电力电缆的试验与故障诊断课件.pptx

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1、电力电缆的试验与故障诊断,电力电缆的试验与故障诊断,的损伤点不在支点处且又未浸泡在水中或置于特别潮湿的环境中,则外护套的操作特别难通过测量绝缘电阻来发现,此时测量铜屏蔽层对钢铠甲的绝缘电阻则更为重要。 电缆终端或套管表脏污、潮湿对绝缘电阻有较大的影响。除擦拭干净外,还应加屏蔽环,将屏蔽环接到兆欧表的“屏蔽”端子上,当电缆为三芯电缆时,可利用非测量相作为两端屏蔽环的连线,见图12-1。,图 12-1 测量绝缘电阻时的屏蔽接线 (a)单芯电缆;(b)三芯电缆当被测电缆较长时,充电电流特别大,因而兆欧表开始指示的数值特别小,这并不表示绝缘不良,必须经过较长时间遥测才能得到正确的结果。,的损伤点不在支

2、点处且又未浸泡在水中或置于特别潮湿的环境中,则,二、直流耐压、泄漏电流试验1、直流耐压试验交流电力电缆之因此用直流来进行耐压试验,主要是由于电力电缆具有特别大的电容,现场采纳大容量试验电源不现实,因此改为直流耐压试验,以显著减小试验电源的容量。直流耐压试验一般都采纳半波整流电路,由于电缆电容量较大,故不用加装滤波电容。关于35kV以上的电缆,试验电源采纳倍压整流方式。试验中测量泄漏电流的微安表可接在低电位端,也可接在高电位端。通常直流试验所带来的剩余破坏也比交流试验小得多(如交流试验因局部放电、极化等所引起的损耗比直流时大)。直流试验没有交流真实、严格,串联介质在交流试验中场强分布与其介电常数

3、成反比,而施加直流时却与其电导率成反比,因此在直流耐压试验时,一是适当提高试验电压,二是延长外施电压的时间。正常的电缆绝缘在直流电压作用下的耐电强度约为400600kV/cm,比交流作用下约大一倍左右,因此直流试验电压大致为交流试验电压的两倍,试验时间一般选为510min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min内都能暴露出来,GB5015091规定了最长的持续试验时间为15min。纸绝缘电力电缆、塑料绝缘电力电缆、橡皮绝缘电力电缆的直流耐压与泄漏电流试验电压标准见表12-1。,二、直流耐压、泄漏电流试验,表12-1 电力电缆直流耐压与泄漏电流试验电压(kV),电缆额定电压U0/U纸绝缘电力电

4、缆橡、塑绝缘电力电缆1、8,电缆的直流击穿强度与电压极性有一定关系。试验时一般电缆芯接负极,电缆芯接正极时,击穿电压比接负极时约高10%。浸渍纸绝缘电缆的击穿电压与温度关系特别大,在温度t时的击穿电压U与在25时的击穿电压U0有如下关系 (121)即在25以上,每升高1击穿电压降低0、54%。在进行直流耐压与泄漏电流试验时应均匀升压,升压过程中在0、25、0、5、0、75、1、0倍试验电压下各停留1min,读取泄漏电流值,以便必要时绘制泄漏电流与试验电压的关系曲线。进行完电缆直流耐压或泄漏电流试验后,应牢记先用100200k的限流电阻充分放电,然后还要对地直截了当放电,并保持足够的接地时间。2

5、、泄露电流试验绝缘良好的电缆泄漏电流特别小,一般只有几到几十微安。由于试验设备用高压引线等杂散电流的影响,当将微安表接入低电位端测量时,往往使测量结果不准,有时误差竟达到真实值的几倍到几十倍。在实际测量中应尽量将微安表接在高电位端的接线,这时对测量微安表、引线及电缆两头,应该严格地屏蔽,关于整盘电缆能够采纳如图12-2所示屏蔽接线方式。这个地方微安表采纳金属屏蔽罩屏蔽,微安表到被试品的引线采纳金属屏蔽线屏蔽,对电缆两端头则采纳屏蔽帽与屏蔽环屏蔽。屏蔽与引线之间只有特别小的电位差,因此并不需要特别高的绝缘。,电缆的直流击穿强度与电压极性有一定关系。试验时一般电缆芯,图 12-2 测量直流泄漏电流

