电力电缆在线监测与诊断.ppt

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第第五五章章电力电缆在线电力电缆在线监测监测与诊断与诊断On-linemonitoringandfaultdiagnosisforpowercable1本章内容概述电缆绝缘的劣化和诊断内容电缆绝缘的在线监测电缆的故障定位方法25.1概述33什么是电力电缆？

架空线电力电缆电力传输通道4为什么使用电缆？

输电通道小不受环境污染影响可靠性高对人身及周围环境干扰小特殊应用环境使用电缆的优点5制造工艺复杂造价高施工维修麻烦使用电缆的缺点6电力电缆发展简史7电力电缆的使用至今已有百余年历史。

1879年爱迪生首次使用电缆实现地下输电。

1911年德国敷设60kV高压电缆。

1913年霍希施泰特研制成分相屏蔽电缆。

1981年研制成1000kV的特高压电力电缆。

8XLPE电缆结构简单无敷设落差限制安装维护方便1952年：

发明XLPE材料1957年：

GE制成XLPE电缆50年代末：

第一代工艺|湿法交联70年代末：

第二代工艺|干式交联80年代中后期：

第三代工艺|净化材料,自动控制9电缆的种类油纸绝缘电缆气体绝缘电缆塑料绝缘电缆10聚氯乙烯电缆聚乙烯电缆XLPE（交联聚乙烯电缆）塑料绝缘电缆铜量铜量/1000t/1000t50501001001501506666707074747878828286861122331.1.电力电缆合计电力电缆合计2.XLPE2.XLPE电缆电缆3.3.油纸电缆油纸电缆11交联聚乙烯交联聚乙烯电缆电缆XLPE，crosslinkedpolyethylene30余年历史性能优良、工艺简单、安装方便得到广泛应用12XLIE电缆的基本结构13交联聚乙烯绝缘电缆结构示意图交联聚乙烯绝缘电缆结构示意图1、导体2、导体屏蔽3、交联聚乙烯绝缘4、绝缘屏蔽5、金属屏蔽6、填充7、内衬层8、铠装层9、外护套141.导电线芯：

高导电率材料，绞线承圆形或扇形截面。

2.绝缘层：

高电阻率材料，tg、低而电气强度Eb高的油浸纸、橡皮或塑料。

3.密封护套：

保护绝缘线芯免受机械、水分、化学等的损伤，有时外部还有保护覆盖层。

4.半导体层的作用：

均匀电场，它可以克服电晕及游离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡。

1516电缆敷设情况电压等级/kV电缆总长度/kmXLPE电缆所占比例/%1073,66498.23511,56995.3110（66）05,30390.7220（330）00,52857.950000,05642.717电缆故障率按电压等级18电缆故障率按运行时间19编号电缆故障原因比例A外力破坏外力破坏58%B附件制造质量缺陷27%C敷设施工质量缺陷12%D电缆本体质量缺陷3%电缆故障原因5.2电缆绝缘的劣化和诊断内容20水树枝劣化的监测方法：

DetectionofbridgedwatertreeOn-linediagnosticmethodsDetectionofun-bridgedwatertreeOff-linediagnosticmethods交联聚乙烯电缆的寿命额定额定电压电压电压寿命极电压寿命极限限劣化劣化条件条件3-6kVrmsRatedhighestvoltage+afewyearsafterbridgedwatertreeinitiation11kVrmsAfterbridgedwatertreeinitiation（1yearormore?

）morethan22kVrmsImmediatelyafterorbeforebridgedwatertreeinitiationBDVofcablewithbridgedWT电压寿命极限BridgedwatertreeUn-bridgedwatertreeBDV;10-20kVElectricaltreeInsulationlayerInsulationlayer21根据现场运行经验，水树枝劣化特性如下：

（l）仅发生在6kV以上的高压交联聚乙烯电缆中。

（2）从投运到破坏的时间需要数年至十几年，大多数在10年以上。

（3）贯通绝缘体的水树枝状劣化，大部分能维持正常工作电压以上的电压值，只有在发生脉冲电压等异常电压时才产生破坏。

（4）环境温度高时，劣化进程加快。

因此对电力电缆绝缘本体进行故障监测是可行的，也是必要的。

5.3电缆绝缘的在线监测22离线方法直流法工频法低频法综合判断法电力力电缆监测和和诊断方法断方法23对已运行油纸电力电缆的试验项目24XLPE预试时不宜用直流耐压运行后常有（电、水）树枝生成直流耐压时沿树枝有电荷注入XLPE电阻率极高，短路时电荷放不完再加交流时电场畸变，更易击穿25XLPE几种停电预试方案用超低频0.1Hz测tan及耐压用交流（串联谐振）测tan及耐压用振荡波试验耐压测回复电压测极化去极化电流测损耗电流中的谐波分量26回复电压的测量方法27回复电压实例28Tettex546229极化去极化电流测量原理30极化去极化电流典型曲线31PDC-ANALYSER-1MOD32绝缘连接盒两侧接成差分法以测量局放33一种电缆检测系统34水树枝检测方法对象对象测量条件测量条件方法方法实用情况实用情况针对形成桥的针对形成桥的水树枝水树枝离线离线直流泄漏电流法直流泄漏电流法DCleakagecurrentunderDChighvoltageapplicationismeasured.实际采用实际采用在线在线直流成分法直流成分法DCcomponentcurrentinserviceismeasured.直流叠加法直流叠加法DCcomponentcurrentwhenlowDCvoltageissuperimposedonratedvoltageismeasured.交流叠加法交流叠加法1Hzcurrentwhenlowvoltageof2f+1Hzissuperimposedonratedvoltage（f）ismeasured.低频叠加法低频叠加法7.5Hzlosscurrentwhenlow7.5Hzvoltageissuperimposedonratedvoltageismeasured.针对未形成桥针对未形成桥的水树枝的水树枝离线离线残余电荷法残余电荷法ResidualchargeafterDCvoltageapplicationismeasured.研究中研究中损耗电流法损耗电流法Harmoniccomponentcurrentinlosscurrentismeasured.试用中试用中DCleakageACsuperpositionLFsuperpositionDCsuperpositionDCcomponent针对形成桥路的水树枝探测效果:

