電力電纜在線監(jiān)測與診斷

第五章電力電纜在線監(jiān)測與診斷1整理課件本章內(nèi)容概述電纜絕緣的劣化和診斷內(nèi)容電纜絕緣的在線監(jiān)測電纜的故障定位方法2整理課件§5.1概述3

什么是電力電纜？架空線電力電纜電力傳輸通道3整理課件

為什么使用電纜？輸電通道小不受環(huán)境污染影響可靠性高對人身及周圍環(huán)境干擾小特殊應(yīng)用環(huán)境使用電纜的優(yōu)點4整理課件制造工藝復(fù)雜造價高施工維修麻煩使用電纜的缺點5整理課件電力電纜開展簡史6整理課件電力電纜的使用至今已有百余年歷史。1879年愛迪生首次使用電纜實現(xiàn)地下輸電。1911年德國敷設(shè)60kV高壓電纜。1913年霍希施泰特研制成分相屏蔽電纜。1981年研制成1000kV的特高壓電力電纜。7整理課件XLPE電纜結(jié)構(gòu)簡單無敷設(shè)落差限制安裝維護方便1952年：創(chuàng)造XLPE材料1957年：GE制成XLPE電纜50年代末：第一代工藝|濕法交聯(lián)70年代末：第二代工藝|干式交聯(lián)80年代中后期：第三代工藝|凈化材料,自動控制8整理課件電纜的種類油紙絕緣電纜氣體絕緣電纜塑料絕緣電纜9整理課件聚氯乙烯電纜聚乙烯電纜XLPE〔交聯(lián)聚乙烯電纜〕塑料絕緣電纜銅量/1000t501001506670747882861231.電力電纜合計2.XLPE電纜3.油紙電纜10整理課件交聯(lián)聚乙烯電纜

XLPE，crosslinkedpolyethylene

30余年歷史

性能優(yōu)良、工藝簡單、安裝方便

得到廣泛應(yīng)用11整理課件XLIE電纜的根本結(jié)構(gòu)12整理課件交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜結(jié)構(gòu)示意圖1、導(dǎo)體2、導(dǎo)體屏蔽3、交聯(lián)聚乙烯絕緣4、絕緣屏蔽5、金屬屏蔽

6、填充7、內(nèi)襯層8、鎧裝層9、外護套13整理課件導(dǎo)電線芯：高導(dǎo)電率材料，絞線承圓形或扇形截面。絕緣層：高電阻率材料，tg

、低而電氣強度Eb高的油浸紙、橡皮或塑料。密封護套：保護絕緣線芯免受機械、水分、化學(xué)等的損傷，有時外部還有保護覆蓋層。半導(dǎo)體層的作用：均勻電場，它可以克服電暈及游離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡。

14整理課件

15整理課件電纜敷設(shè)情況電壓等級/kV電纜總長度/kmXLPE電纜所占比例/%1073,66498.23511,56995.3110(66)05,30390.7220(330)00,52857.950000,05642.716整理課件電纜故障率按電壓等級17整理課件電纜故障率按運行時間18整理課件編號電纜故障原因比例A外力破壞58%B附件制造質(zhì)量缺陷27%C敷設(shè)施工質(zhì)量缺陷12%D電纜本體質(zhì)量缺陷3%電纜故障原因§5.2電纜絕緣的劣化和診斷內(nèi)容19整理課件水樹枝劣化的監(jiān)測方法：●Detectionofbridgedwatertree

On-linediagnosticmethods●Detectionofun-bridgedwatertree

Off-linediagnosticmethods交聯(lián)聚乙烯電纜的壽命額定電壓電壓壽命極限劣化條件3-6kVrmsRatedhighestvoltage

+αafewyearsafterbridgedwatertreeinitiation11kVrmsAfterbridgedwatertreeinitiation

(1yearormore?)

morethan22kVrmsImmediatelyafterorbefore

bridgedwatertreeinitiationBDVofcablewithbridgedWT電壓壽命極限BridgedwatertreeUn-bridgedwatertreeBDV;10-20kVElectricaltreeInsulationlayerInsulationlayer20整理課件根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗，水樹枝劣化特性如下：〔l〕僅發(fā)生在6kV以上的高壓交聯(lián)聚乙烯電纜中。〔2〕從投運到破壞的時間需要數(shù)年至十幾年，大多數(shù)在10年以上。〔3〕貫穿絕緣體的水樹枝狀劣化，大局部能維持正常工作電壓以上的電壓值，只有在發(fā)生脈沖電壓等異常電壓時才產(chǎn)生破壞。〔4〕環(huán)境溫度高時，劣化進程加快。