6、时的屏蔽方法 1微安表屏蔽罩;2屏蔽线;3端头屏蔽帽;4屏蔽环在现场试验时,由于电缆两头相距特别远,无法实现连接,因此上述方法是不可行的。有的运行单位采纳借用三相电缆中的另一相作为两端屏蔽连线,但由于测量的泄漏电流包含了另一相的泄漏电流,且每相均承受两次耐压,因此采纳这种方法的等效性值得研究。现场采纳两端同时测量的方法,其接线如图12-3所示,即在非高压电源端增加一个测量微安表,同时记录两端的泄漏电流值。这时高压电源端测得的泄漏电流包含电缆绝缘的泄漏电流与表面泄漏电流、杂散电流,而另一端测量的是表面泄漏电流与杂散电流,从而电缆的泄漏电流为两者的差。,图 12,图12-3 两端同时测量泄漏电流的

7、接线另一种简便有效的方法是在施加电压相与非施加电压相之间放置一个绝缘板,或将绝缘手套套在施加电压的那一相电缆终端上,以改善局部电场分布,减小电晕的影响。3、关于常见的交联聚乙烯电缆直流耐压试验的讨论交联聚乙烯电缆绝缘直流耐压试验是一个有争议的试验项目,由于交联聚乙烯绝缘性质十分特别,进行直流耐压试验估计是不适合的。主要观点有:(1)直流电压对交联聚乙烯绝缘有积累效应,当经过直流耐压试验后,将在电缆绝缘中残余一定的直流电压,这时将电缆投入使用,大大增加了击穿的估计。(2)交联聚乙烯电缆在运行中,在主绝缘交联聚乙烯中逐步形成水树枝、电树枝,这种树枝化老化过程,伴随着整流效应。由于有整流效应的存在,

8、致使在直流耐压试验过程中,在水树枝或电树枝端头积聚的电荷难以消散,并在电缆运行过程中加剧树枝化的过程。(3)由于XLPE绝缘电阻特别高,以致在直流耐压时所注入的电子不易散逸,它引起电缆中原有的电场发生畸变,因而更易被击穿。(4)由于直流电压分布与实际运行电压不同,直流试验合格的电缆,投入运行后,在正常工作电压作用下也会发生绝缘故障。,图12-3 两端同时测,因而,有的运行单位将交联聚乙烯电缆的直流耐压试验从常规性预防性试验改为鉴定性试验,即当其他预防性试验项目发现问题而又无法判断电缆能否投运时,才进行直流耐压试验。也有建议将直流耐压试验改作交流耐压试验,如采纳串联谐振法或超低频(0、01Hz)

9、法进行试验。近年来发展的交联聚乙烯电缆在线检测技术为交联聚乙烯电缆运行检测提供了新的方法。三、其他试验基于电力电缆的吸收过程的特点,国内外已研究出几种有一定特点的停电试验方法,如残余电压法、反向吸收电流法、电位衰减法等,这些方法在实际应用中取得了较好的效果,有的已与在线检测配合使用。残余电压法其测量原理如图12-4所示。测量时将开关K2打开,K3打到接地侧,开关K1合向试验电源,使被试电缆充上直流电压。一般可按每毫米绝缘厚度上的电压为1kV来施加电压。约经10min充电后,将K1及K2先后打到接地侧,经约10s后打开K1、K2,将开关K3合向试验电源,以测量电缆绝缘上的残余电压,对XLPE电缆

10、测得的残余电压与其tan值的相关性较好。研究表明交联聚乙烯电缆不同老化过程时期其残余电压明显不同,电缆劣化越严重残余电压越高。,因而,有的运行单位将交联聚乙烯电缆的直流耐压试验从常规性,图12-4 残余电压法测量原理2、反向吸收电流法反向吸收电流法测量原理如图11-5所示。测量时先将开关K2闭合,K1打到电源侧,让电缆加上1kV直流电压10min,然后将K1打到接地侧让电缆放电;3 min后打开K2,由电流表测量反向吸收电流。而“吸收电荷”Q在这个地方定义为3min到33min,30min内电流对时间的积分值。,图12-5 反向吸收电流法测量原理,图12-6给出了运行中因老化而退下的6、6kV

