毕业论文《低压电缆绝缘状态检测方法及寿命评估.doc

湖州市技师学院（论 文）题 目： 低压电缆绝缘状态检测方法及寿命评估- 实际操作中低压电缆故障检测技术的研究 学习中心： 湖州市技师学院 层 次： 技师 专 业： 低压维修电工 年 级： 2011 年 秋季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 2011 年 8 月 7 日 l 摘 要 低压电缆绝缘状态检测方法及寿命评估是对电力系统故障进行快速准确处理的重要保证也是保证电力系统安全稳定运行的重要环节。随着人们生活水平的提高，电力电缆供电以其占地少、隐蔽性能好、对人身比较安全、运行简单、维护工作量少，可以使城市空间相对增大，有利于城市美观，但低压电力电缆故障一直是困扰供电部门正常供电的主要问题之一，而其中主要问题在于电缆埋于地下，使供电部门无法直接排查故障，给社会经济带来难以估量的停电损失，而且受城市建设及地面情况的制约，电力电缆故障的查找靠大面积开挖已不现实。 因此，如何利用技术先进、性能优良、操作方便的电力电缆故障检测设备迅速、准确定位，在最短的时间内的查找出故障点，能够提高供电可靠性，减少故障修复费用及停电损失尽快恢复供电，是目前电力运行部门迫切需要解决的问题之一。关键词：低压电缆；检测；故障l 目 录摘要 目录 引言 11 电缆在电力系统中的应用 2 1.1 XLPE 电缆在电力系统中的广泛应用性 22 电力电缆绝缘材料 3 2.1 绝缘材料容易发生的事故 3 2.2 低压电缆绝缘老化的现象、检测方法及预防老化注意事项3 2.3 低压电缆预防老化注意事项 43 低压电缆检测的方法 6 3.1 XLPE 交联聚乙烯电缆常见故障的原因 6 3.2 在现场工作中 XLPE 电缆故障发生的现象 6 3.3 XPLE 交联聚乙烯电缆故障绝缘检测及判断方法 74 在实际工作中低压电缆故障诊断排查 10 4.1 XLPE 电缆无损故障检测10 4.2 XLPE 电缆终端头和中间线盒的故障检查与维修 11 4.3 阻抗法的变频电力电缆故障方法115 结论 13参考文献14l 引言 随着电力事业的迅速发展，对供电可靠性和用电安全性的要求在进一步的提高，电力设备绝缘状况检测技术的发展日益得到重视，新的检测设备和新的检测技术不断在推出。电线电缆是最常用的电力设备，同时也是出现绝缘故障的概率最高的设备，据不完全统计，电气绝缘不良引起的事故中波及的设备有近一半与电线电缆有关在各类电气事故波及的设备中，与电线电缆有关的占了几乎50，其中大部分又是因为绝缘损坏所致。 电缆投入运行后都将受到电、机械、化学、以及热、光等因素的作用而发生老化影响其寿命，正是由于XLPE电缆的广泛使用，对绝缘老化的研究也较为引人注目。同时，随着输配电量不断增大，用电可靠性要求不断提高，我国城乡电网改造步伐的实施，使XLPE交联聚乙烯绝缘电缆在短时间内得到广泛应用，但是针对XLPE电缆的绝缘状态检测方法及寿命评估未能跟上电缆改造步伐，因此，研究XLPE电缆绝缘状态检测方法是迫不及待的，是保证电网安全运行的一个重要保障。 本文首先研究低压电缆的绝缘老化现象和传统检测方法，提出了低压电缆预防老化的注意事项；在深入研究XLPE交联聚乙烯电缆常见故障原因和现场工作中XLPE电缆故障发生现象的基础上，提出了测声法、电桥法、电容电流测定法和零电位法四种XPLE交联聚乙烯电缆故障绝缘检测及判断方法；通过对XLPE电缆无损故障检测的研究，提出了XLPE电缆终端头和中间线盒的故障检查与维修方法；最后，本文给出了在实际铺设和使用中，低压电缆应注意的事项。