电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究

题目：电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究概括随着电网的发展壮大，电缆在电力系统中的应用越来越广泛。然而，一旦电缆故障难发现，延迟恢复供电，为保证电缆运行安全和故障快速诊断修复，电力对电缆进行故障诊断和监测具有重要意义。本专题讨论电缆线路故障的原因和特点、电缆线路故障的分类、电缆线路故障的分类。故障判断的一般步骤和方法，电力电缆故障的离线检测；电力电缆等电力在线测距进展电缆离线故障定位技术已基本成熟，但电力电缆在线故障定位技术尚不成熟。这节课通过对电力电缆故障定位的常用方法和新型故障定位技术的系统分析比较，实现了电力电缆在线故障定位。关键词：电力电缆；绝缘;故障检测；在线检测目录1简介........................................................................11.1项目背景和目的..........................................……………11.2本文研究内容..........................………………22电力电缆绝缘结构及其故障.............................................................32.1电力电缆的绝缘结构...............................................................32.2电力电缆线路故障的原因............................…………32.2.1机械损坏..............................…32.2.2绝缘水分..............................................................42.2.3绝缘老化...............................................................42.2.4过压...................................................……42.2.5过热.........................................................52.2.6产品质量缺陷..........................………………52.2.7糟糕的设计.....................................……………52.3.电力电缆故障的类型和分类..................................52.3.1接地故障.....................62.3.2短路故障............................................62.3.3断线故障..........................……62.3.4闪络故障.............................................................62.3.5混合故障...............................................................63电力电缆绝缘预防试验...............................................................63.1绝缘电阻测量................................................................73.2直流耐压测试...................................………………73.3漏电流测试..........................................................83.4其他测试方法.................................................................83.4.1剩余电压法..................................................................……83.4.2反向灌电流法...................................................………………9电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究4电力电缆绝缘老化...................................................104.1电缆绝缘老化的原因....................................................104.1.1电气老化...............................................................104.1.2热老化................................................104.1.3机械老化...........................................114.1.4环境老化...............................................................114.2绝缘老化的主要表现----树枝状...................................................114.2.1电气分支.........................