11、 XLPE电缆的吸收电荷、绝缘电阻及tan 与该电缆交流击穿电压U的关系,可见其Q-U的相关性比tan -U还要好,而绝缘电阻与U的相关性最差。由此可见当监测某电缆整体劣化时,以测量Q及tan 为宜。因两者均取决于绝缘的整体特性,而测残余电荷时外界干扰也较小,测量比较准确。,图12-6 吸收电荷、绝缘电阻、tan与交流击穿电压相关性,图12-6给出了运行中因老化而退下的6、6kV XLPE,3、电位衰减法电位衰减法是在电缆放电后测量自放电的电压下降速度,其测量原理如图12-7所示。试验时先对电缆绝缘充电,再打开开关K1让它自放电。由于静电电压表的绝缘电阻远高于电缆的绝缘电阻,如电缆绝缘良好,则

12、自放电特别慢;如电缆绝缘品质差不多下降,则放电电压下降速度特别快,如图12-8所示的曲线。,图12-7 自放电法测量原理 图12-8 自放电电压的下降曲线,3、电位衰减法,第二节 电力电缆的运行状态检测与分析,目前预防性试验中规定的电缆试验项目不多,主要是绝缘电阻测量与直流耐压试验,在实际检测中,依照需要又开发出多种判定或鉴别电缆性能的试验方法,它们各有优缺点,表12-2给出了现在较常见的试验方法的对比。表12-2 常见电缆老化检测方法比较,第二节 电力电缆的运行状态检测与分析方 法试验电源检测效果,一、直流分量法由于交联聚乙烯电缆中存在着树枝化(水树枝、电树枝)绝缘缺陷,它们在交流正、负半周

13、表现出不同的电荷注入与中与特性,导致在长时间交流工作电压的反复作用下,水树枝的前端积聚了大量的负电荷,树枝前端所积聚的负电荷逐渐向对方漂移,这种现象称为整流效应。由于“整流效应”的作用,流过电缆接地线的交流电流便含有微弱的直流成分,检测出这种直流成分即可进行劣化诊断。用图12-9所示的测量回路可在交联聚乙烯电缆系统中,检测到电缆线芯与屏蔽层的电流中极小的直流分量。,图12-9 直流分量在线监测回路,上述这些方法能够从不同侧面研究电缆老化情况,具有一定的效果,但关于交联聚乙烯电缆普遍认为不适合进行高压直流试验,因此针对交联聚乙烯电缆发展了多种在线检测方法。,一、直流分量法上述这些方法能够从不同侧

14、面研究电缆老化情况,研究表明,水树枝发展得愈长,直流分量也就愈大,而且XLPE电缆的直流分量电流Idc与其直流泄漏电流及交流击穿电压间往往具有较好的相关性,如图12-10、图12-11。在线检测出Idc增大时,常常说明水树枝的发展、泄漏电流的增大,如此的绝缘劣化过程会导致交流击穿电压的下降。 图12-10 泄漏电流与直流分量的相关性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特别大误差。研究表明,这些干扰主要来自被测电缆的屏蔽层与大地之间的杂散电流,因杂散电流及由水树枝引起的电流,均经过直流分量装置,以致造成特别大误差。能够考虑采取旁路杂散电流或在杂散电流回路中串入电容将

15、其阻断等方法。,研究表明,水树枝发展得愈长,直流分量也就愈大,而且XLPE,图12-11 交流击穿电压与直流分量的相关性二、直流叠加法直流叠加法的基本原理是在接地的电压互感器的中性点处加进低压直流电源(通常为50V),使该直流电压与施加在电缆绝缘上的交流电压叠加,从而测量通过电缆绝缘层的微弱的纳安级直流电流或其绝缘电阻,其测量原理如图12-12所示。,图12-11 交流击,图12-12 直流叠加法测量原理图由于直流叠加法是在交流高压上再叠以低值的直流电压,如此在带电情况下测得的绝缘电阻与停电后加直流高压时的测试结果特别相近。但绝缘电阻与电缆绝缘剩余寿命的相关性并不特别好,分散性相当大。绝缘电阻

