第11講-電力電纜在線檢測

1、第第11講講 電力電纜的電力電纜的在線檢測與故障診斷在線檢測與故障診斷 唐志國唐志國Telhp); 51971617(o)辦公室：辦公室：教教5樓樓D325Email：高電壓與電磁兼容研究所主要內(nèi)容電力電纜基本知識 電力電纜發(fā)展背景、結(jié)構(gòu)特點，分類，運行情況等 電力電纜的絕緣特征量、劣化機理電力電纜的檢測與故障診斷技術(shù) 直流泄漏電流檢測技術(shù) 局部放電在線檢測技術(shù) 介質(zhì)損耗角正切tg的在線檢測技術(shù) 其他檢測方法 電力電纜的故障定位電力電纜基本知識背景 電力電纜主要用于發(fā)電廠、變電所、工礦企業(yè)的動力引入/出線 過海、過江、過鐵路等特殊部位，多采用電纜 20世紀(jì)80年代初，

2、隨著XLPE電纜的廣泛應(yīng)用，電力電纜與GIS一起成為城網(wǎng)改造的兩項重要舉措。 電力電纜與架空線路相比，優(yōu)點是受氣候影響小，節(jié)省空間、安全可靠、隱蔽耐用，但成本較高電力電纜基本知識類型 油浸紙絕緣電力電纜 由木纖維紙和浸漬劑組成的復(fù)合絕緣。 生產(chǎn)和運行中均不可避免產(chǎn)生氣隙。耐電強度降低。 橡皮絕緣電力電纜 合成橡膠：丁苯橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯 耐臭氧差，在電暈作用下會發(fā)生開裂，擊穿場強較低。電力電纜基本知識聚氯乙烯絕緣電力電纜 聚氯乙稀樹脂為基礎(chǔ)，配以增塑劑、穩(wěn)定劑、防老劑等 極性材料，介損大，耐熱性低，耐電強度低，燃燒時產(chǎn)生有毒氣體。 加工簡單、生產(chǎn)率高、成本低、耐油、耐腐蝕、

3、化學(xué)穩(wěn)定性好。電力電纜基本知識交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜（簡稱XLPE電纜） 通過物理或化學(xué)方法將聚乙烯進(jìn)行交聯(lián)而成性能優(yōu)良、工藝簡單、安裝方便、載流量大、耐熱性好；目前在配電網(wǎng)、輸電線中應(yīng)用廣泛并逐漸取代了傳統(tǒng)的油紙絕緣電纜，電壓等級已高達(dá)500kV.2km-220kV線路的造價可達(dá)上億元。電力電纜基本知識XLPE 油紙 橡皮 聚氯乙烯 溫度（正常/短路） 90 / 25075-80 / 22065-70 / 160絕緣電阻（歐米） 1014-10151013-10151011-10131011-1012介電常數(shù) 2.34.03.0-4.58.0介損正切 0.00060.010.04-0.050

4、.1不同電纜的參數(shù)對比電力電纜基本知識交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)線芯、半導(dǎo)體屏蔽層、XLPE絕緣、鎧甲、護(hù)套等電力電纜基本知識交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)電力電纜基本知識 電纜終端圖電力電纜基本知識GIS終端電纜圖電力電纜基本知識中間接頭類型截止到2001年6月，北京地區(qū)投運的高壓電纜線路情況： 220千伏電源電纜線路 16路 63.225公里 220千伏聯(lián)絡(luò)電纜線路 15路 0.949公里 110千伏電源電纜線路 114路 283.422公里 110千伏聯(lián)絡(luò)電纜線路 82路 4.722公里（其中110千伏及以上充油電纜60多公里）XLPE電纜最早投運于1988年9月，至今已運行近20年。電力電

5、纜基本知識電力電纜基本知識1、 電纜表面爬電痕跡圖電纜表面爬電痕跡圖電力電纜基本知識XLPE電力電纜劣化機理 熱劣化：電纜運行溫度超過材料允許溫度時，材料發(fā)生氧化分解等化學(xué)反應(yīng)，從而使電纜絕緣電阻和耐壓性能下降 電氣劣化：絕緣內(nèi)部氣隙、絕緣和屏蔽層之間的空隙部位的電暈放電、屏蔽層上的尖狀突起等引發(fā)局部放電，并產(chǎn)生電樹枝，引起耐電強度下降XLPE電力電纜劣化機理 水樹枝劣化：有機材料在長時間受水浸漬將吸潮，在強電場作用下水分將呈樹枝狀侵蝕電纜，生成水樹枝 化學(xué)性劣化：有機材料溶脹、溶解、龜裂、化學(xué)樹枝狀裂化。這些電纜的劣化都可以通過檢測直流泄漏電流和交流電壓下的tg 和局部放電來判斷其絕緣狀況電

