第11講-電力電纜在線檢測(cè)

1、第第11講講 電力電纜的電力電纜的在線檢測(cè)與故障診斷在線檢測(cè)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(shí) 電力電纜發(fā)展背景、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分類，運(yùn)行情況等 電力電纜的絕緣特征量、劣化機(jī)理電力電纜的檢測(cè)與故障診斷技術(shù) 直流泄漏電流檢測(cè)技術(shù) 局部放電在線檢測(cè)技術(shù) 介質(zhì)損耗角正切tg的在線檢測(cè)技術(shù) 其他檢測(cè)方法 電力電纜的故障定位電力電纜基本知識(shí)背景 電力電纜主要用于發(fā)電廠、變電所、工礦企業(yè)的動(dòng)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(xiàng)重要舉措。 電力電纜與架空線路相比，優(yōu)點(diǎn)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(shí)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(yùn)行中均不可避免產(chǎn)生氣隙。耐電強(qiáng)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(huì)發(fā)生開裂，擊穿場(chǎng)強(qiáng)較低。電力電纜基本知識(shí)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(qiáng)度低，燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒氣體。 加工簡(jiǎn)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(shí)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜（簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jí)已高達(dá)500kV.2km-220kV線路的造價(jià)可達(dá)上億元。電力電纜基本知識(shí)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(duì)比電力電纜基本知識(shí)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(shí)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)電力電纜基本知識(shí) 電纜終端圖電力電纜基本知識(shí)GIS終端電纜圖電力電纜基本知識(shí)中間接頭類型截止到2001年6月，北京地區(qū)投運(yùn)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(yùn)于1988年9月，至今已運(yùn)行近20年。電力電

5、纜基本知識(shí)電力電纜基本知識(shí)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(shí)XLPE電力電纜劣化機(jī)理 熱劣化：電纜運(yùn)行溫度超過材料允許溫度時(shí)，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(qiáng)度下降XLPE電力電纜劣化機(jī)理 水樹枝劣化：有機(jī)材料在長(zhǎng)時(shí)間受水浸漬將吸潮，在強(qiáng)電場(chǎng)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(jī)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(cè)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(cè)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(gè)重要信息，電流大小和水樹長(zhǎng)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(cè)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(shí)，雜散電流會(huì)影響測(cè)量。 直流成分法測(cè)量電路100nA，不良研究表明，水樹枝發(fā)展越長(zhǎng)，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(shí)，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(huì)導(dǎo)致交流擊穿電壓下降。直流分量法測(cè)得的電流極微弱，有時(shí)也不大穩(wěn)定，微小的干擾

7、電流就會(huì)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(shí)的由水樹枝引起的電流，均經(jīng)過直流分量測(cè)量裝置，以至造成很大的誤差。可以考慮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(diǎn)處將直流電壓E1施加在電纜絕緣上交流電壓疊加，從而測(cè)量通過電纜絕緣層的微弱的nA級(jí)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(duì)直流電源的影響測(cè)量回路L2和C2的作用也是濾去交流分量，使流經(jīng)測(cè)量裝置M2的只有直流分量當(dāng)水樹增加時(shí)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(duì)地的絕緣電阻，R1為電纜的絕緣電阻，RB是整個(gè)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(cè)流經(jīng)電纜絕緣的工頻電流，通過裝置測(cè)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(duì)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。可測(cè)低頻電流進(jìn)行診斷，低頻電流是nA級(jí)。 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(cè)微電流，算出電阻。低頻成分電流頻譜低頻疊

9、加法測(cè)得的絕緣電阻與擊穿電壓的關(guān)系電纜局部放電的檢測(cè) 與油紙絕緣相比，XLPE電纜對(duì)局部放電非常敏感。局部放電會(huì)在XLPE電纜絕緣內(nèi)引起電樹枝擊穿，它是最危險(xiǎn)的劣化形式之一。電纜對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，擊穿電壓為36kV，當(dāng)已形成擊穿通道時(shí)，相應(yīng)的局放量?jī)H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(cè)的主要困難是現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重的干擾。電纜接頭盒上的監(jiān)測(cè)電纜接頭盒上的監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)頻率可大于10 M，可用差動(dòng)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(cè)電纜接頭盒上的監(jiān)測(cè)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(cè)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(chǎng)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(diǎn)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(chǎng)實(shí)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(shí)，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(chǎng)，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(diǎn)：方