1、第第11講講 電力電纜的電力電纜的在線檢測與故障診斷在線檢測與故障診斷 唐志國唐志國Telhp); 51971617(o)辦公室：辦公室：教教5樓樓D325Email：高電壓與電磁兼容研究所主要內容電力電纜基本知識 電力電纜發展背景、結構特點，分類，運行情況等 電力電纜的絕緣特征量、劣化機理電力電纜的檢測與故障診斷技術 直流泄漏電流檢測技術 局部放電在線檢測技術 介質損耗角正切tg的在線檢測技術 其他檢測方法 電力電纜的故障定位電力電纜基本知識背景 電力電纜主要用于發電廠、變電所、工礦企業的動力引入/出線 過海、過江、過鐵路等特殊部位，多采用電纜 20世紀80年代初，

2、隨著XLPE電纜的廣泛應用，電力電纜與GIS一起成為城網改造的兩項重要舉措。 電力電纜與架空線路相比，優點是受氣候影響小，節省空間、安全可靠、隱蔽耐用，但成本較高電力電纜基本知識類型 油浸紙絕緣電力電纜 由木纖維紙和浸漬劑組成的復合絕緣。 生產和運行中均不可避免產生氣隙。耐電強度降低。 橡皮絕緣電力電纜 合成橡膠：丁苯橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯 耐臭氧差，在電暈作用下會發生開裂，擊穿場強較低。電力電纜基本知識聚氯乙烯絕緣電力電纜 聚氯乙稀樹脂為基礎，配以增塑劑、穩定劑、防老劑等 極性材料，介損大，耐熱性低，耐電強度低，燃燒時產生有毒氣體。 加工簡單、生產率高、成本低、耐油、耐腐蝕、

3、化學穩定性好。電力電纜基本知識交聯聚乙烯絕緣電力電纜（簡稱XLPE電纜） 通過物理或化學方法將聚乙烯進行交聯而成性能優良、工藝簡單、安裝方便、載流量大、耐熱性好；目前在配電網、輸電線中應用廣泛并逐漸取代了傳統的油紙絕緣電纜，電壓等級已高達500kV.2km-220kV線路的造價可達上億元。電力電纜基本知識XLPE 油紙 橡皮 聚氯乙烯 溫度（正常/短路） 90 / 25075-80 / 22065-70 / 160絕緣電阻（歐米） 1014-10151013-10151011-10131011-1012介電常數 2.34.03.0-4.58.0介損正切 0.00060.010.04-0.050

4、.1不同電纜的參數對比電力電纜基本知識交聯聚乙烯絕緣電力電纜結構線芯、半導體屏蔽層、XLPE絕緣、鎧甲、護套等電力電纜基本知識交聯聚乙烯絕緣電力電纜結構電力電纜基本知識 電纜終端圖電力電纜基本知識GIS終端電纜圖電力電纜基本知識中間接頭類型截止到2001年6月，北京地區投運的高壓電纜線路情況： 220千伏電源電纜線路 16路 63.225公里 220千伏聯絡電纜線路 15路 0.949公里 110千伏電源電纜線路 114路 283.422公里 110千伏聯絡電纜線路 82路 4.722公里（其中110千伏及以上充油電纜60多公里）XLPE電纜最早投運于1988年9月，至今已運行近20年。電力電

5、纜基本知識電力電纜基本知識1、 電纜表面爬電痕跡圖電纜表面爬電痕跡圖電力電纜基本知識XLPE電力電纜劣化機理 熱劣化：電纜運行溫度超過材料允許溫度時，材料發生氧化分解等化學反應，從而使電纜絕緣電阻和耐壓性能下降 電氣劣化：絕緣內部氣隙、絕緣和屏蔽層之間的空隙部位的電暈放電、屏蔽層上的尖狀突起等引發局部放電，并產生電樹枝，引起耐電強度下降XLPE電力電纜劣化機理 水樹枝劣化：有機材料在長時間受水浸漬將吸潮，在強電場作用下水分將呈樹枝狀侵蝕電纜，生成水樹枝 化學性劣化：有機材料溶脹、溶解、龜裂、化學樹枝狀裂化。這些電纜的劣化都可以通過檢測直流泄漏電流和交流電壓下的tg 和局部放電來判斷其絕緣狀況電