16、与许多因素有关,即使同一根电缆,也难以仅靠测量其绝缘电阻值来预测其寿命。关于中性点固定接地的三相系统,也可在三相电抗器中性点上加进低压直流电源而仍用直流叠加法在线检测电缆绝缘性能。,图12-,图12-13 多路巡回检测tan,测量原理,三、电缆绝缘tan对电缆绝缘层tan 值的在线检测方法,与电容型试品的在线检测tan 方法特别相似。对多路电缆进行tan 巡回检测时,仍常由电压互感器处获取电源电压的相位来进行比较,其原理框图如图12-13所示。,图12-13 多路巡回检测tan测量原理三、电缆绝缘ta,图12-14 水树枝长度与电缆tan,的关系,通常认为,发现集中性的缺陷采纳直流分量法较好,

17、因为tan 值往往反映的是普遍性的缺陷,个别的较集中的缺陷可不能引起整根长电缆所测到的tan 值的显著变化。由图12-14可见,电缆绝缘中水树枝的增长会引起tan 值的增大,但分散性较大。同样,在线测出tan 值的上升可反映绝缘受潮、劣化等缺陷,交流击穿电压会降低,相关的关系如图12-15的实例所示,同样具有一定的分散性。,图12-14 水树枝长度与电缆tan的关系通常认为,发现集,图12-15 电缆tan与长时击穿电压的关系在对已运行过的XLPE电缆进行加速老化试验,得出水树枝发生的个数以及最长的水树枝长度与电缆tan测量值的关系,如图12-16及图12-17所示,它们的趋势是明确的,但分散

18、性特别大。如将最长的水树枝长度与每单位长度电缆中的树枝数的乘积作为横坐标,则与测得的tan(纵坐标)之间具有更好的相关性,说明测得的tan值取决于整体损耗的变化。,图12-15 电,图12-16 树枝数对tan,图12-17 最大树枝长度与tan的关系,四、其他在线检测方法 关于发现局部缺陷,局部放电检测是特别有价值的。常见的电缆局部放电方法有局部放电检测仪、接地线脉冲电流法、电磁耦合法、超声波法等,能够对电缆及其附件进行检测,但由于电缆长、电容量大,对其进行在线检测时外界干扰的影响十分严重,在现场进行检测时有效分辨率一般为1001000pC。由于交联聚乙烯电缆绝缘电阻特别小,在线检测tan易

19、受影响,而tan、击穿电压与电容增量之间有较好的相关性,因此建议改为在线检测流过接地线的电容电流增量的方法。该方法简便易行,只要在接地线上套以电流传感器即可实现,但这时另一端电缆终端接地线在测量时需要临时断开。,图12-17 最大树枝长度与tan的关系四、,由于交联聚乙烯电缆绝缘电阻特别小,在线检测tan易受影响,而tan、击穿电压与电容增量之间有较好的相关性,因此建议改为在线检测流过接地线的电容电流增量的方法。该方法简便易行,只要在接地线上套以电流传感器即可实现,但这时另一端电缆终端接地线在测量时需要临时断开。考虑到现场测量时容性电流的影响,日本提出了在电缆线路上叠加20V、7、5Hz的低频

20、电压的方法。由于容性电流随频率降低而减少,而阻性电流则无明显变化,因此易从总电流中将阻性电流区分出来。同时由于tan=1/CR,频率下降,等值tan增大,也易于现场测量。表12-3给出了几种电缆绝缘在线检测方法的比较。通过对几种检测方法的比较,能够选择比较有效的方法。表12-3 电缆绝缘在线检测方法的比较,方 法特 征在线检测特点使用情况直流叠加法测得反映劣化的绝,图12-18给出了直流分量法、直流叠加法、在线tan法三种方法组成的综合在线检测仪的测量原理。,图12-18 直流叠加法、直流分量法与tan测量的联合装置,图12-18给出了直流分量法、直流叠加法、在线tan法三,在电力系统中常将电

21、力电缆按绝缘材料分为:油纸绝缘电缆、橡塑绝缘电缆、充油电缆、充气电缆等。其中油纸绝缘电缆差不多逐步退出运行,橡塑绝缘电缆使用量逐年增加,特别是交联聚乙烯电缆近年来差不多成为中高压输电系统中的主要品种。交联聚乙烯电力电缆由于其电气性能与耐热性能都特别好,传输容量较大,结构轻便,易于弯曲,附件接头简单,安装敷设方便,不受高度落差的限制,特别是没有漏油与引起火灾的危险,因此受到用户广泛欢迎。交联聚乙烯电缆与油浸纸统包电缆在结构上的区别除了相间主绝缘是交联聚乙烯塑料以及线芯形状是圆形之外,还有两层半导体屏蔽层。在芯线的外表面包第一层半导体屏蔽层,它能够克服导体电晕及电离放电,使芯线与绝缘层之间有良好的

