第五章 电力电缆.ppt

第五章 电力电缆的在线检测与故障诊断 方瑞明 办公室：机电信息大楼A238 Email：fangrm@ 电气工程系 主要内容 电力电缆基本知识 电力电缆线路敷设 电缆附件及安装 电力电缆的检测与故障诊断技术 电力电缆基本知识 背景 电力电缆主要用于发电厂、变电所、工矿企业的动力引入/出线 过海、过江、过铁路等特殊部位，多采用电缆 20世纪80年代初，随着XLPE电缆的广泛应用，电力电缆与GIS一起成为城网改造的两项重要举措。 电力电缆与架空线路相比，优点是受气候影响小，节省空间、安全可靠、隐蔽耐用，但成本较高 电力电缆基本知识 类型 油浸纸绝缘电力电缆 由木纤维纸和浸渍剂组成的复合绝缘。 生产和运行中均不可避免产生气隙。耐电强度降低。 电力电缆基本知识 交联聚乙烯绝缘电力电缆（简称XLPE电缆） 通过物理或化学方法将聚乙烯进行交联而成 性能优良、工艺简单、安装方便、载流量大、耐热性好； 目前在配电网、输电线中应用广泛并逐渐取代了传统的油纸绝缘电缆，电压等级已高达500kV. 2km-220kV线路的造价可达上亿元。 电力电缆基本知识 电力电缆基本知识 高压XLPE电缆的一些事故情况 随着高压电缆线路的逐年增加和投运时间的逐年增长， XLPE电缆存在的一些问题已逐渐显现出来，事故也开始不断增加。特别是发生在电缆接头中的绝缘击穿事故呈上升趋势。 自从1997年北京发生了第一起超高压电缆运行故障以来，到目前共发生各类故障15起，其中电缆接头、终端故障13起，占87%。 故障统计 XLPE电力电缆劣化机理 热劣化：电缆运行温度超过材料允许温度时，材料发生氧化分解等化学反应，从而使电缆绝缘电阻和耐压性能下降 电气劣化：绝缘内部气隙、绝缘和屏蔽层之间的空隙部位的电晕放电、屏蔽层上的尖状突起等引发局部放电，并产生电树枝，引起耐电强度下降 XLPE电力电缆劣化机理 水树枝劣化：有机材料在长时间受水浸渍将吸潮，在强电场作用下水分将呈树枝状侵蚀电缆，生成水树枝 化学性劣化：有机材料溶胀、溶解、龟裂、化学树枝状裂化。 这些电缆的劣化都可以通过检测直流泄漏电流和交流电压下的tgδ 和局部放电来判断其绝缘状况 电缆绝缘的在线监测技术 直流法 电缆绝缘层中产生的微量直流泄漏电流是内部存在水树的一个重要信息，电流大小和水树长度之间有一定相关性，以此可判断水树或绝缘的劣化程度。 直流成分法：将微电流测量装置串接在电缆接地线中，该装置的分辨率为0.2 nA。护层电阻下降时，杂散电流会影响测量。 研究表明，水树枝发展越长，直流分量电流也就越大，XLPE电缆的直流分量电流IDC与其直流泄露电流及交流击穿电压具有较好的相关性。即IDC增大时，常常说明水树枝的发展、泄露电流增大，这样的绝缘劣化过程会导致交流击穿电压下降。 直流分量法测得的电流极微弱，有时也不大稳定，微小的干扰电流就会引起很大误差。研究表明，这些干扰主要来自电缆的屏蔽层与大地之间的杂散电流，因杂散电流及真实的由水树枝引起的电流，均经过直流分量测量装置，以至造成很大的误差。 可以考虑采取旁路杂散电流或在杂散电流回路中串入电容将其阻断等方法。 直流叠加法：借助接地的电压互感器的中性点处将直流电压E1施加在电缆绝缘上交流电压叠加，从而测量通过电缆绝缘层的微弱的nA级直流电流或其绝缘电阻。E1为10-50V。 并联电容C1 及L1是滤掉工频和将工频和直流电源隔开，避免交流高压对直流电源的影响 测量回路L2和C2的作用也是滤去交流分量，使流经测量装置M2的只有直流分量 当水树增加时直流叠加电流也增加。 tanδ法：从电压互感器取电压，用电流传感器测流经电缆绝缘的工频电流，通过装置测出电缆绝缘的tanδ，此信息反映出绝缘缺陷的平均程度。 目前对介质损耗角正切来衡量电缆绝缘老化还存在不同看法，有研究者认为，仅能反映电缆吸水受潮的程度。 低频法 低频成分法：由于水树的存在，在电缆绝缘电流中还有低频成分，其频谱在10Hz 尤其在3Hz以下。可测低频电流进行诊断，低频电流是nA级。 低频叠加法：将7.5 Hz 20V的低频电压在线加于电缆，在接地线中测微电流，算出电阻。 电缆局部放电的检测 与油纸绝缘相比，XLPE电缆对局部放电非常敏感。局部放电会在XLPE电缆绝缘内引起电树枝击穿，它是最危险的劣化形式之一。电缆对局部放电要求非常严格，不超过10pC 例如在3.2mm厚的XLPE电缆模型上实验时，击穿电压为36kV，当已形成击穿通道时，相应的局放量仅为3pC，5.6s后增至500pC，随即发生击穿。 电缆发生局部放电的部位大多在接头和终端部位。 电缆局部放电监测的主要困难是现场严重的干扰。 电缆接头盒上的监测：监测频率可大于10 M，可用差动平衡电路和极性鉴别电路来抗干扰。 高频