电气设备绝缘检测与诊断5.ppt

第五章电力电缆检测与诊断 第一节电力电缆绝缘结构特性第二节电力电缆预防性试验项目及技术第三节电力电缆在线检测技术 第七章电力电缆检测与诊断 电缆的特点 受气候影响小 安全可靠 隐蔽耐用 成本较高 电缆的用途 经常用作发电厂 变电所以及工矿企业的动力引入 或引出 线 当线路在过江 过近海 过铁路处 也常采用电力电缆 第一节电力电缆绝缘结构特性 一 组成 导电线芯 常用铜或铝 绝缘和护套 常用有机绝缘材料 如粘性油纸 橡胶 塑料 交联聚乙烯等 屏蔽层 常用半导电材料 在电缆中起到均匀电场的作用 铠装 是为了保护电缆的绝缘免受外力的损伤 常用钢带 钢丝 铅套 铝套等作电力电缆的铠装 1 按导电线芯的数量和形状分为 单芯电缆三相圆芯电缆三相扇形电缆四芯扇形电缆 二 分类 2 按绝缘材料分 油纸绝缘电缆 橡塑绝缘电缆 充油电缆 充气电缆等 绝缘层用塑料挤出的完整绝缘体 主绝缘 交联聚乙烯 外护层 PVC护套 无油 使用方便 介损小 结构 主绝缘层 半导体层 屏蔽层及护套 交联聚乙烯电缆 交联聚乙烯电缆 1 电气性能和耐热性能都很好2 传输容量较大3 结构轻便 易于弯曲4 附件接头简单 安装敷设方便5 不受高度落差的限制 特别是没有漏油和引起火灾的危险 三 故障原因制造 敷设良好的电缆 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 另外受运行中的电 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不同 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的作用下 绝缘层中水分 杂质等缺陷呈现树枝生长 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 用摄像机所记录的放电树 a 10分钟b 20分钟c 30分钟d 40分钟e 50分钟f 60分钟 放电树 刷状树枝 丛林状树枝 电介质中的树枝老化 第二节电力电缆预防性试验项目及技术 一 绝缘电阻测量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 1 绝缘电阻的标准值 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 额定电压大于6kV 绝缘电阻应不小于100M 额定电压在1 3Kv 绝缘电阻不应小于50M 对运行中的电缆试验时 应该对历次试验中的绝缘电阻变化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 一 绝缘电阻测量 1 兆欧表的选择 1000V以下电缆 用1000V兆欧表1000V及以上电缆 用2500V兆欧表 2 如采用手动兆欧表 则转速不得低于额定转速的80 且当兆欧表达到额定转速后才能接到被试设备上并记录时间 读取15s和60s的绝缘电阻 兆欧表停止摇动前 必须先断开兆欧表与电缆的连线 测试完毕后应进行短路放电 特别是进行重复测试时 更应进行充分放电 放电时间最少不小于2min 当电缆终端或套管表面脏污 潮湿对绝缘电阻影响较大 除擦拭干净外 还应加屏蔽环 将屏蔽环接到兆欧表的 屏蔽 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 二 直流耐压和泄漏电流试验1 直流耐压试验用直流进行耐压试验的根据 由于电力电缆具有很大的电容 现场采用大容量的试验电源不现实 所以改为直流耐压试验 以显著减小试验电源的容量 通常直流试验所带来的剩余破坏也比交流试验小的多 如交流试验因局部放电 极化等所引起的损耗比直流时大 由于电缆电容量较大 故不用加装滤波电容 对于35kV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位端 也可接在高电位端 由于直流试验没有交流试验真实 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 所以直流耐压试验时 要适当提高试验电压 延长外施电压的时间 直流电压作用下正常的电缆绝缘的耐电强度约400 600kV cm 比较流作用下约大一倍左右 所以直流耐压试验电压大致为交流时的两倍 试验时间一般选为5 10min 一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min内都能暴露出来 GB50150 91规定了最长的持续试验时间为15min 各种电力电缆的直流耐压和泄漏电流试验电压标准见下表 影响因素 1 电缆的直流击穿强度与电压极性有关有一定关系 试验时一般电缆芯接负极 当电缆芯接正极时 击穿电压比接负极时约高10 2 浸渍纸绝缘电缆的击穿电压与温度关系很大 在温度t 时的击穿电压U与在25 时的击穿电压U0有如下关系U U0 1 0 0054 t 25 即在25 以上 每升高1 击穿电压降低0 54 试验过程 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0 25 0 5 0 75 1 0倍试验电压下各停留1min 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 升压到试验电压时 同时读取1min及5min的泄漏电流值 耐压5min的泄漏电流值应不大于耐压1min时的泄漏电流值 或者极化比应不小于1 极化比定义为I1min I5min 进行完电缆直流耐压或泄漏电流试验后 应牢记先用100一200k 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 2 泄漏电流测量技术 1 绝缘良好的电缆泄漏电流一般只有几到几十微安 由于试验设备及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确 有时误差竟达到真实值的几倍到几十倍 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 应该严格屏蔽 现场中电缆两头相距很远 无法实现连接 图7 3所示测量方法不可行 2 两端同时测量法 现场采用 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 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 直流高压 3 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 以改善局部电场分布 减少电晕影响 可能情况 a 泄漏电流随施加电压时间的延长明显上升 