电力电缆的试验与故障诊断-课件.pptx
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- 电力电缆 试验 故障诊断 课件
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1、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12-112-1。图 12-1 12-1 测量绝缘电阻时的屏蔽接线 (a a)单芯电缆;(;(b 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。屏 蔽 环A B
2、C(a)(b)摇 表LGE摇 表LGE屏 蔽 环二、直流耐压、泄漏电流试验1 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35kV35kV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
3、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/cm400600kV/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510min510min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min5min内都能暴露出来,GB50150GB501509191规定了最长的持续试验时间为15min15min。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12-112-1。电缆额定电压U0/U纸绝缘电
4、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12-1 12-1 电力电缆直流耐压与泄漏电流试验电压(kVkV)25(0054.010tUU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特别大,在温度tt时的击穿电压U U与在2525时的击穿电压U0U0有如下关系 (12 (121)1)即在
5、2525以上,每升高11击穿电压降低0 0、54%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 0、2525、0 0、5 5、0 0、7575、1 1、0 0倍试验电压下各停留1min,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100200k100200k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 2、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
6、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12-212-2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。图 12-2 12-2 测量直流泄漏电流时的屏蔽方法 1 1微安表屏蔽罩;2 2屏蔽线;3 3端头屏蔽帽;4;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
7、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12-312-3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。I1A1I2A2直流高压 图12-3 12-3 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 3、关于常见的
8、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 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 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,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 3)由于XLPEXLPE绝缘电阻特别高,以致在直流
9、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 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。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 0、01Hz01Hz)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
10、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12-412-4所示。测量时将开关K2K2打开,K3K3打到接地侧,开关K1K1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1kV1kV来施加电压。约经10min10min充电后,将K1K1及K2K2先后打到接地侧,经约10s10s后打开K1K1、K2K2,将开关K3K3合向试验电源,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tantan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
11、残余电压明显不同,电缆劣化越严重残余电压越高。试 品K3K2K1V试样1000VK1K2 A 图12-4 12-4 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测量原理如图11-511-5所示。测量时先将开关K2K2闭合,K1K1打到电源侧,让电缆加上1kV1kV直流电压10min10min,然后将K1K1打到接地侧让电缆放电;3 min3 min后打开K2K2,由电流表测量反向吸收电流。而“吸收电荷”Q Q在这个地方定义为3min3min到33min33min,30min30min内电流对时间的积分值。图12-5 12-5 反向吸收电流法测量原理 10203040506010203
12、0405010810910101011101210130交 流 击 穿 电 压(kV)绝缘电阻(欧姆)tan坐标10-1%,Q/C100图12-612-6给出了运行中因老化而退下的6 6、6kV XLPE6kV XLPE电缆的吸收电荷、绝缘电阻及tan tan 与该电缆交流击穿电压U U的关系,可见其Q-UQ-U的相关性比tan -Utan -U还要好,而绝缘电阻与U 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 Q及tan 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 12-6 吸收电荷、绝缘电阻、tantan与交流击穿电压相
13、关性 试样VK1充电电压绝缘优良判断电压绝缘不良时间电压3 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12-712-7所示。试验时先对电缆绝缘充电,再打开开关K1K1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12-812-8所示的曲线。图12-7 12-7 自放电法测量原理 图12-8 12-8 自放电电压的下降曲线第二节 电力电缆的运行状态检测与分析方 法试验电源检测效果存在的问题绝缘电阻测量低压直流可测量绝缘电阻、终端受潮终端表面泄漏的影响直流耐压试验
14、高压直流可测出施工缺陷及绝缘劣化估计引起交联聚乙烯绝缘损伤直流泄漏测量高压直流可测出吸潮、树枝劣化电晕、电源波动的影响局部放电测量交流工频可检测内部气隙、外伤要消除干扰、提高灵敏度超低频、三角波专用电源设计、制造tan测量交流工频对检测受潮、水树枝有效需要大容量电源超低频 高压要消除干扰反向吸收电流高压直流对检测水树枝等有效要消除局部电流或终端脏污残余电压法高压直流对检测水树枝等有效要消除表面泄漏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12-212-2给出了现在较常见的试验方法的
15、对比。表12-2 12-2 常见电缆老化检测方法比较 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12-912-9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 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
16、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。保护装置 低通滤波器微电流测试仪 纪录仪被试电缆K金属屏蔽负载配电线 直流泄漏电流I(nA)直 流 成 分 Id c(n A)1 0-11 001 011 021 031 041 001 011 021 031 04研究表明,水树枝发展得愈长,直流分量也就愈大,而且XLPEXLPE电缆的直流分量电流IdcIdc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12-1012-10、图12-1112-11。在线检测出IdcIdc增大时,常常说明水树枝的发展、泄漏电流的
17、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 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其阻断等方法。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
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