电力电缆的试验与故障诊断优质课件.ppt
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- 电力电缆 试验 故障诊断 优质 课件
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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第十二章第十二章 电力电缆的试验与故障诊断电力电缆的试验与故障诊断 电力电缆广泛的应用于电力系统中设备之间的连接和电力线路之中,电力电缆的电力电缆广泛的应用于电力系统中设备之间的连接和电力线路之中,电力电缆的正确安装、维修和试验是保证电力系统安全稳定运行的重要因素之一。本章主要对电正确安装、维修和试验是保证电力系统安全稳定运行的重要因素之一。本章主要对电力电缆的试验以及其状态分析做出介绍。力电缆的试验以及其状态分析做出介绍。第一节第一节 电力电缆的绝缘试验电力电缆的绝缘试验 电力电缆按照绝缘类型可分为油浸纸绝缘电力电缆、塑料绝缘电力电缆、橡皮绝电
2、力电缆按照绝缘类型可分为油浸纸绝缘电力电缆、塑料绝缘电力电缆、橡皮绝缘电力电缆。其主要有以下几项试验:缘电力电缆。其主要有以下几项试验:一、绝缘电阻测量试验一、绝缘电阻测量试验 测量电力电缆的主绝缘电阻可以检查电缆绝缘是否老化、受潮,以及耐压试验中测量电力电缆的主绝缘电阻可以检查电缆绝缘是否老化、受潮,以及耐压试验中暴露出来的绝缘缺陷。暴露出来的绝缘缺陷。对对1000V1000V以下的电缆测量时用以下的电缆测量时用1000V1000V兆欧表,对兆欧表,对1000V1000V及以上的电缆用及以上的电缆用2500V2500V兆欧表兆欧表,对,对6kV6kV及以上电缆用及以上电缆用5000V5000
3、V兆欧表。兆欧表。像塑料绝缘电力电缆的绝缘电阻很低时,应用万用表正、反接线分别测屏蔽层对像塑料绝缘电力电缆的绝缘电阻很低时,应用万用表正、反接线分别测屏蔽层对铠装、铠装层对地的直流电阻,以检查它们是否受潮。当绝缘确实受潮时,应安排检铠装、铠装层对地的直流电阻,以检查它们是否受潮。当绝缘确实受潮时,应安排检修。修。当电缆埋于地下后,测量钢铠甲对地的绝缘电阻,可检查出外护套有无损伤;同当电缆埋于地下后,测量钢铠甲对地的绝缘电阻,可检查出外护套有无损伤;同理,测量铜屏蔽层对钢铠甲间的绝缘电阻也可以检查出内护套有无损伤。通过这两项理,测量铜屏蔽层对钢铠甲间的绝缘电阻也可以检查出内护套有无损伤。通过这两
4、项测量可以判断绝缘是否已经受潮。当电缆敷设在电缆沟、隧道支架上时,其外护套测量可以判断绝缘是否已经受潮。当电缆敷设在电缆沟、隧道支架上时,其外护套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,则外护套的操作很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作很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。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,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
5、还应加屏蔽环,将屏蔽环接到兆欧表的“屏蔽屏蔽”端子上,当电缆为三芯电缆时,可端子上,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,见图利用非测量相作为两端屏蔽环的连线,见图12-112-1。图图 12-1 12-1 测量绝缘电阻时的屏蔽接线测量绝缘电阻时的屏蔽接线 (a a)单芯电缆;()单芯电缆;(b b)三芯电缆)三芯电缆当被测电缆较长时,充电电流很大,因而兆欧表开始指示的数值很小,这并不表当被测电缆较长时,充电电流很大,因而兆欧表开始指示的数值很小,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。示绝缘不良,必须经过较长时间遥测才能得到正确的结果。屏蔽环A B C(
6、a)(b)摇表LGE摇表LGE屏蔽环该方法简便易行,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。(1)泄漏电流随施加电压时间的延长不应明显上升。对于直接埋没在地下的电缆,需要找出电缆线路的实际走向(也可以测出埋设深度)。图12-6给出了运行中因老化而退下的6.对于发现局部缺陷,局部放电检测是很有价值的。通过对几种检测方法的比较,可以选择比较有效的方法。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;图12-9 直流分量在线监测回路反向吸收电流法测量原理如图11-5所示。第十二章 电力电缆的试验与故障诊断0 10电容电桥法主要测试电缆的断线
7、性故障;从电缆首端或末端加入一电流信号,并做规律性通断变化,然后用钳形表卡农电缆上观察其电流指示值及通断规律,当电流指示值接近于加入端电流值(由于线路损耗而有所减小),并是通断规律相符时,可以确认该电流为故障电缆。0 10闪络性高阻故障是指绝缘电阻值很大,当试验电压升高到一定值时,泄漏电流突然增大的故障。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电缆测得的残余电压与其tan值的相关性较好。表12-1 电力电缆直流耐压和泄漏电流试验电压(kV)二、直流耐压、泄漏电流试验二、直流耐压、泄漏电流试验1
8、1、直流耐压试验、直流耐压试验交流电力电缆之所以用直流来进行耐压试验,主要是由于电力电缆具有很大的电容,现场交流电力电缆之所以用直流来进行耐压试验,主要是由于电力电缆具有很大的电容,现场采用大容量试验电源不现实,所以改为直流耐压试验,以显著减小试验电源的容量。直流采用大容量试验电源不现实,所以改为直流耐压试验,以显著减小试验电源的容量。直流耐压试验一般都采用半波整流电路,由于电缆电容量较大,故不用加装滤波电容。对于耐压试验一般都采用半波整流电路,由于电缆电容量较大,故不用加装滤波电容。对于35kV35kV以上的电缆,试验电源采用倍压整流方式。试验中测量泄漏电流的微安表可接在低电以上的电缆,试验