可能电缆接头 终端头或电缆内部已受朝 b 泄漏电流随试验电压升高且升至某一电压后急剧上升 说明电缆已明显老化或存在严重隐患 电压进一步升高 则很可能导致击穿 c 在测量过程中 发现泄漏电流不稳定 有周期性摆动 则说明电缆有局部孔隙性缺陷 d 比较各相泄漏电流数值的三项不平衡系数 通常均应大于2 当泄漏电流各相值都很小时 10kV及以上电缆泄漏电流小于20 A时 6kV及以下电缆泄漏电流小于10 A时 平衡系数不作规定 三 关于交联聚乙烯电缆 XLPE 直流耐压试验讨论 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 XLPE在运行中 在主绝缘交联聚乙烯中逐步形成水树枝 电树枝 这种树枝老化的过程伴随着整流效应 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 3 由于XLPE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 因而更易击穿 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XLPE的直流耐压从常规性预防试验改为鉴定性试验 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 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其运行检测提供了新的方法 三 其他试验方法1 残余电压法 原理 如图7 5 测量时将开关K2打开 K3打到接地侧 开关K1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1kV来施加电压 约经过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tg 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 残余电压越高 2 反向吸收电流法原理 如图7 6所示 测量时先将开关K2闭合 K1打到电源侧 让电缆加上1kV直流电压10min 然后将K1打到接地侧让电缆放电 3min后打开K2 由电流表测量反向吸收电流 而 吸收电荷 Q在这里定义为从3min到33min 30min内电流对时间的积分值 如图7 9为运行中因老化而退下的6 6kVXLPE电缆的吸收电荷 绝缘电阻及tg 与该电缆交流击穿电压U的关系 可见 Q U的相关性比tg U的还要好 而绝缘电阻及与U的相关性最差 因此 当监测某电缆整体劣化时 以测量Q和tg 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 3 电位衰减法电位衰减法是在电缆充电后测量自放电的电压下降速度 其测量原理图图7 8 原理 试验时先对电缆绝缘充电 再打开开关K1让它自放电 由于静电电压表的绝缘电阻远高于电缆的 如电缆良好 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7 9所示曲线 几种测电缆绝缘老化较常见的方法比较 第三节电力电缆在线检测技术主要针对交联聚乙烯电缆发展了多种在线检测方法 一 直流分量法由于 整流效应 的作用 流过电缆接地线的交流电流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7 10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 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 因杂散电流及真实的由水树枝引起的电流 均经过直流分量测量装置 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 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 由于直流叠加法是在交流高压下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好 分散性相当大 绝缘电阻与许多因素有关 即使向一根电缆 也难以仅靠测量其绝缘电阻值来预测其寿命 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低压直流电源而仍用直流叠加法在线检测电缆绝缘性能 三 电缆绝缘tan 在线检测通常认为 发现集中性的缺陷采用直流分量法较好 因为tan 值往往反映的是普遍性的缺陷 个别的较集中的缺陷不会引起整根长电缆所测到的tan 值的显著变化 由图7 15可见 电缆绝缘中水树枝的增长会引起tan 值的增大 但分散性较大 同样 在线测出tan 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 其间的关系如图7 16的实例所示 同样具有一定的分散性 从在线检测tan 值可估计整体绝缘的状况 目前给出了在线监测tan 的参考标 如表7 6所示 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 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100一1000pC 表7 7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 图7 19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 五 电力电缆故障诊断与定位电力电缆故障类型 开路故障 若电缆相间或相对地的绝缘电阻值达到所要求的规范值 但工作电压不能传输到终端 或虽然终端有电压但负载能力较差 低阻故障 电缆相间或相对地的绝缘受损 其绝缘电阻减小到一定程度的故障 高阻故障 相对于低阻故障 若电缆相间或相对地的故障电阻较大 则称为高阻故障 它包括泄漏性高阻故障和闪络性高阻故障 在进行电缆故障探测时 先需要进行电缆故障性质判断 通常是将电缆脱离供电系统 并按下列步骤测量 1 用兆欧表测量每相对地绝缘电阻 如绝缘电阻指示为零进行测量 以判断是高阻还是低阻接地 2 测量两相之间的绝缘电阻 以判断是否是相间故障 3 将另一端三相短路 测量其线芯直流电阻 以判断是否有开路故障 1 电缆故障探测技术早期的电缆故障探测方法有电桥法 脉冲法 驻波法等 这些方法只能用于测量低阻故障 后来发展了一些专用的自动 半自动化的电缆故障探测仪 采用的方法主要为低压脉冲法和高压闪络法 低压脉冲法可测量电缆中出现的开路故障 相间或相对地低阻故障 高压闪络法可用于探测高阻故障 2 电缆故障