因此對電力電纜絕緣本體進行故障監(jiān)測是可行的，也是必要的。21整理課件§5.3電纜絕緣的在線監(jiān)測

離線方法

直流法

工頻法

低頻法

綜合判斷法電力電纜監(jiān)測和診斷方法22整理課件對已運行油紙電力電纜的試驗工程23整理課件XLPE預(yù)試時不宜用直流耐壓運行后常有〔電、水〕樹枝生成直流耐壓時沿樹枝有電荷注入XLPE電阻率極高，短路時電荷放不完再加交流時電場畸變，更易擊穿24整理課件XLPE幾種停電預(yù)試方案用超低頻0.1Hz測tanδ及耐壓用交流〔串聯(lián)諧振〕測tanδ及耐壓用振蕩波試驗?zāi)蛪簻y回復(fù)電壓測極化去極化電流測損耗電流中的諧波分量25整理課件回復(fù)電壓的測量方法26整理課件回復(fù)電壓實例27整理課件Tettex546228整理課件極化去極化電流測量原理29整理課件極化去極化電流典型曲線30整理課件PDC-ANALYSER-1MOD

31整理課件絕緣連接盒兩側(cè)接成差分法以測量局放

32整理課件一種電纜檢測系統(tǒng)33整理課件水樹枝檢測方法對象測量條件方法實用情況針對形成橋的水樹枝離線直流泄漏電流法DCleakagecurrentunderDChighvoltageapplicationismeasured.實際采用在線直流成分法DCcomponentcurrentinserviceismeasured.直流疊加法DCcomponentcurrentwhenlowDCvoltageissuperimposedonratedvoltageismeasured.交流疊加法1Hzcurrentwhenlowvoltageof2f+1Hzissuperimposedonratedvoltage(f)ismeasured.低頻疊加法7.5Hzlosscurrentwhenlow7.5Hzvoltageissuperimposedonratedvoltageismeasured.針對未形成橋的水樹枝離線殘余電荷法ResidualchargeafterDCvoltageapplicationismeasured.研究中損耗電流法Harmoniccomponentcurrentinlosscurrentismeasured.試用中DCleakage＞ACsuperposition≒LFsuperposition

＞DCsuperposition?DCcomponent針對形成橋路的水樹枝探測效果:34整理課件直流泄漏電流試驗線路cableguardelectrodeterminalDCpowersupply

(buttery)recorder判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)良好損壞或值得注意泄漏電流值<0.1μA0.1-1μA≧1μA電流波形-NormalPI(=I1/I10)<1Existenceofkick-35整理課件直流泄漏電流

(μA)Un-bridgedwatertreeBridgedwatertreeAppliedstress;1kV/mm0.0010.010.11Accumulationprobability(%)10205090●OnebridgedwatertreecanpasstheDCleakagecurrentofabout0.1μA.●Un-bridgedwatertreescanhardlypasstheDCleakagecurrent.直流泄漏電流36整理課件直流法

直流成分電流監(jiān)測

直流疊加法

直流電橋法37整理課件直流成分法機理電纜中存在水樹時，類似尖板電極具有整流作用。因此在工作電壓下，電纜絕緣中將流過微小的直流電流。根據(jù)這一電流的數(shù)值，既可判斷電纜中水樹的開展?fàn)顩r。直流成分電流監(jiān)測38整理課件

TR

配電變壓器

GPT

接地保護用

電壓互感器

M

直流微電流

檢測裝置

(nA級)回路中流通微弱的直流成分電流直流成分電流監(jiān)測原理接線直流成分電流監(jiān)測39整理課件微電流測量裝置

微電流測量儀

低通濾波器

衰減交流成分、檢出直流成分

接地保護裝置

保證試驗人員和裝置的平安直流成分電流監(jiān)測40整理課件直流成分電流監(jiān)測6kVXLPE電纜交流擊穿電壓與直流分量的關(guān)系41整理課件判斷規(guī)那么