9、电源采用倍压整流方式。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。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,一布与其介电常数成反比,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
10、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电强度约为400600kV/cm400600kV/cm,比交流作用下约大一倍左右,所以直流试验电压大致为交流试,比交流作用下约大一倍左右,所以直流试验电压大致为交流试验电压的两倍,试验时间一般选为验电压的两倍,试验时间一般选为510min510min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min5min内都内都能暴露出来,能暴露出来,GB50150GB501509191规定了最长的持续试验时间为规定了最长的持续试验时间为15m
11、in15min。纸绝缘电力电缆、。纸绝缘电力电缆、塑料绝塑料绝缘电力电缆、橡皮绝缘电力电缆缘电力电缆、橡皮绝缘电力电缆的直流耐压和泄漏电流试验电压标准见表的直流耐压和泄漏电流试验电压标准见表12-112-1。电缆额定电压U0/U纸绝缘电力电缆橡、塑绝缘电力电缆1.8/312113.6/617或24186/630256/1040258.7/10473721/351056326/351307848/66/14464/110/192127/220/305190/330/290/500/表表12-1 12-1 电力电缆直流耐压和泄漏电流试验电压(电力电缆直流耐压和泄漏电流试验电压(kVkV))25(0
12、054.010tUU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接正极时,击穿电压比接负极时约高10%10%。浸渍纸绝缘电缆的击穿电压与温度关系很大,在温度浸渍纸绝缘电缆的击穿电压与温度关系很大,在温度tt时的击穿电压时的击穿电压U U与在与在2525时的击穿电压时的击穿电压U0U0有如下关系有如下关系 (12121 1)即在即在2525以上,每升高以上,每升高11击穿电压降低击穿电压降低0.54%0.54%。在进行直流耐压和泄漏电流试验时应均匀升压,升压过程中在在进
13、行直流耐压和泄漏电流试验时应均匀升压,升压过程中在0.250.25、0.50.5、0.750.75、1.01.0倍试验电压下各停留倍试验电压下各停留1min1min,读取泄漏电流值,以便必要时绘制泄漏电流和试验电压的,读取泄漏电流值,以便必要时绘制泄漏电流和试验电压的关系曲线。关系曲线。进行完电缆直流耐压或泄漏电流试验后,应牢记先用进行完电缆直流耐压或泄漏电流试验后,应牢记先用100200k100200k的限流电阻充分放的限流电阻充分放电,然后还要对地直接放电,并保持足够的接地时间。电,然后还要对地直接放电,并保持足够的接地时间。2 2、泄露电流试验、泄露电流试验绝缘良好的电缆泄漏电流很小,一
14、般只有几到几十微安。由于试验设备用高压引绝缘良好的电缆泄漏电流很小,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。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,对于整盘电缆可以采用如图,应该严格地屏蔽,对于整盘电缆可以采用如图12-212-2所示屏蔽接线方式。这里
15、微安表采用所示屏蔽接线方式。这里微安表采用金属屏蔽罩屏蔽,微安表到被试品的引线采用金属屏蔽线屏蔽,对电缆两端头则采用屏蔽金属屏蔽罩屏蔽,微安表到被试品的引线采用金属屏蔽线屏蔽,对电缆两端头则采用屏蔽帽和屏蔽环屏蔽。屏蔽和引线之间只有很小的电位差,所以并不需要很高的绝缘。帽和屏蔽环屏蔽。屏蔽和引线之间只有很小的电位差,所以并不需要很高的绝缘。图图 12-2 12-2 测量直流泄漏电流时的屏蔽方法测量直流泄漏电流时的屏蔽方法 11微安表屏蔽罩;微安表屏蔽罩;2 2屏蔽线;屏蔽线;3 3端头屏蔽帽;端头屏蔽帽;44屏蔽环屏蔽环在现场试验时,由于电缆两头相距很远,无法实现连接,所以上述方法是不可行的。
16、有的在现场试验时,由于电缆两头相距很远,无法实现连接,所以上述方法是不可行的。有的运行单位采用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运行单位采用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,因此采用这种方法的等效性值得研究。另一相的泄漏电流,且每相均承受两次耐压,因此采用这种方法的等效性值得研究。现场采用两端同时测量的方法,其接线如图现场采用两端同时测量的方法,其接线如图12-312-3所示,即在非高压电源端增加一个测量微所示,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
17、的泄漏电流包含电缆绝缘的泄漏安表,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和表面泄漏电流、杂散电流,而另一端测量的是表面泄漏电流和杂散电流,从而电缆电流和表面泄漏电流、杂散电流,而另一端测量的是表面泄漏电流和杂散电流,从而电缆的泄漏电流为两者的差。的泄漏电流为两者的差。I1A1I2A2直流高压 图图12-3 12-3 两端同时测量泄漏电流的接线两端同时测量泄漏电流的接线另一种简便有效的方法是在施加电压相和非施加电压相之间放置一个绝缘板,或将绝缘手另一种简便有效的方法是在施加电压相和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
