圍如下：

1. 適用於額定電壓5kV及以上的屏蔽電力電纜系統，涵蓋XLPE和EPR等主流絕緣類型，可應用於輸配電等各種電力情境。
2. 測試場景：主要用於已安裝電纜的離線現場測試，包括：① 新電纜交接測試（調試前），以驗證電纜品質和施工流程；② 定期對運行中的電纜進行狀態評估，以確定絕緣老化程度；③ 故障修復後對電纜進行絕緣驗證，以確保故障已完全消除。
3. 核心技術：它規範了阻尼交流（DAC/振盪波）電壓下的耐壓試驗和局部放電（PD）診斷方法。其核心優勢在於解決了傳統直流耐壓試驗對交聯聚乙烯（XLPE）電纜造成不可逆損傷的問題，實現了無損檢測與精準診斷的結合。

（三）電纜局部放電試驗及維護要求

對於有局部放電的電纜線路，應根據電纜的使用壽命和不同零件的局部放電幅度採取有針對性的維護措施。具體要求如下：

• 對於新投運的電纜線路及運轉時間少於一年的電纜線路：最大測試電壓為2U₀。若接頭局部放電超過300pC且電纜本體局部放電超過100pC，則應及時更換電纜。若終端局部放電超過3000pC，則應立即更換終端組件。
• 對於運行超過一年的電纜線路：最大測試電壓為1.7U₀。若接頭局部放電超過500pC，電纜本體局部放電超過100pC，則應及時更換相關零件。如果端子局部放電超過5000pC，則應立即更換端子。

（四）不同類型測試的核心目標

1. 分享現場應用案例

以下是幾個不同場景下電纜局部放電檢測的現場案例研究，充分展示了局部放電檢測技術在實際運作維護中的應用價值。它能夠準確地識別各種絕緣缺陷，防止故障擴大：

北京市大興區，電纜總長1165米，連接長度395米 在頭部觀察到明顯的圓柱形集中放電，同時伴隨諧振耐受電壓和介電損耗。 測試結果顯示沒有異常，但拆解後發現，建築物的建造不符合相關規定。 半導體材料的使用方法不正確。	國能集團馬當風電場：偵測到 10 處潛在危險，關鍵電力線路被直接破壞。
河北某風電場的電纜導體採用鋁合金材質，壓接管採用銅材質。過熱導致絕緣層劣化，接頭處普遍存在過量放電現象。	浙江某海濱光電站不同位置的集電線路發生多起故障。對可能存在故障的接頭進行了常規診斷。
博峰光伏風電場	廣東嶺南電纜廠

七、技術概述和核心價值觀

局部放電測試是IEEE、IEC和國內電力產業標準（如GB/T 12706、DL/T 1253）明確要求的電纜測試項目。其測試報告是專案驗收和合規性審核的重要文件，也是電纜全生命週期運作和維護的核心依據。

電纜局部放電檢測本質上是一種結合了預警和精準診斷的無損檢測技術。其核心價值體現在三個方面：首先，透過事先識別和定位電纜絕緣缺陷，將電纜維護從被動的緊急維修轉變為主動預防，從而減少意外停電。其次，透過準確評估電纜絕緣狀況，為資產管理和零件更換提供數據支持，降低維護成本。第三，透過科學的檢測與維護，延長電纜使用壽命，提高供電系統的可靠性，並確保電力產業的安全穩定發展。