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
26、性比tantan -U-U还要好，而绝缘电阻还要好，而绝缘电阻与与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及及tantan 为宜。因两为宜。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。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。图图12-6 12-6 吸收电荷、绝缘电阻、吸收电荷、绝缘电阻、tantan和交流击穿电压相关性和交流击穿电压相关性 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、电位衰减法电位衰减法是在电
27、缆放电后测量自放电的电压下降速度，其测量原理如图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。试所示。试验时先对电缆绝缘充电，再打开开关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，则自放电很慢；如电缆绝缘品质已经下降，则放电电缆的绝缘电阻，如电缆绝缘良好，则自放电很慢；如电缆绝缘品质已经下降，则放电电压下降速度很快，如图电压下降速度很快，如图12-812-8所示的曲线。所示的曲线。图图12-7 12-7 自放电法测量原理自放电法测量原理 图图1
28、2-8 12-8 自放电电压的下降曲线自放电电压的下降曲线第二节第二节 电力电缆的运行状态检测与分析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高压直流可测出施工缺陷及绝缘劣化可能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
29、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和直流耐压试验，在实际检测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和直流耐压试验，在实际检测中，根据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，表中，根据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给出了现给出了现在较常见的试验方法的对比。在较常见的试验方法的对比。表表12-2 12-2 常见电缆老化检测方法比较常见电缆老化检测方法比较 一、直流分量法一、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
30、流正、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和中和特性，导致在长时间交流工作电压的反复作用下，负半周表现出不同的电荷注入和中和特性，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。由于现象称为整流效应。由于“整流效应整流效应”的作用，流过电缆接地线的交流电流便含有微的作用，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。用图弱的直流成分，检测出这
31、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。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。图图12-9 12-9 直流分量在线监测回路直流分量在线监测回路上述这些方法可以从不同侧面研究电缆老化情况，具有一定的效果，但对于交联聚上述这些方法可以从不同侧面研究电缆老化情况，具有一定的效果，但对于交联聚乙烯电缆普遍认为不适合进行高压直流试验，所以针对交联聚乙烯电缆发展了多种乙烯电缆普遍认为不适合进行高压直流试验，所以针对交联聚乙烯电缆发展了多种在线检测方法在线检测方法。保
32、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Idc(nA)10-1100101102103104100101102103104研究表明，水树枝发展得愈长，直流分量也就愈大，而且研究表明，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电缆的直流分量电流IdcIdc与其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、图12-1112-11。在线检测。在线检测出出IdcIdc增大时，常常说明水树枝的发展、泄漏电流的增大，这样的绝缘
33、劣化过程会导致交流增大时，常常说明水树枝的发展、泄漏电流的增大，这样的绝缘劣化过程会导致交流击穿电压的下降。击穿电压的下降。图图12-10 12-10 泄漏电流与直流分量的相关性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很大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很大误差。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，以致造成很大误差。可以考虑采取旁路流及由水树枝引起的电流
34、，均经过直流分量装置，以致造成很大误差。可以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。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纳安级直流电流或其绝缘电阻，其测量原理如图12-12所示。10直流泄漏电流I(nA)直 流 成 分 Idc(nA)20030405060701010101010-10123(35kV)(17kV)(10.35kV)图图12-1
35、2 12-12 直流叠加法测量原理图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，这样在带电情况下测得的绝缘电阻由于直流叠加法是在交流高压上再叠以低值的直流电压，这样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很相近。但绝缘电阻与电缆绝缘剩余寿命的相关性并不很与停电后加直流高压时的测试结果很相近。但绝缘电阻与电缆绝缘剩余寿命的相关性并不很好，分散性相当大。绝缘电阻与许多因素有关，即使同一根电缆，也难以仅靠测量其绝缘电好，分散性相当大。绝缘电阻与许多因素有关，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。阻值来预测其寿命。对于中性点固定接地的三相系统
36、，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对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。叠加法在线检测电缆绝缘性能。运行中母线至电缆屏蔽层的 DC泄露电流I(被试电缆)接地电压互感器 E(DC50V)电 流互 感 器 电 流互 感 器 电 流互 感 器被测电缆负 电 荷切 换 装 置接 地 电 压 互 感 器测ta n仪 器C P U警 报 接 点 R S 2 3 2-CL C DR A M键 盘图图12-13 多路巡回检测多路巡回检测tan测量原理测量原理三、电缆绝缘三、电缆绝缘tantan对电缆绝缘层对电缆绝缘层tan
37、tan 值的在线检测方法，与电容型试品的在线检测值的在线检测方法，与电容型试品的在线检测tantan 方法方法很相似。对多路电缆进行很相似。对多路电缆进行tantan 巡回检测时，仍常由电压互感器处获取电源电压的相位巡回检测时，仍常由电压互感器处获取电源电压的相位来进行比较，其原理框图如图来进行比较，其原理框图如图12-1312-13所示。所示。图图12-14 12-14 水树枝长度与电缆水树枝长度与电缆tantan的关系的关系通常认为，发现集中性的缺陷采用直流分量法较好，因为通常认为，发现集中性的缺陷采用直流分量法较好，因为tantan 值往往反映的是普遍性的缺陷值往往反映的是普遍性的缺陷，
38、个别的较集中的缺陷不会引起整根长电缆所测到的，个别的较集中的缺陷不会引起整根长电缆所测到的tantan 值的显著变化。由图值的显著变化。由图12-1412-14可见，电可见，电缆绝缘中水树枝的增长会引起缆绝缘中水树枝的增长会引起tantan 值的增大，但分散性较大。同样，在线测出值的增大，但分散性较大。同样，在线测出tantan 值的上升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12-1512-15的实例所示，同的实例所示，同样具有一定的分散性。样具有一定的分散性。电缆的tan(%)内或外导体开始内、外导
39、体均有领结状树枝最长的水树长(mm)4.03.02.01.00.01 0.05 0.1 1.0 10 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，但分散性很大。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。电缆的tan(%)从10kV开始加电压从35kV开始加电压20kV10kV9080706050403020100.05 0.