6、纜絕緣的在線監測技術直流法 電纜絕緣層中產生的微量直流泄漏電流是內部存在水樹的一個重要信息，電流大小和水樹長度之間有一定相關性，以此可判斷水樹或絕緣的劣化程度。 直流成分法：直流成分法：將微電流測量裝置串接在電纜接地線中，該裝置的分辨率為0.2 nA。護層電阻下降時，雜散電流會影響測量。 直流成分法測量電路100nA，不良研究表明，水樹枝發展越長，直流分量電流也就越大，XLPE電纜的直流分量電流IDC與其直流泄露電流及交流擊穿電壓具有較好的相關性。即IDC增大時，常常說明水樹枝的發展、泄露電流增大，這樣的絕緣劣化過程會導致交流擊穿電壓下降。直流分量法測得的電流極微弱，有時也不大穩定，微小的干擾

7、電流就會引起很大誤差。研究表明，這些干擾主要來自電纜的屏蔽層與大地之間的雜散電流，因雜散電流及真實的由水樹枝引起的電流，均經過直流分量測量裝置，以至造成很大的誤差。可以考慮采取旁路雜散電流或在雜散電流回路中串入電容將其阻斷等方法。直流疊加法直流疊加法：借助接地的電壓互感器的中性點處將直流電壓E1施加在電纜絕緣上交流電壓疊加，從而測量通過電纜絕緣層的微弱的nA級直流電流或其絕緣電阻。E1為10-50V。并聯電容C1 及L1是濾掉工頻和將工頻和直流電源隔開，避免交流高壓對直流電源的影響測量回路L2和C2的作用也是濾去交流分量，使流經測量裝置M2的只有直流分量當水樹增加時直流疊加電流也增加。 直流疊

8、加法等效電路Rm為M2的內阻，Rs電纜外皮上防護層對地的絕緣電阻，R1為電纜的絕緣電阻，RB是整個母線系統的絕緣電阻tan法法：從電壓互感器取電壓，用電流傳感器測流經電纜絕緣的工頻電流，通過裝置測出電纜絕緣的tan，此信息反映出絕緣缺陷的平均程度。 目前對介質損耗角正切來衡量電纜絕緣老化還存在不同看法，有研究者認為，僅能反映電纜吸水受潮的程度。低頻法 低頻成分法：由于水樹的存在，在電纜絕緣電流中還有低頻成分，其頻譜在10Hz 尤其在3Hz以下。可測低頻電流進行診斷，低頻電流是nA級。 低頻疊加法：將7.5 Hz 20V的低頻電壓在線加于電纜，在接地線中測微電流，算出電阻。低頻成分電流頻譜低頻疊

9、加法測得的絕緣電阻與擊穿電壓的關系電纜局部放電的檢測 與油紙絕緣相比，XLPE電纜對局部放電非常敏感。局部放電會在XLPE電纜絕緣內引起電樹枝擊穿，它是最危險的劣化形式之一。電纜對局部放電要求非常嚴格，不超過10pC 例如在3.2mm厚的XLPE電纜模型上實驗時，擊穿電壓為36kV，當已形成擊穿通道時，相應的局放量僅為3pC，5.6s后增至500pC，隨即發生擊穿。 電纜發生局部放電的部位大多在接頭和終端部位。 電纜局部放電監測的主要困難是現場嚴重的干擾。電纜接頭盒上的監測電纜接頭盒上的監測：監測頻率可大于10 M，可用差動平衡電路和極性鑒別電路來抗干擾。 電纜接頭盒上的監測電纜接頭盒上的監測高頻脈沖電流法 傳感器采用寬帶羅哥夫斯基線圈電容分壓器法電容分壓器監測靈敏度取決于分壓比：C1/(C1+C2)高頻脈沖電流法和電容分壓器法較適合現場使用。電容分壓器法靈敏度最高，且有利于故障的定位。但其缺點是需要破壞電纜屏蔽層，在連接盒上插入內電極等，在現場實現還有一定困難。感應傳感器法： 原理：當電纜屏蔽由多股螺旋狀帶繞成時，局放電流在屏蔽線上的電流可分為沿電纜和圍繞電纜的分量，切向電流產生軸向磁場，該磁力線在電纜外側，用線圈制成特高頻傳感器裝在電纜外。 特點：方