………114.2.2水支.....................................................125电力电缆故障在线检测方法.........................................135.1直流分量法......................................................135.2直流叠加法...............................................................145.3交流叠加法.............................................145.4差频法.................................................156电力电缆故障定位及定点法.........................................................................176.1确定故障的性质......................................................176.2粗略距离测量...............................................176.2.1经典方法（桥接法）.......................................176.2.2现代方法（脉冲反射法）..................................................196.2.3低压脉冲反射法...............................................196.2.4脉冲电压法..........................……206.2.5脉冲电流法..........................……206.2.6二次脉冲法.......................二十一6.3检测路径或识别电缆........................................二十二6.4精确测量点.................................................................二十二6.4.1声学测点法.................................................................二十二6.4.2收听方法................................................................236.4.3归纳法...........................................24电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究6.5裸电缆故障的特殊定位方法..................................................256.5.1局部过热方法...............................................................266.5.2.偏心磁场法................................................................266.5.3.阶跃电压法........................................................266.6电力电缆外护套绝缘故障的排除..................................................................276.6.1测距.....................................................................................276.6.2定点.........................................................................286.7低压电力电缆故障检测...........................................................296.8超高压电力电缆故障检测.......................................................297电力电缆故障模拟...................................................………………327.1电力系统仿真软件介绍...........................................................327.2电缆故障检测波形算法仿真..........................................337.2.1短路故障模拟...............................................................337.2.2开路故障模拟......................................347.2.3第一段及其附近故障点的模拟......................................................367.3电缆故障波形模拟...............................................................377.3.1短路故障叠加波形仿真....................................................................377.3.2开路故障叠加波形仿真...................................................................388结论......................................................................39参考文献................................................................40电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究1介绍1.1项目背景和目的随着社会经济的发展和现代化建设的加快，与人民生活息息相关的工农业用电量日益增加。随着增加，对电力的需求越来越大，电网的安全运行也越来越高。作为连接到各种电气燃气设备用电力电缆、电能传输和分配等已逐渐取代架空线路的地位。电力电缆是电力系统中用于传输和分配电能的电缆。电力电缆是优质外包的导体具有各种保护层的绝缘材料和电缆。其主要作用与架空线相同，在电力系统中传输和大容量电能的分配。与架空线不同的是，电力电缆可在各种环境下敷设，安全隐蔽，不受外界气候变化的干扰；维护少，经久耐用（一般40年以上）。