電力電纜絕緣性能檢測方法分(fēn)析
發布時(shí)間：2013-09-02 09:38 來(lái)源：華電國威
1 電力電纜性能不帶電檢測方法
随著(zhe)城(chéng)市建設的(de)發展,電力電纜在城(chéng)網供電中所占的(de)份量也(yě)越來(lái)越重,在一些城(chéng)市的(de)市區(qū)逐步取代架空輸電線路;同時(shí)随著(zhe)電纜數量的(de)增多(duō)及運行時(shí)間的(de)延長(cháng),電纜的(de)故障也(yě)越來(lái)越頻(pín)繁。由于電纜線路的(de)隐蔽性、個(gè)别運行單位的(de)運行資料不完善以及測試設備的(de)局限性等原因,使電纜故障的(de)查找非常困難[1]。電力電纜故障按性質可(kě)分(fēn)爲串聯(斷線)故障及并聯(短路)故障兩種,後者按絕緣外是否有金屬護套或屏蔽可(kě)分(fēn)爲主絕緣故障(外有金屬屏蔽),外皮(外護套)故障(無金屬屏蔽)的(de)故障。主絕緣故障根據測試方法不同,按故障點的(de)絕緣電阻Rf大(dà)小可(kě)分(fēn)爲①金屬性短路(低阻)故障,其中Rf不同儀器及方法選擇各不同,一般Rf<10 Z0(Z0爲電纜波阻抗);②高(gāo)阻故障;③間歇(閃絡)故障三種。三者之間沒有絕對(duì)的(de)界限,主要由現場(chǎng)試驗方法區(qū)分(fēn),與設備的(de)容量及内阻有關。近十年來(lái)我國城(chéng)市電網大(dà)量采用(yòng)XLPE電力電纜,根據電纜的(de)故障,國内外有各種不同的(de)測試方法。
1.1 電橋法及低壓脈沖反射法
20世紀70年代前,世界上廣泛使用(yòng)電橋法及低壓脈沖反射法進行電力電纜故障測試,兩者對(duì)低阻故障很準确,但對(duì)高(gāo)阻故障不适用(yòng),故常常結合燃燒降阻(燒穿)法,即加大(dà)電流将故障處燒穿使其絕緣電阻降低以達到可(kě)以使用(yòng)電橋法或低壓脈沖法測量的(de)目的(de)。燒穿方法對(duì)電纜主絕緣有不良影(yǐng)響,現已很少使用(yòng)。
1.2 高(gāo)壓直流閃測法和(hé)沖擊閃測法
分(fēn)别測試間歇故障及高(gāo)阻故障,兩者都均可(kě)分(fēn)爲電流閃測法和(hé)電壓閃測法,取樣參數不同,各有優缺點。電壓取樣法可(kě)測率高(gāo),波形清晰易判,盲區(qū)比電流法少一倍,但接線複雜(zá),分(fēn)壓過大(dà)時(shí)對(duì)人(rén)及儀器有危險。電流取樣法正好相反,接線簡單,但波形幹擾大(dà),不易判别盲區(qū)大(dà)。兩種方法目前是國産高(gāo)阻故障測試儀的(de)主流方法,主要有西安四方、山東科彙、武漢高(gāo)壓所等産品。高(gāo)壓電流、電壓閃測法基本上解決了(le)電纜高(gāo)阻故障問題,在我國電力部門應用(yòng)十分(fēn)廣泛,且應用(yòng)十分(fēn)豐富經驗,但儀器有盲區(qū),且波形有時(shí)不夠明(míng)顯,靠人(rén)爲判斷,有時(shí)未能成功,儀器的(de)精度及誤差相對(duì)較大(dà)。
1.3 二次脈沖法
這(zhè)是二十世紀90年代出現的(de)測試技術,因爲低壓脈沖準确易用(yòng),結合高(gāo)壓發生器發射沖擊閃絡技術,在故障點起弧的(de)瞬間通(tōng)過内部裝置觸發發射一低壓脈沖,此脈沖在故障點閃絡處(電弧的(de)電阻值很低)發生短路反射,并将波形記憶在儀器中,電弧熄滅後,重新發一正常的(de)低壓測量脈沖到電纜中,此低壓脈沖在故障處(高(gāo)阻)沒有擊穿産生通(tōng)路,直接到達電纜末端,并在電纜末端發生開路反射,将兩次低壓脈沖波形進行對(duì)比,非常容易判斷故障點(擊穿點)位置。儀器可(kě)自動匹配,自動判斷計算(suàn)出故障點距離。二次脈沖法的(de)出現,使得(de)電纜高(gāo)阻故障測試變得(de)十分(fēn)簡單,成爲最先進的(de)測試方法。