直流成分電流

小于1nA絕緣良好

大于100nA絕緣不良

介于兩者間加強監(jiān)測直流成分電流監(jiān)測42整理課件護層與地之間有化學(xué)電勢Es

直流成分電流監(jiān)測43整理課件

護層與電纜絕緣護層的絕緣電阻下降

M中將流過雜散電流

通常Es不超過0.5V

當(dāng)護層絕緣電阻小于200

500M

雜散電流將影響診斷的可靠性44整理課件直流法

直流疊加法

借助電抗器將直流電壓在線疊加于電纜絕緣測量直流疊加電流。45整理課件

防止影響GPT二次輸出電壓

直流電壓不能很高，約10

50V

直流電壓不高

電纜絕緣處于交流高壓作用下

真實反映絕緣的實際狀況直流疊加法46整理課件6kVXLPE電纜

直流疊加電流

與

水樹長度

的關(guān)系

直流疊加法47整理課件保證平安

L、C

調(diào)諧于50Hz

雜散電流Es的影響

正、反向

疊加直流

電壓消除直流疊加法48整理課件判斷規(guī)那么

測得絕緣電阻

大于1000M絕緣良好

小于10M絕緣不良

介于兩者間加強監(jiān)測

試驗證明：用直流疊加法測得的絕緣電阻與停電后加直流高壓時的測試結(jié)果很相近。直流疊加法49整理課件Testcircuit直流重畳法による絶縁抵抗（MΩ）直流漏れ電流法による絶縁抵抗（MΩ）

DCpower

supplyMeasuringequipmentcable●DC5-50Vissuperimposedonthe

highvoltageinservice.●DCcomponentinleakagecurrent

ismeasured.ResistancemeasuredbyDCsuperpositionmethod(MΩ)ResistancemeasuredbyDCleakagecurrent(MΩ)RelationshipbetweenDCsuperpositionmethodandDCleakagecurrent.DCSuperpositionMethod●DCleakagecurrentishighly

sensitivity.50整理課件時間絶縁抵抗（MΩ）時間絶縁抵抗（MΩ）Resistance(MΩ)Resistance(MΩ)TimeTimeTimechangeofDCsuperpositioncurrentProblem●Thismethodtendstobeinfluenced

bythestraycurrentorcorruptionof

theterminal.●Measuredvaluewillchangewith

measurementtimeorhumidityvery

much.

●Thetrendmanagementbyon-line

diagnosisisrequired.DCSuperpositionMethod51整理課件直流法

直流電橋法測量電纜絕緣電阻的電橋接線52整理課件

電橋平衡

Rx=(E1-V4)R2/V4

設(shè)E1為20V，

V4為1mV，R2為50M

Rx最大可測到100000M

防止直流電壓對GPT的有害影響直流電橋法53整理課件

Es影響的消除

調(diào)節(jié)R4及E0

V0指示為零

其他設(shè)備的絕緣電阻與R3并聯(lián)

R3之值并不參與計算

其他設(shè)備的絕緣電阻不影響測量結(jié)果直流電橋法54整理課件

加于電纜的電壓信號(通過電壓互感器取出)

流過絕緣的電流信號(通過電流互感器取出)

通過數(shù)字化測量裝置

電纜絕緣的tg

工頻法

介損因數(shù)法55整理課件什么是介質(zhì)損耗角(tand)??

time/sec010電壓電流

=介質(zhì)損耗角tanδ

=有功功率無功功率56整理課件

受潮對tan

的影響57整理課件溫度對tan

的影響58整理課件6kVXLPE電纜交流擊穿電壓

與在線測得tg

間的關(guān)系59整理課件

統(tǒng)計分析說明

tg大于1%

絕緣不良60整理課件如果滿足以下條件，電纜狀態(tài)正常:tan

d

(2

U0)<1.2‰and[tan

d

(2Uo)-tan

d(Uo)]<0.6‰如果發(fā)生以下情況，那么電纜處于故障狀態(tài)(須立即更換〕:tand(2Uo)32.2‰or[tand(2Uo)-tan

d(Uo)]3

1.0‰對于XLPE電纜這一標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的。XLPE的

tand標(biāo)準(zhǔn)61整理課件工頻法

局部放電法試驗分析證明

絕緣中的電樹枝到達0.5mm時

局部放電量約100pC

由-q、-n、q-n、或-q-n譜圖

判斷電纜狀態(tài)