l 1 电缆在电力系统中的应用1.1 XLPE 电缆在电力系统中的广泛应用性 随着国民经济的发展，XLPE以其合理的工艺和结构，优良的电气性能和安全可靠的运行特点，在国民经济中占有相当比重，并广泛应用于经济体系运转中所使用的设施、装备器材中，特别是庞大的电力传输系统和信息传递系统，因此XLPE产品已达到了无处不在的状态。以产品规模举例，电力电缆年产已达25万公里左右（其中6-35kV的中压电缆达5万多公里，110kV及以上的高压电缆达200多公里），通用绝缘电线（塑料、橡皮）年产量超过1000万公里，铜芯电话电缆达8000万对公里，各种光缆约1000万芯公里，漆包线约30多万吨。这些说明了电线电缆产品的量大面广特性并在国民经济中占有相当大的比重。l 2 电力电缆绝缘材料2.1 绝缘材料容易发生的事故 绝缘材料又称电介质，其介电性能包括电阻（电导在数量上等于电阻的倒数）、泄漏电流、介电常数、抗电强度、介质损耗等，用来表明电介质在施加电压条件下所发生的性能变化和绝缘的质量情况，所有的绝缘材料在施加电压时都有一定泄漏电流流过。据公安消防部门统计，因电线、电缆本身故障造成整体大楼火灾事故的，其事故率占 50左右，其中大部分又是因为绝缘损坏所致。2.2 低压电缆绝缘老化的现象、检测方法及预防老化注意事项2.2.1 低压电缆绝缘老化的现象 绝缘材料在使用一定的年限以后，绝缘性能都会呈现一定程度的劣化，这被称为“绝缘老化”。绝缘材料的老化最具代表性的主要有：热老化、机械老化、电压老化等。 （1）热老化。它是指绝缘介质的化学结构在热量的作用下发生变化，使得绝缘性能下降的现象。热老化的本质是绝缘材料在热量的影响下发生了化学变化，所以热老化也被称为“化学老化”。 （2）机械老化。它是指固体绝缘系统在生产、安装、运行过程中受到各种机械应力的作用发生的老化。一般把这种现象称为“电机械击穿”。 （3）电老化。它是指在电场长期作用下，电力设备绝缘系统中发生的老化。在理论上，固体绝缘材料的绝缘击穿机理分为“电击穿”和“热击穿”。2.2.2 低压电缆检测方法 随着城网改造和农网改造的实施低压电缆的利用比重也会越来越高，因此研究电力电缆在线监测技术，可及时对电缆进行合理的维护、检修及更换，对保证电缆可靠运行具有重要的意义，现有电力电缆性能检测主要分不带电检测方法、带电检测方法。一般低压电压中的不带电检测方法主要分为电桥法及低压脉冲反射法、高压直流闪测法和冲击闪测法、二次脉冲法等方法。在 20 世纪 70 年代以前，广泛使用的电缆故障测试方法是电桥法，电桥法被当作电力电缆故障测距的主要方法，其工作原理是利用缆芯导体构成电桥的回路长度成正比的原理见图2.2。 电桥平衡时：R X2LXR 贝0：X2LRRR fn1l 图2.2 电桥法测试电缆故障的原理接线图 电桥法操作简单、精度高，而且装置成本低，但作为电缆的测距方法，它还存在以下不足： 1、在故障电阻很高的情况下，由于电桥里的电流很小，一般灵敏度的仪表很难探测到这么小的电流。低压电力电缆的电压绝缘水平不高，如果为提高电桥的灵敏而升高电压，有可能造成在定位时电缆的二次击穿，形成新的故障；而在故障点上施加高压，让适当的电流流过并烧穿故障点形成炭化物，使故障电阻下降的方法，由于其费时费力，效果又不太理想而渐被淘汰。因此，电桥法不适用于电缆高阻故障的测距。 