35直流泄漏电流试验线路cableguardelectrodeterminalDCpowersupply（buttery）recorder判断标准状态良好状态良好损坏或值得注意损坏或值得注意泄漏电流值泄漏电流值0.1A0.1-1A1A电流波形电流波形-NormalPI（=I1/I10）1Existenceofkick-36直流泄漏电流（A）Un-bridgedwatertreeBridgedwatertreeAppliedstress;1kV/mm0.0010.010.11Accumulationprobability（%）10205090OnebridgedwatertreecanpasstheDCleakagecurrentofabout0.1A.Un-bridgedwatertreescanhardlypasstheDCleakagecurrent.直流泄漏电流37直流法直流法直流成分电流监测直流叠加法直流电桥法38直流直流成分法成分法机理机理电缆中存在水树时，类似尖板电极具有整流作用。

因此在工作电压下，电缆绝缘中将流过微小的直流电流。

根据这一电流的数值，既可判断电缆中水树的发展状况。

直流成分电流监测39TR配电变压器GPT接地保护用电压互感器M直流微电流检测装置（nA级）回路中流通微弱的直流成分电流直流直流成分成分电电流流监测监测原理接原理接线线直流成分电流监测40微电流测量装置微电流测量仪低通滤波器衰减交流成分、检出直流成分接地保护装置保证试验人员和装置的安全直流成分电流监测41直流成分电流监测6kVXLPE电缆交流击穿电压与电缆交流击穿电压与直流分量的关系直流分量的关系42判断规则直流成分电流小于1nA绝缘良好大于100nA绝缘不良介于两者间加强监测直流成分电流监测43护层与地之间有化学电势Es直流成分电流监测44护层与电缆绝缘护层的绝缘电阻下降M中将流过杂散电流通常Es不超过0.5V当护层绝缘电阻小于200500M杂散电流将影响诊断的可靠性45直流法直流叠加法借助电抗器将直流电压在线叠加于电缆绝缘测量直流叠加电流。

46防止影响GPT二次输出电压直流电压不能很高，约1050V直流电压不高电缆绝缘处于交流高压作用下真实反映绝缘的实际状况直流叠加法476kVXLPE电缆直流叠加电流与水树长度的关系直流叠加法48保证安全L、C调谐于50Hz杂散电流Es的影响正、反向叠加直流电压消除直流叠加法49判断规则测得绝缘电阻大于1000M绝缘良好小于10M绝缘不良介于两者间加强监测试验证明：

用直流叠加法测得的绝缘电阻与停电后加直流高压时的测试结果很相近。

直流叠加法50Testcircuit直流重畳法絶縁抵抗（M）直流漏電流法絶縁抵抗（M）DCpowersupplyMeasuringequipmentcableDC5-50Vissuperimposedonthehighvoltageinservice.DCcomponentinleakagecurrentismeasured.ResistancemeasuredbyDCsuperpositionmethod（M）ResistancemeasuredbyDCleakagecurrent（M）RelationshipbetweenDCsuperpositionmethodandDCleakagecurrent.DCSuperpositionMethodDCleakagecurrentishighlysensitivity.51時間絶縁抵抗（M）時間絶縁抵抗（M）Resistance（M）Resistance（M）TimeTimeTimechangeofDCsuperpositioncurrentProblemThismethodtendstobeinfluencedbythestraycurrentorcorruptionoftheterminal.Measuredvaluewillchangewithmeasurementtimeorhumidityverymuch.Thetrendmanagementbyon-linediagnosisisrequired.DCSuperpositionMethod52直流法直流电桥法测量电缆绝缘电阻的电桥接线53电桥平衡Rx=（E1-V4）R2/V4设E1为20V，V4为1mV，R2为50MRx最大可测到100000M防止直流电压对GPT的有害影响直流电桥法54Es影响的消除调节R4及E0V0指示为零其他设备的绝缘电阻与R3并联R3之值并不参与计算其他设备的绝缘电阻不影响测量结果直流电桥法55加于电缆的电压信号（通过电压互感器取出）流过绝缘的电流信号（通过电流互感器取出）通过数字化测量装置电缆绝缘的tg工工频法法介介损损因数法因数法56什么是介质损耗角（tan）?

time/sec010电压电流=介质损耗角tan=有功功率无功功率57受潮对