放電相位，q放電量，n重復(fù)率62整理課件

偏斜度s

在4個象限中

的分布

預(yù)測樹枝的

延伸開展情況

P點進入第3象限

絕緣進入危險狀態(tài)63整理課件

水樹

流經(jīng)電纜絕緣

的電流也含有

低頻成分

根據(jù)頻譜分析

頻率在10Hz,特別在3Hz以下.低頻法

低頻成分法64整理課件

在電纜接地線中串接入測量裝置

由測得的低頻電流診斷絕緣

低頻電流也是納安級

對測量裝置要求較高65整理課件低頻法

低頻疊加法防止直流微電流測量上的困難

將7.5Hz、20V的低頻電壓

在線疊加于電纜

在電纜接地線中串接入測量裝置

絕緣電阻值66整理課件

低頻疊加法6kV電纜絕緣電阻

與工頻擊穿電壓的關(guān)系67整理課件判斷規(guī)那么

絕緣電阻大于1000M

性能良好

絕緣電阻小于1000M

性能下降

絕緣電阻小于400M

電纜應(yīng)立即更換68整理課件綜合判斷法

絕緣狀態(tài)與特性參數(shù)間的統(tǒng)計分散性

僅用一種方法診斷絕緣

漏判和錯判的可能

采用幾種方法，互相配合進行復(fù)合診斷

可提高診斷的正確性

采用包含直流疊加法、tg

法和局部放電法的復(fù)合診斷

診斷的準(zhǔn)確率高達95%以上69整理課件電纜故障的演變

早期電纜本體故障為主

近期電纜負荷過載性故障較多

目前電纜附件故障已成為重要故障原因。

電纜終端或中間接頭出現(xiàn)放電點

電纜終端或中間接頭出現(xiàn)過熱點

電纜外護層絕緣不良導(dǎo)致的環(huán)流故障70整理課件對電纜在線監(jiān)測技術(shù)的要求實時報警

故障精確定位

綜合監(jiān)測〔溫度、煙霧、放電等〕71整理課件●Amongon-linediagnosticmethods,

thedetectionsensitivitytobridged

watertreeishigh.●Thismethodisstronginanoise.●Highvoltageworkisunnecessary.ACSuperpositionMethodNo．DCleakagecurrent(μA)ACsuperpositionmethod(nA)adjust5kV10kV16kV10.010.020.0014.48X20.020.74-6.34X30.000.000.008.37OK40.403.10-17.79OK50.0210.5-76.72OK60.010.030.002.84OK70.000.020.006.43OK80.010.030.0021.30X90.010.190.2156.80OK100.102.80-34.13OK110.000.060.0727.79X120.3010.50.2517.62Ok130.000.000.003.03OK140.000.000.004.17OK150.000.000.0032.54X160.000.000.007.78OK170.000.000.002.71OK180.000.000.003.06OK190.000.000.001.19OK200.000.000.003.88OK21--0.8514.57OKOn-sitemeasurementresultsMeasuringequipments●Measuringtime;20min.

●Weight;40kg

●Powersupply;50/60Hz100V72整理課件LossCurrentMethodHVCurrentwhich

flowsonacable(Losscurrent)(Capacitycurrent)Testcircuit●Onlythewaveformforlosscurrentisobservedbycomparingacurrent

phasewithavoltagephase.●ThepeakvalueI3andphasedifferenceangleθ3tothebasicwaveof

the3rdharmonicscurrentwaveareusedasanindexofadegradation

judging.73整理課件●Theaclosscurrentwaveisdistorted

bywatertree.

(Theoccurrenceofharmonics)●Harmoniccurrentchangesaccording

tothegrowthofwatertree.

(I3:small→large,θ3:－→0°)

Thelevelofwatertreedeteriorationis

judgedbyharmonic.ShortWTＩ3：smallΘ3：LargeBDV:HighLongWTＩ3：LargeΘ3：SmallBDV:LowLossCurrentMethodNondegradationRelationshipbetweenwatertreedegradationandlosscurrentwaveform74整理課件LossCurrentMethodResultofdiagnosisusingremovedcablesResultofdiagnosisGoodDefectThedegreeofdegradation(Breakdownvoltage)Small(≧100kV)46samples

(Correct)4samples

(Failure)Large

(<100kV)0samples

(Failure)3samples

(correct)●Rateofcorrectanswers:92%●Thepoorcableisnotjudgedtobegood.