對(duì)于二次脈沖法,無論是奧地利的(de)Baur公司,還(hái)是德國Seba公司的(de)産品原理(lǐ)是一樣的(de),隻是在實現上有差異:前者強調起弧與觸發脈沖配合,由内部通(tōng)信裝置對(duì)沖擊電流進行阻尼,同時(shí)也(yě)增加了(le)沖擊電流的(de)沖擊寬度來(lái)實現;而後者則采用(yòng)專門穩弧儀,強調延長(cháng)電弧時(shí)間,保證低壓脈沖在起弧期間到達。這(zhè)種方法與國内生産高(gāo)壓電流或電壓法測試儀相比具有以下(xià)優點:
①一體化(huà)設計,結構緊湊(compact),隻要接入電源,接好地線,連接被測電纜即可(kě)進行各種測試方法的(de)操作,接線簡單,切換容易,安全可(kě)靠。
②自動化(huà)程度高(gāo),實現自動匹配、自動保護、自動判斷、自動計算(suàn),并可(kě)以進行打印或将圖形存入軟盤, 在計算(suàn)機進行數據分(fēn)析。③無盲區(qū)問題:考慮到儀器本身的(de)饋線以及外接的(de)高(gāo)壓電纜引線長(cháng)度,因此進行儀器調試時(shí),引入“tm”測試,首先測試每種方法中的(de)脈沖波經過儀器到達引線末端所經曆的(de)時(shí)間“tm”值,并輸入記憶的(de)系統中;測試電纜時(shí),儀器會自動将原點(起點)定在該方法的(de)“tm”時(shí)刻處,因“tm”爲定值與波速度選擇無關,無論波速度選多(duō)少,同一種方法中脈沖在儀器本身及引線所經曆的(de)時(shí)間“tm”是不變的(de);所測波形中tm時(shí)刻點即爲所測電纜的(de)始端,因此測量時(shí)沒有盲區(qū)的(de)概念。④精度高(gāo):采用(yòng)Baur公司IRG300回波儀采樣頻(pín)率已達200 MHz,以波速爲=160 m/μs計算(suàn),精确度可(kě)達0.4 m。由于這(zhè)套儀器的(de)自動化(huà)程度高(gāo)、精确,操作簡單,克服了(le)電流、電壓沖擊法的(de)不足,有效解決了(le)高(gāo)阻故障測試的(de)困難,隻要波速度選擇正确,測量結果非常準确。
2 電力電纜絕緣性能帶電檢測的(de)方法[2-4]
現在,國内外廣泛開展帶電檢測方法的(de)研究,提出了(le)多(duō)種方法。實際的(de)運行過程中發現,大(dà)部分(fēn)電力電纜故障是由電纜絕緣發生劣化(huà)引起的(de)。引起這(zhè)種電纜發生劣化(huà)的(de)原因較多(duō)(有電劣化(huà)、熱(rè)劣化(huà)、化(huà)學劣化(huà)、機械劣化(huà)甚至鼠蟲害引起的(de)劣化(huà)等),但最主要仍是電劣化(huà)。其主要劣化(huà)形态爲:①局部放電電劣化(huà);②電樹枝劣化(huà);③水(shuǐ)樹枝劣化(huà)。研究表明(míng)33 kV以下(xià)的(de)固體絕緣電纜中,引起絕緣劣化(huà)的(de)主要是水(shuǐ)樹枝劣化(huà)。但無論哪種劣化(huà)都可(kě)能造成絕緣電阻的(de)下(xià)降,洩漏電流的(de)增加及介質損耗tgδ變大(dà)等現象。使得(de)在工作電壓下(xià)交流損失電流變大(dà),使得(de)流過絕緣的(de)電流中所含的(de)直流分(fēn)量增大(dà)。