22、过渡;在相间绝缘外表面包第二层半导体胶,同时加包了一层0、1mm厚的薄铜带,它组成了良好的相间屏蔽层,它保护着电缆,使之几乎不能发生相间故障。目前国内差不多开始生产220kV电压等级交联聚乙烯电缆,国外已有500kV电压等级的交联聚乙烯电缆投入试用线路。引起电缆绝缘故障的原因是多方面的,假如电缆的制造质量好(包括缆芯绝缘、护层绝缘所用的材料及制造工艺)、运行条件合适(包括负荷、过电压、温度及周围环境等),而且不受外力等因素的破坏,则电缆绝缘的寿命相当长。国内外的运行经验表明,电缆运行中的事故大多是由于外力破坏(如开掘、挤压而损伤)或地下污水的腐蚀等所引起的。由于电缆材料本身与电缆制造、敷设工程

23、中不可幸免地存在缺陷,受运行中的电、热、化学、环境等因子的影响,电缆的绝缘都会发生不同程度的老化。不同的老化因子,引起的老化过程及形态也不同。表12-4给出了交联聚乙烯电缆绝缘老化的原因与表现形态,其中树枝化老化是交联聚乙烯电缆所特有的。所谓水树枝与电树枝是指在局部高电场的作用下,绝缘层中水分、杂质等缺陷呈现树枝状生长,最终导致绝缘击穿;所谓化学树枝是指绝缘层中的硫化物与铜导体产生化学反应,生成硫化铜与氧化铜等物质,这些生成物在绝缘层中呈树枝状生长。,在电力系统中常将电力电缆按绝缘材料分为:油纸绝缘电缆、橡,表12-4 交联聚乙烯电缆绝缘老化原因及表现形态,在进行电力电缆绝缘电阻的测量时,新的

24、油浸纸绝缘电缆每一电缆芯对外护套的绝缘电阻换算到+20及1km长度时,额定电压在6kV及以上的电缆绝缘电阻应不小于100M ,额定电压13kV的电缆绝缘电阻不应小于50M 对运行中的电缆,试验时对历次试验中绝缘电阻变化的规律以及各相绝缘电阻的差别(不平衡系数一般不应大于2)进行综合分析、判断电缆的绝缘情况。 橡塑绝缘电力电缆的主绝缘电阻值依照各厂家的规定执行,而外护套的绝缘电阻与内衬层的绝缘电阻规定当采纳500V兆欧表测量时为0、5M,老化原因老化形态老化原因老化形态电效应 运行电压、过电压,在进行直流耐压与泄漏电流试验,升压到试验电压时,同时读取1min及5min的泄漏电流值,耐压5min的

25、泄漏电流值应不大于耐压1min时的泄漏电流值,或者极化比应不小于1(极化比定义为1min/5min)。规程对直流泄漏电流值没有作明确规定,试验标准参照制造厂的相关标准。在直流泄漏电流试验过程中,出现以下现象则表明电缆绝缘差不多出现明显缺陷:(1)泄漏电流随施加电压时间的延长不应明显上升。如发现随时间延长而明显上升现象,则多数情况下电缆接头、终端头或电缆内部已受潮。(2)泄漏电流不应随试验电压升高而急剧上升。假如发现泄漏电流在升至某一电压后急剧上升,则说明电缆已明显老化或存在严重隐患,电压进一步升高,则特别估计导致击穿。(3)在测量过程中,泄漏电流应稳定,如发现有周期性摆动,则说明电缆有局部孔隙