(Thebreakdowninserviceafterdiagnosisisavoidable.)75整理課件cableDCpowersupplyRACpowersupplyLPFOutput①②③SignalcableDCpowersupplyRACpowersupplyLPFOutput①②③SignalCableDCpowersupplyRACpowersupplyLPFOutput①②③SignalResidualChargeMethodTestcircuitResidualchargesignal1.ApplicationofDCpre-stressvoltage〔①〕

?Chargeisaccumulatedintheinsulationlayerincludingwatertree.2.Short-circuiting(Earth)〔②〕

?Accumulatedchargeintheinsulationlayerisdischarged,buttrappedcharge

inwatertreeregionisnotreleased.(Theexistenceofresidualcharge)3.ApplicationinstepsofACvoltage〔③〕

?Trappedchargeisreleasedfromwatertreeregion.

?DCcomponentcurrentbyresidualchargeismeasured.③(DCcomponentcurrent)DCcurrentProcedureofmeasurement76整理課件●The

highestvoltagevaluethat

residualchargeisdetectedis

usedastheindextoestimatethe

degreeofwatertreedeterioration.ResidualChargeMethodProcedureofvoltageapplicationReleaseofresidualcharge●Trappedchargeinlongwatertree(heavydeterioratedwatertreeregion)

requiresahighervoltageapplicationtobereleased.①②③77整理課件ResidualChargeMethodSample①Sample②Measurementresults

ofresidualchargeRelationshipbetweenErandEBDMax.releasedstressofresidualcharge,Er

(kV/mm)ACbreakdownstress,EBD

(kV/mm)

ACappliedvoltage(kV)

ACappliedvoltage(kV)Residualcharge(nC)Residualcharge(nC)●EBDdecreasesalongwith

theincreasesinEr.78整理課件ResidualChargeMethodSchematicdiagramOn-siteexamination●Diagnosisisautomaticallyperformed

byPC.●DiagnosticresultisdisplayedonPC

forashorttime.●Totalweight;4tonorless●Max.load;1.4μF●Powersource;200V/100V,

10kVAorless79整理課件ComparisonofOn-lineDiagnosisandOff-lineDiagnosisDiagnosistechnologyDetectionpurposeFeatureOn-lineAbnormalitiesofequipment

Informationforthescramofequipment●Trendmanagementis

possible.●Itiseasytobeinfluencedof

anoise.●Initialcost:moreexpensive

Runningcost:cheaperAgeddegradationofequipment

Informationforplannedreplacement●Initialcost:cheaper

Runningcost:moreexpensiveOff-line80整理課件EffectiveExampleofOn-lineDiagnosisOn-linedegradationdiagnosisofaXLPEcable●Datachangeswithmeasurementtimealot.Inthecaseoffixeddiagnosis,anincorrectjudging

maybecarriedout.

(Measurementdataneedstobetrendmanaged.)時間絶縁抵抗（MΩ）Resistance(MΩ)Time時間絶縁抵抗（MΩ）Resistance(MΩ)Time81整理課件一些新型方法分布式光纖溫度傳感器基于Faraday效應(yīng)的光磁場傳感器0.1Hz超低頻余弦波耐壓試驗高壓電纜局部放電故障定位使用噪聲減輕系統(tǒng)進行電纜局部放電的故障定位技術(shù)82整理課件DTS安裝

DTS–原理

230kV電纜外表溫度83整理課件84整理課件85整理課件Layoutoflaboratorytestsystem實驗室測試6.6kV/LVtransformers(1MVAx2)Cablesundertest(Maximumcurrent2kA)Threephase0-230Vvariac(75kVA)400V,100Asupply86整理課件6.6kV/LVTransformersCablesintrenchThermocouples

ThermocoupleoncablesurfaceandcoreThe3600paperlesstemperaturerecorder87整理課件應(yīng)用–熱點定位LocatedhotspotandsiteconditionsLayoutofcircuitinstallationS=0.15mS=0.15mnativesoilco