因此,可(kě)以通(tōng)過對(duì)電纜絕緣的(de)在線監測來(lái)測定劣化(huà)信号,判定電纜絕緣是否能繼續運行。電纜絕緣的(de)劣化(huà)信号一般來(lái)說極其微小,如因樹枝狀劣化(huà)産生的(de)直流分(fēn)量電流爲nA級,最大(dà)的(de)也(yě)隻不過爲μA級。因此,國外在對(duì)高(gāo)分(fēn)子絕緣材料劣化(huà)的(de)基礎物(wù)理(lǐ)過程進行大(dà)量研究的(de)基礎上,針對(duì)劣化(huà)信号,研究并采取了(le)相應的(de)監測措施。電纜絕緣在線監測的(de)方法有很多(duō)種,如直流電流法,直流電壓叠加法,交流電壓叠加法,低頻(pín)交流叠加法等等。
2.1 直流電流法
電纜在交流電壓作用(yòng)下(xià),若發生水(shuǐ)樹枝劣化(huà),則電流中含有直流成分(fēn),且樹枝劣化(huà)長(cháng)度與直流分(fēn)量電流存在一定關系,故研究采用(yòng)直流電流分(fēn)量監測法。但由于直流分(fēn)量電流極小(一般爲nA級),因此容易受到雜(zá)散電流的(de)幹擾。且在電纜端部表面洩露電阻因脹污或因雨(yǔ)而下(xià)降時(shí),測量誤差很大(dà),故此必須要清拭端部且要在天氣晴好時(shí)測量,所以這(zhè)種方法的(de)使用(yòng)受到很大(dà)的(de)限制。
2.2 直流電壓叠加法
針對(duì)電纜中水(shuǐ)樹枝長(cháng)度與絕緣電阻的(de)關系,研究了(le)直流電壓叠加法。直流電壓叠加法因散雜(zá)電流的(de)變化(huà)或端部表面洩露電阻變低而産生較大(dà)的(de)測量誤差。且直流電壓是經中性點接地的(de)電壓互感器旋加于電纜的(de),若互感器中長(cháng)期流過直流電源會發生磁飽和(hé)現象而産生零序電壓,可(kě)能使變電所内繼電器誤動作。
2.3 低頻(pín)交流叠加法
針對(duì)電纜中水(shuǐ)樹枝長(cháng)度與絕緣電阻的(de)關系,研究了(le)低頻(pín)交流叠加法。低頻(pín)交流叠加法是一種較好的(de)方法,所監測的(de)交流損失電流在原理(lǐ)上随著(zhe)劣化(huà)的(de)發展而變大(dà)的(de)。但在使用(yòng)中應認真确認電纜端部的(de)工作狀态,例如爲調整端部電場(chǎng)分(fēn)布而裝有應力環時(shí),即使電纜絕緣良好,交流損失電流也(yě)較大(dà),那麽僅根據在線監測的(de)信号,就可(kě)能作出”絕緣不良”的(de)誤判斷。
2.4 交流電壓叠加法
交流電壓叠加法的(de)測量原理(lǐ)是:在電纜的(de)屏蔽層上叠加101 Hz(即2倍工頻(pín)+1Hz)的(de)交流電壓,監測樹枝劣化(huà)而産生1Hz的(de)劣化(huà)信号。由于樹枝劣化(huà)的(de)電纜上叠加工頻(pín)+約1 Hz電壓時(shí),被測的(de)劣化(huà)信号最大(dà),可(kě)采用(yòng)這(zhè)種方法檢測出1 Hz的(de)劣化(huà)信号的(de)強弱來(lái)判斷電纜劣化(huà)的(de)程度。這(zhè)種監測方法的(de)優點是:①可(kě)從電纜接地線處叠加電壓,測定簡單方便,不僅可(kě)作爲在線監測,也(yě)可(kě)作帶電監測,用(yòng)一套設備監測多(duō)條電纜;②因叠加電壓檢測的(de)是已知劣化(huà)信号,即1 Hz信号,故檢測精度高(gāo),抗幹擾能力強;③受铠裝絕緣電阻及端部污損等因素影(yǐng)響較小。
