电力电缆的试验与故障诊断

1、Page 2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、橡皮绝电力电缆按照绝缘类型可分为油浸纸绝缘电

2、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5000V5000V兆欧表。兆欧表。 像塑料绝缘电力

3、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。通过这两项测量可以判断绝缘是否已经受潮

4、。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Page 3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还应加屏蔽环，将

5、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(a)(b)摇表

6、LGE摇表LGE屏蔽环Page 4二、直流耐压、泄漏电流试验二、直流耐压、泄漏电流试验1 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

7、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

8、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，GB

9、50150GB501509191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15min15min。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。Page 5 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）Page 6 )25(0054.010tUU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

10、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1min1

11、min，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

12、，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

13、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。Page 7 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。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

14、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

15、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。Page 8 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

16、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，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

17、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

18、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。Page 9 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

19、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

20、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

21、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。Page 10 试品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

22、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-

23、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Page 11 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。

24、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Page 12 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

25、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12-8 12-8 自放电电压的下降曲线自放电电压的下降曲线Page 1

26、3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Page 14 一、直流分量法一、直流分量法由于交联聚乙烯电

27、缆中存在着树枝化（水树枝、电树枝）绝缘缺陷，它们在交流正、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

28、直流成分即可进行劣化诊断。用图弱的直流成分，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

29、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Page 15 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I

30、dcIdc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

31、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，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。Page 16 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)20030405060701

32、010101010-10123(35kV)(17kV)(10.35kV)Page 17 图图12-12 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

33、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，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)Page 18 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tan仪 器C P U警 报 接 点 R S 2 3 2 - CL C DR A M键 盘图图12-

34、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tantan 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。Page 19 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

35、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，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

36、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 10Page 20 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t

37、an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 0.1 0.5 1.0 5.0 10 交流长时间击穿电压（kV）Page 21 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

38、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，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

39、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(%)Page 22 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

40、，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Page 23 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Page 24 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

41、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

42、，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

43、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

44、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

45、、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

46、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。Page 25 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，

47、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，而外护套的绝缘电阻和内衬层的绝缘电阻规定当采用500V兆欧表测量时为0.5MPage 26 在进行直流耐压和泄漏电流试验，升压到试验电压时，同时读取在进行直流耐压和泄漏电流试验，升压到试验电压时，同时读取1min1min及及5min5min的泄漏电流值的泄漏电流值，耐压，耐压5min5min的泄漏电流值应不大于耐压的泄漏电流值应不大于耐压1min1min时的泄漏电流值，或者极化比应不小于时的泄漏电流值，或者极化比应不小于1

48、 1（极化（极化比定义为比定义为1min/5min1min/5min）。）。规程规程对直流泄漏电流值没有作明确规定，试验标准参照制造厂对直流泄漏电流值没有作明确规定，试验标准参照制造厂的相关标准。的相关标准。在直流泄漏电流试验过程中，出现以下现象则表明电缆绝缘已经出现明显缺陷：在直流泄漏电流试验过程中，出现以下现象则表明电缆绝缘已经出现明显缺陷：（1 1）泄漏电流随施加电压时间的延长不应明显上升。如发现随时间延长而明显）泄漏电流随施加电压时间的延长不应明显上升。如发现随时间延长而明显上升现象，则多数情况下电缆接头、终端头或电缆内部已受潮。上升现象，则多数情况下电缆接头、终端头或电缆内部已受潮。

49、（2 2）泄漏电流不应随试验电压升高而急剧上升。如果发现泄漏电流在升至某一）泄漏电流不应随试验电压升高而急剧上升。如果发现泄漏电流在升至某一电压后急剧上升，则说明电缆已明显老化或存在严重隐患，电压进一步升高，则很可能导电压后急剧上升，则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。致击穿。（3 3）在测量过程中，泄漏电流应稳定，如发现有周期性摆动，则说明电缆有局）在测量过程中，泄漏电流应稳定，如发现有周期性摆动，则说明电缆有局部孔隙性缺陷。部孔隙性缺陷。纸绝缘电力电缆还应比较各相泄漏电流数值的三相不平衡系数，通常均应不大于纸绝缘电力电缆还应比较各相泄漏电流数值的三相不平衡