6、纜絕緣的在線監(jiān)測技術(shù)直流法 電纜絕緣層中產(chǎn)生的微量直流泄漏電流是內(nèi)部存在水樹的一個重要信息，電流大小和水樹長度之間有一定相關(guān)性，以此可判斷水樹或絕緣的劣化程度。 直流成分法：直流成分法：將微電流測量裝置串接在電纜接地線中，該裝置的分辨率為0.2 nA。護(hù)層電阻下降時，雜散電流會影響測量。 直流成分法測量電路100nA，不良研究表明，水樹枝發(fā)展越長，直流分量電流也就越大，XLPE電纜的直流分量電流IDC與其直流泄露電流及交流擊穿電壓具有較好的相關(guān)性。即IDC增大時，常常說明水樹枝的發(fā)展、泄露電流增大，這樣的絕緣劣化過程會導(dǎo)致交流擊穿電壓下降。直流分量法測得的電流極微弱，有時也不大穩(wěn)定，微小的干擾

7、電流就會引起很大誤差。研究表明，這些干擾主要來自電纜的屏蔽層與大地之間的雜散電流，因雜散電流及真實的由水樹枝引起的電流，均經(jīng)過直流分量測量裝置，以至造成很大的誤差?？梢钥紤]采取旁路雜散電流或在雜散電流回路中串入電容將其阻斷等方法。直流疊加法直流疊加法：借助接地的電壓互感器的中性點處將直流電壓E1施加在電纜絕緣上交流電壓疊加，從而測量通過電纜絕緣層的微弱的nA級直流電流或其絕緣電阻。E1為10-50V。并聯(lián)電容C1 及L1是濾掉工頻和將工頻和直流電源隔開，避免交流高壓對直流電源的影響測量回路L2和C2的作用也是濾去交流分量，使流經(jīng)測量裝置M2的只有直流分量當(dāng)水樹增加時直流疊加電流也增加。 直流疊

8、加法等效電路Rm為M2的內(nèi)阻，Rs電纜外皮上防護(hù)層對地的絕緣電阻，R1為電纜的絕緣電阻，RB是整個母線系統(tǒng)的絕緣電阻tan法法：從電壓互感器取電壓，用電流傳感器測流經(jīng)電纜絕緣的工頻電流，通過裝置測出電纜絕緣的tan，此信息反映出絕緣缺陷的平均程度。 目前對介質(zhì)損耗角正切來衡量電纜絕緣老化還存在不同看法，有研究者認(rèn)為，僅能反映電纜吸水受潮的程度。低頻法 低頻成分法：由于水樹的存在，在電纜絕緣電流中還有低頻成分，其頻譜在10Hz 尤其在3Hz以下?？蓽y低頻電流進(jìn)行診斷，低頻電流是nA級。 低頻疊加法：將7.5 Hz 20V的低頻電壓在線加于電纜，在接地線中測微電流，算出電阻。低頻成分電流頻譜低頻疊

9、加法測得的絕緣電阻與擊穿電壓的關(guān)系電纜局部放電的檢測 與油紙絕緣相比，XLPE電纜對局部放電非常敏感。局部放電會在XLPE電纜絕緣內(nèi)引起電樹枝擊穿，它是最危險的劣化形式之一。電纜對局部放電要求非常嚴(yán)格，不超過10pC 例如在3.2mm厚的XLPE電纜模型上實驗時，擊穿電壓為36kV，當(dāng)已形成擊穿通道時，相應(yīng)的局放量僅為3pC，5.6s后增至500pC，隨即發(fā)生擊穿。 電纜發(fā)生局部放電的部位大多在接頭和終端部位。 電纜局部放電監(jiān)測的主要困難是現(xiàn)場嚴(yán)重的干擾。電纜接頭盒上的監(jiān)測電纜接頭盒上的監(jiān)測：監(jiān)測頻率可大于10 M，可用差動平衡電路和極性鑒別電路來抗干擾。 電纜接頭盒上的監(jiān)測電纜接頭盒上的監(jiān)測高頻脈沖電流法 傳感器采用寬帶羅哥夫斯基線圈電容分壓器法電容分壓器監(jiān)測靈敏度取決于分壓比：C1/(C1+C2)高頻脈沖電流法和電容分壓器法較適合現(xiàn)場使用。電容分壓器法靈敏度最高，且有利于故障的定位。但其缺點是需要破壞電纜屏蔽層，在連接盒上插入內(nèi)電極等，在現(xiàn)場實現(xiàn)還有一定困難。感應(yīng)傳感器法： 原理：當(dāng)電纜屏蔽由多股螺旋狀帶繞成時，局放電流在屏蔽線上的電流可分為沿電纜和圍繞電纜的分量，切向電流產(chǎn)生軸向磁場，該磁力線在電纜外側(cè)，用線圈制成特高頻傳感器裝在電纜外。 特點：方