2、当低压电缆发生三相短路、三相短路接地和断线故障时，从电桥法测试电缆故障的原理接线图可以看出，由于无法构成测量回路，电桥不能进行电缆的故障测距。为了克服电桥法的缺点，在电桥平衡原理的基础上提出了一种新的故障测距方法直流比值法，原理见下图所示。 图2.3 直流比值法测距原理图2.3 低压电缆预防老化注意事项 电缆老化故障的最直接原因?蔷到档投换鞔话憷此担脱故堑缋吕匣煞治饬鹕恕凳艹薄础汉稍诵幸约暗缋陆油饭收系鹊取脱沟缋略览匣庖韵率孪睿?、外力损伤 从近几年的低压电缆故障中，相当多的电缆故障都是由于机械损伤引起的。因此在铺设电缆时，应规范施工，避免出现机械损伤；特别是在直埋电缆上搞土l建施工，应加强对电缆的机械损伤。2、电缆绝缘受潮 电缆绝缘受潮主要是在制作时常见的故障，因此在电缆头制作或铺设电缆时，应该考虑到环境温度、通风情况。比如：电缆接头制作在潮湿的气候条件下做接头，会使接头进水或混入水蒸气，时间久在电场作用下形成水树枝，逐渐损害电缆的绝缘强度而造成故障。3、电缆化学腐蚀 电缆直接埋在有酸碱作用的地区，往往会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀，致使保护层失效、绝缘降低，也会导致电缆故障。通常，在已发现电缆腐蚀的地点或在地下有电缆线路的地面堆有化学物品并有渗、漏现象时，可掘开泥土检查电缆并对泥土作化学分析，确定其损害程度，采取相应的补救和保护措施。4、电缆超负荷运行 由于电流的热效应，负载电流通过电缆时必然导致导体发热，同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产乍附加热量，从而使电缆温度升高。长期超负荷运行时，过高的温度会加速绝缘的老化，以至绝缘被击穿。5、电缆接头故障 电缆接头是电缆线路中最薄弱的环节，由人员直接过失引发的电缆接头故障时常发生。在电缆线路中，60以上的事故是电缆接头故障引起的。l 3 低压电缆检测的方法3.1 XLPE 交联聚乙烯电缆常见故障的原因 交联聚乙烯XLPE电缆自问世以来，由于其性能优良、工艺简单、安装方便等优点被广泛应用，电缆故障的原因大致可分为以下几类：1、机械损伤 机械损伤引起电缆故障在电缆事故中占很大比例，产生机械损伤的主要原因有：安装时损伤、直接受外力损坏、行驶车辆的震动或冲击负荷造成地下电缆的铅包裂损、因自然现象造成的损坏，如中间接头或终端内绝缘涨裂外壳或因土地沉降引起过大拉力拉断中间接头或导体。2、绝缘受潮 电缆接头盒结构不密封或制造、安装不良或外力刺伤、腐蚀穿孔等原因，导致绝缘受潮后会引起故障。3、绝缘老化变质 电缆绝缘介质气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降。电缆过负荷是电缆过热很重要的因素，当绝缘介质电离时，气隙中的水分使绝缘纤维产生 氧、硝酸等化学生成物，腐蚀绝缘层；绝缘层中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘性下降。过热会引起绝缘层老化变质。安装于电缆密集地区、通风不良、穿在干燥管中的电缆以及电缆与热力管道接近等都会因本身过热而绝缘层加速损坏。4、过电压 大气与内部过电压作用，使电缆绝缘层击穿，形成故障。5、设计和制作工艺不良 设计不周密，材料选用不当，工艺、制作不良等，会造成电缆头故障。