18、改善局部电场分布,减小电晕的影响。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 3、关于常见的交联聚乙烯电缆直流耐压试验的讨论、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殊,进行直流耐压试验可能是不适合的。主要观点有:分特殊,进行直流耐压试验可能是不适合的。主要观点有:(1 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)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,
19、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,大大增加了击穿的可能。残余一定的直流电压,这时将电缆投入使用,大大增加了击穿的可能。(2 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)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,致使在直流耐压试验过程中,树枝化老化过程,伴随着整流效应。由于有整流效应的存在,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。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
20、过程。(3 3)由于)由于XLPEXLPE绝缘电阻很高,以致在直流耐压时所注入的电子不易散逸,它引起电缆中绝缘电阻很高,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。原有的电场发生畸变,因而更易被击穿。(4 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)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。常工作电压作用下也会发生绝缘故障。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
21、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,如采用串联谐振法或超低频(流耐压试验。也有建议将直流耐压试验改作交流耐压试验,如采用串联谐振法或超低频(0.01Hz0.01Hz)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)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。检测提供了新的方法。三、其他试验三、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
22、一定特点的停电试验方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。的效果,有的已与在线检测配合使用。残余电压法残余电压法其测量原理如图其测量原理如图12-412-4所示。测量时将开关所示。测量时将开关K2K2打开,打开,K3K3打到接地侧,开关打到接地侧,开关K1K1合向试合向试验电源,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验电源,使被试电缆充上直流电压。一般可按每
23、毫米绝缘厚度上的电压为1kV1kV来施加电压。来施加电压。约经约经10min10min充电后,将充电后,将K1K1及及K2K2先后打到接地侧,经约先后打到接地侧,经约10s10s后打开后打开K1K1、K2K2,将开关,将开关K3K3合向试验合向试验电源,以测量电缆绝缘上的残余电压,对电源,以测量电缆绝缘上的残余电压,对XLPEXLPE电缆测得的残余电压与其电缆测得的残余电压与其tantan值的相关性较好值的相关性较好。研究表明交联聚乙烯电缆不同老化过程阶段其残余电压明显不同,电缆劣化越严重残余。研究表明交联聚乙烯电缆不同老化过程阶段其残余电压明显不同,电缆劣化越严重残余电压越高。电压越高。试品
24、K3K2K1V试样1000VK1K2A 图图12-4 12-4 残余电压法测量原理残余电压法测量原理2 2、反向吸收电流法、反向吸收电流法反向吸收电流法测量原理如图反向吸收电流法测量原理如图11-511-5所示。测量时先将开关所示。测量时先将开关K2K2闭合,闭合,K1K1打到电源侧,让电缆加打到电源侧,让电缆加上上1kV1kV直流电压直流电压10min10min,然后将,然后将K1K1打到接地侧让电缆放电;打到接地侧让电缆放电;3 min3 min后打开后打开K2K2,由电流表测量反向,由电流表测量反向吸收电流。而吸收电流。而“吸收电荷吸收电荷”Q Q在这里定义为在这里定义为3min3min
25、到到33min33min,30min30min内电流对时间的积分值。内电流对时间的积分值。图图12-5 12-5 反向吸收电流法测量原理反向吸收电流法测量原理 102030405060102030405010810910101011101210130交流击穿电压(kV)绝缘电阻(欧姆)tan坐标10-1%,Q/C100图图12-612-6给出了运行中因老化而退下的给出了运行中因老化而退下的6.6kV XLPE6.6kV XLPE电缆的吸收电荷、绝缘电阻及电缆的吸收电荷、绝缘电阻及tantan 与该电缆交流击穿电压与该电缆交流击穿电压U U的关系,可见其的关系,可见其Q-UQ-U的相关性比的相关
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