26、性缺陷。纸绝缘电力电缆还应比较各相泄漏电流数值的三相不平衡系数,通常均应不大于2。当泄漏电流值各相均特别小时(10kV及以上电缆泄漏电流小于20A时,6kV及以下电缆泄漏电流小于10A时),不平衡系数不作规定。对交联聚乙烯电缆目前国外将用直流分量法测得的值分为大于100nA、1100nA、小于1nA三档,分别表明绝缘不良、绝缘有问题需要注意、绝缘良好。同时,国外在直流叠加法在线监测的研究中差不多积累了大量的数据,表12-5给出了日本目前通用的直流叠加法绝缘电阻的判断标准。,在进行直流耐压与泄漏电流试验,升压到试验电压时,同时读取1,表12-5 日本直流叠加法测量绝缘电阻的判断标准,用测电缆绝缘

27、tan 方法时,从在线检测tan 值可估计整体绝缘的状况,目前给出了在线监测tan 的参考标准,如表12-6所示。表12-6 在线检测tan 的参考标准,参考标准0、2%0、2%5%5%状态分析绝缘良好有水,第三节 电力电缆的故障诊断,一、电力电缆的故障诊断电力电缆故障可分为开路故障、低阻故障与高阻故障三种类型。若电缆相间或相对地的绝缘电阻值达到所要求的规范值,但工作电压不能传输到终端,或尽管终端有电压但负载能力较差,这类故障称开路故障。这种故障表现为终端无电压或电压特别低,在某点存在电阻,当该电阻为无穷大时就是断线故障。若电缆相间或相对地的绝缘受损,其绝缘电阻减小到一定程度的故障称为低阻故障

28、。相关于低阻故障,若电缆相间或相对地的故障电阻较大,则称为高阻故障,它包括泄漏性高阻故障与闪络性高阻故障。泄漏性高阻故障是指随试验电压的升高而泄漏电流逐渐增大,且大大超过规定的泄漏值的故障。闪络性高阻故障是指绝缘电阻值特别大,当试验电压升高到一定值时,泄漏电流突然增大的故障。在进行电缆故障探测时,先需要进行电缆故障性质判断,通常是将电缆脱离供电系统,并按下列步骤测量:1、用兆欧表测量每相对地绝缘电阻,如绝缘电阻指示为零,可用万用表或双臂电桥进行测量,以判断是高阻依然低阻接地;2、测量两相之间的绝缘电阻,以判断是否是相间故障;3、将另一端三相短路,测量其线芯直流电阻,以判断是否有开路故障。二、电

29、力电缆故障诊断的步骤与方法,第三节 电力电缆的故障诊断一、电力电缆的故障诊断,几十年来,人们在各自的生产实践中探究与总结出许多电缆故障测试方法。如经典法中的电阻电桥法、电容电桥法、高压电桥法等。电阻电桥法只能测试单相接地或相间短路的绝缘电阻较低的电缆故障;电容电桥法主要测试电缆的断线性故障;高压电桥法主要测试高阻故障(泄漏性故障与闪络性故障除外)。可见电缆故障诊断技术中的经典法具有一定的局限性,不能满足各种不同类型电缆故障测试的要求。现代的脉冲反射测试技术包括低压脉冲法、直流高压闪络法与冲击高压闪络法,它们适用于各种不同类型的电缆故障测试:多年的生产实践差不多充分证明了,现代的脉冲反射测试技术

30、的适用性与准确性,并已日趋成熟与完善。 电力电缆故障的诊断,不管选用哪种测试方法,均需依照一定的程序与步骤进行。下面就其步骤与方法进行简要叙述:1、确定故障性质当着手对某一故障电缆进行故障测试时,首先要进行的工作是:了解故障电缆的有关情况以确定故障性质。掌握这一故障是接地、短路、断线,依然它们的混合;是单相、两相、依然三相故障;是高阻、低阻、依然泄漏性或闪络性故障。只有确定了故障性质,才能够选择适当的测试方法对电缆故降进行具体的诊断。2、粗测距离当确定了故障电缆的故障性质以后,就能够依照故障性质,选择适当的测试方法测出故障点到测试端或末端的距离,这项工作称为粗测距离。粗测距离是电缆故障测试过程中最重要的步。这项工作的优劣、决定着电缆故障测试整个过程的效率与准确性:因此、常常需要具有相当专业技术基础理论知识与丰富实践经验的人员来进行操作。早期的电缆故障探测方法有电桥法、脉冲法、驻,几十年来,人们在各自的生产实践中探究与总结出许多电缆故障测,感谢您的聆听！,感谢您的聆听！,