50、系数，通常均应不大于2 2。当泄漏电流值各相均很小时（。当泄漏电流值各相均很小时（10kV10kV及以上电缆泄漏电流小于及以上电缆泄漏电流小于20A20A时，时，6kV6kV及以下电缆泄漏及以下电缆泄漏电流小于电流小于10A10A时），不平衡系数不作规定。时），不平衡系数不作规定。对交联聚乙烯电缆目前国外将用直流分量法测得的值分为大于对交联聚乙烯电缆目前国外将用直流分量法测得的值分为大于100nA100nA、1100nA1100nA、小于小于1nA1nA三档，分别表明绝缘不良、绝缘有问题需要注意、绝缘良好。三档，分别表明绝缘不良、绝缘有问题需要注意、绝缘良好。同时，国外在直流叠加法在线监测的研

51、究中已经积累了大量的数据，表同时，国外在直流叠加法在线监测的研究中已经积累了大量的数据，表12-512-5给出给出了日本目前通用的直流叠加法绝缘电阻的判断标准。了日本目前通用的直流叠加法绝缘电阻的判断标准。Page 27 表表12-5 12-5 日本直流叠加法测量绝缘电阻的判断标准日本直流叠加法测量绝缘电阻的判断标准用测电缆绝缘tan 方法时，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 的参考标准，如表12-6所示。表12-6 在线检测tan 的参考标准Page 28第三节第三节 电力电缆的故障诊断电力电缆的故障诊断一、电力电缆的故障诊断一、电力电缆的故障诊断电力电缆故

52、障可分为开路故障、低阻故障和高阻故障三种类型。电力电缆故障可分为开路故障、低阻故障和高阻故障三种类型。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，这类故障称开路故障。这种故障表现为终端无电终端，或虽然终端有电压但负载能力较差，这类故障称开路故障。这种故障表现为终端无电压或电压很低，在某点存在电阻，当该电阻为无穷大时就是断线故障。若电缆相间或相对地压或电压很低，在某点存在电阻，当该电阻为无穷大时就是断线故障。若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

53、故障称为低阻故障。相对于低阻故障，若电缆相的绝缘受损，其绝缘电阻减小到一定程度的故障称为低阻故障。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。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。泄漏性高阻故障是指随试验电压的升高而泄漏电流逐渐增大，且大大超过规定的泄漏值的故泄漏性高阻故障是指随试验电压的升高而泄漏电流逐渐增大，且大大超过规定的泄漏值的故障。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，泄漏电流突然增大障。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

54、大的故障。的故障。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：系统，并按下列步骤测量：1 1、用兆欧表测量每相对地绝缘电阻，如绝缘电阻指示为零，可用万用表或双臂电、用兆欧表测量每相对地绝缘电阻，如绝缘电阻指示为零，可用万用表或双臂电桥进行测量，以判断是高阻还是低阻接地；桥进行测量，以判断是高阻还是低阻接地；2 2、测量两相之间的绝缘电阻，以判断是否是相间故障；、测量两相之间的绝缘电阻，以判断是否是相间故障；3 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。、

55、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。二、电力电缆故障诊断的步骤与方法二、电力电缆故障诊断的步骤与方法Page 29 几十年来，人们在各自的生产实践中探索和总结出许多电缆故障测试方法。如经典法中的电几十年来，人们在各自的生产实践中探索和总结出许多电缆故障测试方法。如经典法中的电阻电桥法、电容电桥法、高压电桥法等。电阻电桥法只能测试单相接地或相间短路的绝缘电阻电桥法、电容电桥法、高压电桥法等。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；电容电桥法主要测试电缆的断线性故障；高压电桥法主要测试高阻故障阻较低的电缆故障；电容电桥法主要测试电缆的断线性故障；高压电