3.2 在现场工作中 XLPE 电缆故障发生的现象 电力电缆发生故障以后，必须首先确定故障的性质，然后才能确定用什么方法去进行故障的粗测，否则，胸中无数，盲目进行测寻，不但测不出故障点，而且会拖延探测故障的时间，甚至因粗测方法不当而损坏测试仪器。例如：运行中的电缆发生故障时，若只是给了接地信号，则有可能是单相接地故障。继电保护过流继电器动作，出现跳闸现象，则此时可能发生了电缆两相或三相短路或接地故障，或者是发生了短路与接地混合故障。发生这些故障时，短路或接地电流烧断电缆将形成断线故障，但通过上述判断不能完全将故障的性质确定下来，还必l须测量绝缘电阻和进行“导通试验测”。 以XLPE绝缘为代表的聚合物绝缘电力电缆具有绝缘性能好、传输容量大、附件接头简单、结构轻便、不受高度落差限制等优点，但这种电缆在制造和施工过程中不可避免会产生一些微观缺陷，水分就会在电场的作用下聚集在微观缺陷处，形成多分叉水树区，最终将诱发电缆绝缘本体的击穿。据不完全统计，10kV XLPE电缆因绝缘老化而引起的主绝缘故障已占非外力破坏故障的50，严重威胁着电网的安全运行。更新这些老化电缆所产生的工程量和巨额费用都是企业难以承受的，并且繁华地段难以破路施工也是一个十分棘手的问题。3.3 XPLE 交联聚乙烯电缆故障绝缘检测及判断方法 交联聚乙烯属于固体绝缘，它是由聚乙烯PE加入交联剂挤出成形后，经过化学或物理方法交联成交联聚乙烯。在交流电压下聚乙烯电缆绝缘层内的电场分布是由介质常数决定的，即电场强度是按介电常数成反比分配的。一般可通过测声法、电桥法、电容电流测定法、零电位法等方法进行绝缘判断。3.3.1 测声法 所谓测声法就是根据故障电缆放电的声音进行查找，该方法对于高压电缆芯线对绝缘层闪络放电较为有效。电路接线如图3.1所示，其中SYB为高压试验变压器，C为高压电容器，ZL为高压整流硅堆，R为限流电阻，Q为放电球间隙，L为电缆芯线。 图 3.1 测声法电路接线图 当电容器 C 充电到一定电压值时，球间隙对电缆故障芯线放电，在故障处电缆芯线对绝缘层放电产生“滋、滋”的火花放电声，对于明敷设电缆凭听觉可直接查找，若为地埋电缆，则首先要确定并标明电缆走向，再在杂噪声音最小的时候，借助耳聋助听器或医用听诊器等音频放大设备进行查找。查找时，将拾音器l贴近地面，沿电缆走向慢慢移动，当听到“滋、滋 ”放电声最大时，该处即为故障点。使用该方法一定要注意安全，在试验设备端和电缆末端应设专人监视。3.3.2 电桥法 电桥法就是用双臂电桥测出电缆芯线的直流电阻值，再准确测量电缆实际长度，按照电缆长度与电阻的正比例关系，计算出故障点。该方法对于电缆芯线间直接短路或短路点接触电阻小于 1的故障，判断误差一般不大于 3m，对于故障点接触电阻大于 1的故障，可采用加高电压烧穿的方法使电阻降至 1以下，再按此方法测量。 图 3.2 电桥法电路接线图 测量电路如图所示，首先测出芯线 a 与 b 之间的电阻 R1，则 R12RxR，其中Rx 为 a 相或 b 相至故障点的一相电阻值，R 为短接点的接触电阻。再就电缆的另一端测出 a与 b芯线间的直流电阻值 R2，则 R22RL-XR式中 RL-X为 a相或 b相芯线至故障点的一相电阻值，测完 R1 与 R2 后，再按图 3 所示电路将 b与 c短接，测出 b、c 两相芯线间的直流电阻值，则该阻值的 1/2 为每相芯线的电阻值，用 RL表示，RLRxRL-X，由此可得出故障点的接触电阻值：RR1R2-2RL，因此，故障点两侧芯线的电阻值可用下式表示：RxR1-R/2，RL-XR2-R/2。