40、1 0.5 1.0 5.0 10 交流长时间击穿电压（kV）10-2水 树 枝 树(个)tan(%)11010210310-1 图图12-16 12-16 树枝数对树枝数对tantan 图图12-17 12-17 最大树枝长度与最大树枝长度与tantan的关系的关系四、其他在线检测方法四、其他在线检测方法 对于发现局部缺陷，局部放电检测是很有价值的。常见的电缆局部放电方法有对于发现局部缺陷，局部放电检测是很有价值的。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，可以对电缆及其局部放电检测仪、接地线脉冲电流法、电磁耦合法、超声波法等，可以对电缆及其附件进行检测
41、，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分严重，在现场进行检测时有效分辨率一般为1001000pC1001000pC。由于交联聚乙烯电缆绝缘电阻很小，在线检测tan易受影响，而tan、击穿电压和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。最 大 长 度(mm)tan(%)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
42、对量,可能监测、局部损坏常在中性点TV处叠加以低压直流，宜用于在线检测应用较广泛局部放电法能检测出缺陷处发生的局部放电理论上可在线检测,关键是消除干扰在线检测困难较大tan 法在运行电压下能检测劣化 在线检测仪需要特殊设计应用较多直流分量法直流分量有可能反映劣化的绝对量 因电流小更要排除杂散电流的影响已开始应用由于交联聚乙烯电缆绝缘电阻 很小，在线检测tan易受影响，而tan、击穿电压和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
43、响，日本提出了在电缆线路上叠加20V、7.5Hz的低频电压的方法。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，所以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，可以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 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、直流分量法和tan测量的联合装置分压器直流重叠用电抗器熔丝tan测定 单元直流成分测定单元直流重叠测定单元重叠电压外加
44、电源电流互感器侧计算机打印机三相切换装置另一侧开关高压配电线电源接地电压互感器被测电缆 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、橡塑绝缘电缆、充油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、橡塑绝缘电缆、充油电缆、充气电缆等。其中油纸绝缘电缆已经逐步退出运行，橡塑绝缘电缆使用量逐年增加，特电缆、充气电缆等。其中油纸绝缘电缆已经逐步退出运行，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已经成为中高压输电系统中的主要品种。别是交联聚乙烯电缆近年来已经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和耐热性能都很好，传输容量较大，结构轻便交联聚乙烯电
45、力电缆由于其电气性能和耐热性能都很好，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，特别是没有漏油和引起火，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，特别是没有漏油和引起火灾的危险，因此受到用户广泛欢迎。灾的危险，因此受到用户广泛欢迎。交联聚乙烯电缆和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交联聚乙烯电缆和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
46、可以克服导体电晕及电离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡；在相间绝缘外表面包，它可以克服导体电晕及电离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡；在相间绝缘外表面包第二层半导体胶，同时加包了一层第二层半导体胶，同时加包了一层0.1mm0.1mm厚的薄铜带，它组成了良好的相间屏蔽层，它保护着厚的薄铜带，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。目前国内已经开始生产电缆，使之几乎不能发生相间故障。目前国内已经开始生产220kV220kV电压等级交联聚乙烯电缆，电压等级交联聚乙烯电缆，国外已有国外已有500kV500kV电压等级的交联聚乙烯电缆投入试用线路。电压等级的交联聚乙烯电
47、缆投入试用线路。引起电缆绝缘故障的原因是多方面的，如果电缆的制造质量好（包括缆芯绝缘、护引起电缆绝缘故障的原因是多方面的，如果电缆的制造质量好（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），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。由于电缆的事故大多是由于外力破坏（如开
48、掘、挤压而损伤）或地下污水的腐蚀等所引起的。由于电缆材料本身和电缆制造、敷设工程中不可避免地存在缺陷，受运行中的电、热、化学、环境等因材料本身和电缆制造、敷设工程中不可避免地存在缺陷，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。表不同。表12-412-4给出了交联聚乙烯电缆绝缘老化的原因和表现形态，其中树枝化老化是交联聚给出了交联聚乙烯电缆绝缘老化的原因和表现形态，其中树枝化老化是交联聚乙烯电缆所特有的。所谓水树枝和电树枝是指在局部高电场
49、的作用下，绝缘层中水分、杂质等乙烯电缆所特有的。所谓水树枝和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，生成硫化铜和氧化铜等物质，这些生成物在绝缘层中呈树枝状生长。化学反应，生成硫化铜和氧化铜等物质，这些生成物在绝缘层中呈树枝状生长。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、过负荷、直流负荷局部放电老化电树枝老化水树枝老化化学效应化学腐蚀、油浸泡化学腐蚀化学树枝机械效应机械冲击、挤压外伤机械损伤、变
50、形电-机械复合老化热效应温度异常、冷热循环热老化热-机械老化生物效应动物啃咬微生物腐蚀成孔、短路表表12-4 12-4 交联聚乙烯电缆绝缘老化原因及表现形态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根据各厂家的规定执行，而外护套的绝