56、桥法主要测试高阻故障( (泄漏性故障和闪络性故障除外泄漏性故障和闪络性故障除外) )。可见电缆故障诊断技术中的经典法具有一定的局限性，不。可见电缆故障诊断技术中的经典法具有一定的局限性，不能满足各种不同类型电缆故障测试的要求。能满足各种不同类型电缆故障测试的要求。现代的脉冲反射测试技术包括低压脉冲法、直流高压闪络法和冲击高压闪络法，现代的脉冲反射测试技术包括低压脉冲法、直流高压闪络法和冲击高压闪络法，它们适用于各种不同类型的电缆故障测试：多年的生产实践已经充分证明了，现代的脉冲反它们适用于各种不同类型的电缆故障测试：多年的生产实践已经充分证明了，现代的脉冲反射测试技术的适用性和准确性，并已日趋

57、成熟与完善。射测试技术的适用性和准确性，并已日趋成熟与完善。 电力电缆故障的诊断，无论选用哪种测试方法，均需按照一定的程序和步骤进行电力电缆故障的诊断，无论选用哪种测试方法，均需按照一定的程序和步骤进行。下面就其步骤与方法进行简要叙述：。下面就其步骤与方法进行简要叙述：1 1、确定故障性质、确定故障性质当着手对某一故障电缆进行故障测试时，首先要进行的工作是：了解故障电缆的当着手对某一故障电缆进行故障测试时，首先要进行的工作是：了解故障电缆的有关情况以确定故障性质。掌握这一故障是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、有关情况以确定故障性质。掌握这一故障是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单

58、相、两相、还是三相故障；是高阻、低阻、还是泄漏性或闪络性故障。只有确定了故障性质，才两相、还是三相故障；是高阻、低阻、还是泄漏性或闪络性故障。只有确定了故障性质，才可以选择适当的测试方法对电缆故降进行具体的诊断。可以选择适当的测试方法对电缆故降进行具体的诊断。2 2、粗测距离、粗测距离当确定了故障电缆的故障性质以后，就可以根据故障性质，选择适当的测试方法当确定了故障电缆的故障性质以后，就可以根据故障性质，选择适当的测试方法测出故障点到测试端或末端的距离，这项工作称为粗测距离。测出故障点到测试端或末端的距离，这项工作称为粗测距离。粗测距离是电缆故障测试过程中最重要的粗测距离是电缆故障测试过程中最

59、重要的步。这项工作的优劣、决定着电缆故步。这项工作的优劣、决定着电缆故障测试整个过程的效率和准确性：因此、常常需要具有相当专业技术基础理论知识和丰富实障测试整个过程的效率和准确性：因此、常常需要具有相当专业技术基础理论知识和丰富实践经验的人员来进行操作。早期的电缆故障探测方法有电桥法、脉冲法、驻践经验的人员来进行操作。早期的电缆故障探测方法有电桥法、脉冲法、驻Page 30 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。故障探测仪，采

60、用的方法主要为低压脉冲法和高压闪络法。随着电力电缆生产质量的提高和新型绝缘材料的采用。使电线的故障电阻不断随着电力电缆生产质量的提高和新型绝缘材料的采用。使电线的故障电阻不断提高提高( (达到兆欧级）。据统计，凡预防性试验击穿的故障电阻，不少于达到兆欧级）。据统计，凡预防性试验击穿的故障电阻，不少于90%90%在兆欧数量级以在兆欧数量级以上；运行故障的上；运行故障的75%75%是高阻故障，其中是高阻故障，其中60%60%以上的故障电阻达到兆欧级。由此看来电缆故障以上的故障电阻达到兆欧级。由此看来电缆故障的绝大部分为高阻故障，那些只能测试低阻故障的经典测试方法显然适用性太差。当遇到的绝大部分为高