Rx、RL-X、RL 三个数值确定后，按比例公式即可求出故障点距电缆端头的距离 X 或L-X：XRX/RLL，L-XRL-X/RLL，式中 L 为电缆的总长度。3.3.3 电容电流测定法 电缆在运行中，芯线之间、芯线对地都存在电容，该电容是均匀分布的，电容量与电缆长度呈线性比例关系，电容电流测定法就是根据这一原理进行测定的，l对于电缆芯线断线故障的测定非常准确（测量过程中，只要保证电压不变，电流表读数准确，电缆总长度测量精确，其测定误差比较小）。3.3.4 零电位法 零电位法也就是电位比较法，它适应于长度较短的电缆芯线对地故障，应用此方法测量简便精确，不需要精密仪器和复杂计算。l 4 在实际工作中低压电缆故障诊断排查4.1 XLPE 电缆无损故障检测 随着我国经济建设的飞速发展，对于供、输电系统的安全性能提出了更高的要求，电缆在地下一旦发生故障，将严重影响人们的生活以及正常的生产秩序。如何迅速、准确、及时地测出电缆故障成为当今供电部门的一大难题。在现有的施工工程中，对XLPE无损故障检测主要是通过用电缆故障测试仪对各类故障进行排除。1、低压脉冲法 低压脉冲法用于电缆的低阻开路全长或短路故障，将脉冲信号自测试端送入被测试电缆，该脉冲沿电缆传播遇到阻抗不匹配点故障点或中间接头时，由于阻抗失配形成反射。根据脉冲入射到返回所经过的时间t和电波在电缆中传播速度v，可以计算出传播路径的长度，进而得到测试点到故障点的距离s，具体计算公式为S1/2TV，波形测试原理见图4.1。 图4.1低压脉冲测试波形图2、闪络法直闪或冲闪法 电缆的高阻故障由于故障点的电阻较大大于10倍的电缆波阻抗，低压脉冲在故障点有明显的反射。而只能由高压设备信号冲闪时发出脉冲高压使故障点产生闪络性放电，从而发生电压突跳。这个突跳电压在故障点和测试端之间来回反射，根据每一次往返所经历的时间和电波传播速度，同样用上面的公式计算出故障点的距离。 图 4.2 高压闪络测试法线路原理图l4.2 XLPE 电缆终端头和中间线盒的故障检查与维修 在交流1KV以下的低压配电线路中用于输送电力的电缆，称为低压电力电缆。把低压电力从变配电所输送到用户，就必须要用输电电缆与两端的设备安全、可靠、合理地连接起来。4.2.1 中间接线盒和终端头的检查与维修 低压电缆中间接线盒和终端头做好后，不能马上投入使用，要进行检查与维修。接线盒和终端头的常见故障主要有机械损伤、绝缘不良及材料老化等。 1 机械损伤：根据安全操作规程对制作方法进行修复或重作电缆头接头。 2 绝缘不良：重点检查结构密封情况及安装环境，对于低压电缆来说，检查干封头的绝缘及密封胶带是否松脱，检查硬塑料接线盒不注胶情况下的密封，并根据操作规程修复。 3 材料受潮及老化 材料受潮，检查后排潮，重新密封。为保证电缆线路的正常运行，要经常、定期地对低压电缆接线盒和终端头进行检查。 主要检查如下：检查终端头是否清洁、绝缘是否完整、有无发热或烧毁现象，检查电缆引线或芯线对地距离是否符合规定；检查接地线是否松开、脱落检查中间接线盒是否有变形、过热现象，严重者更换中低压电缆终端头和中间接线盒是电力输送设备不可或缺的部分，尤其是两者的制作的质量。因此维修工作是必不可少的，在以后的使用期间检查和维修低压电缆终端头是保证设备供电，防止安全隐患产生，节省经济投入不可或缺的重要环节。4.3 阻抗法的变频电力电缆故障方法 阻抗是描述电缆技术规格的重要参数之一，它为信号的正