但电力电缆结构较复杂，制造工艺多，产品价格比空线高几十倍；因此，一般不适用于使用架空线路的场合，如城市中暑配电线路和工矿企业的电力引入和工厂的供电。在主电源线上；穿越河流和铁路战场，穿越地下隧道等。其实，电力线就是架空导体。它由电线和电力电缆组成。架空导线专注于发电的输变电部分，而电力电缆它侧重于配电和功耗。因此，中低压电力电缆的产量占到98%以上。电力电缆常被用作发电厂、变电站和工矿企业的电力引入（或引出）线。穿越河流、海上和铁路时也经常使用电力电缆。与架空线相比，电力电缆具有受气候影响小，安全可靠，隐蔽耐用，但成本高。1957年，美国GE率先研制交联聚乙烯（XLPE）电力电缆，并于1959年和1960年日本住友商事和日本昭和公司也相继利用美国专利开发了这种电缆。然后是北欧瑞典等。中国、法国和意大利也相继开发了这种技术的交联聚乙烯电缆。1980年代后期，电动电缆厂采用2+2悬链工艺制造了我国第一条100KV交联电缆。1990年代初，电缆厂开始使用垂直交联土技术生产110KV交联电缆，电缆（集团）有限公司试制成功110KV继交联电缆之后，1996年首次采用立式全干法工艺生产的220KV交联电缆通过了两次鉴定，填补了国内空白。全国为空白，已有11余条生产线先后取得熔炼、交联电缆的生产条件。其实高压交联电缆的应用也领先于电缆的制造。可以说，高压交联电缆的大量使用推动了制造业的发展。行业的技术进步，制造技术和工艺装备的发展不断满足电力行业的需求。目前，该国110KV、220KV高压交联电缆的制造技术已基本接近当代世界先进水平。进一步添加加强企业管理，稳定产品质量，合理选择电缆种类和参数，提高全线相关技术水平。第1页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究在技术水平前提下，高压交联电缆线路的安全性、可靠性和经济性将不断提高。交联聚乙烯电缆以其良好的性能成为各种电压等级的主要电缆产品。目前，交联聚乙烯电缆已被广泛使用应用于中高压配电线路，随着城网改造的深入发展，呈现出快速增长的趋势。随着电缆数量的增加和运行时间的延长，电缆故障也越来越频繁。根据国家电网2003年的运行经验表明，随着电网改造进入一定阶段，电缆已经运行了一定年限，所以故障率有逐年上升的趋势。2002年电缆故障跳闸率为2.90次/100公里障碍跳闸率为3.21次/100公里年。当电缆发生故障时，它比架空线更难找到，因为它被埋在地下。如果故障定位不准确，电缆路径不清晰，耽误了很多时间，造成不可估量的损失。2005年某供电局军区电缆故障，导致连续两次停电，产生了一定的政治影响。诊断电缆绝缘老化的传统方法有绝缘电阻试验、直流耐压漏电流试验、介损试验等。耗尽正切试验、局部放电试验、耐压试验、直流放电试验、剩余电荷等方法。超越传统方法，统称为离线检测方法，具有需要在断电状态下进行测试的共同缺点。随着社会对电力的重视电气设备需求的增加和规模的扩大，特别是现代大型计算机的发展，要求尽可能少停电次数，甚至停电次数。这就需要供电部门预先准备好电缆在运行状态下的绝缘状态。确保电缆可靠运行，避免突然断电。显然，这种绝缘老化在运行状态检测（称为在线检测）具有很大的优势，它不仅可以保证供电的连续性，而且由于它检测到的实验数据是设备运行状态下的信息，比较合理。所以，注定了电力电缆及其他各种电气设备（包括变压器、电机等）的在线检测是绝缘老化的未来诊断。中断技术的发展方向。1.2本文研究内容本课题在熟悉电力电缆绝缘常规测试和测试方法的基础上，了解水树和水树枝的概念。放电现象及其放电机理，根据故障类型提出相应的在线监测方法，提出电缆故障定位方法。法，如下：1）分析电缆故障的原因、性质和分类；⑵电缆故障例行试验能力及原理、电力电缆测距方法；(3)电缆故障测试中的误差分析；⑷提出一种有效的电缆绝缘在线检测诊断方法；⑸设计电力电缆在线检测系统，模拟故障检测波形分析算法。第2页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究2电力电缆绝缘结构及其失效2.1电力电缆绝缘结构通常电力电缆由导电芯、绝缘、护套、屏蔽层、铠装等部分组成，如图1所示，电力电缆的导电芯线通常为铜或铝；电缆的绝缘和护套通常由有机绝缘材料制成，例如粘性油纸，橡胶、塑料、交联聚乙烯等，用于较高电压的电缆，可采用充油或充气绝缘；电缆的屏蔽层通常由半导体材料制成，在电缆中起到均匀电场的作用；电缆的铠装是为了保护电场。保护电缆的绝缘不受外力破坏，常用钢带、钢丝铅护套、铝护套等作为电力电缆的铠装。1线；2线屏蔽；3-交联乙烯基绝缘材料；4-绝缘屏蔽层；5-保护胶带；6-铜线屏蔽；7-螺旋铜带；8-塑料胶带；9-中心填充；10-填料；11-护套；12平钢带铠装；13钢带；14外护套图2.1电力电缆结构示意图如今，油纸绝缘电缆逐渐退出运行，橡塑绝缘电缆的使用量逐年增加，尤其是交联电缆。聚乙烯电缆，因其良好的电气性能和耐热性，传输能力大，结构轻，易于弯曲，附件接头简单，安装敷设方便，不受高差限制，尤其无漏油火灾危险。风险，因此受到用户的广泛欢迎。2.2电力电缆线路故障原因2.2.1机械损伤机械损伤故障比较常见，占故障率最大，约为57%，其故障形式比较容易识别第3页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究不，它们中的大多数会导致停电。(1)安装时损坏：安装时不慎撞到电缆，机械牵引力过大拉扯电缆，或电缆因过度弯曲而损坏；(2)外力直接损坏：安装后在电缆路径上或电缆附近进行城市建设，使电缆受到外力损坏。引导外力；（3）行驶车辆的振动或冲击载荷会导致地下电缆的铅（铝）包层开裂；（4）自然现象造成的损坏：如中间接头或端子头的绝缘胶膨胀，外壳或电器爆裂等。由于电缆的自然行程，电缆护套被安装在管嘴或支架上的电缆护套划伤；过大的拉力会破坏中间连接器或导体。2.2.2绝缘防潮(1)电缆中间头或终端头密封工艺不良或密封无效；(2)电缆制造不良，电缆外护套有孔洞或裂纹；(3)电缆护套被异物刺穿或腐蚀穿孔。2.2.3绝缘老化电缆绝缘层长时间在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，导致其绝缘性强绝缘程度降低或介电损耗增加，最终导致绝缘击穿为绝缘老化。运行时间极长（30至40年或更长时间）以上）称为正常老化，而较短的年份称为绝缘过早老化。主要原因是：(1)电缆选用不当，电缆长期在过电压下工作。(2)电缆线周围靠近热源，使电缆部分或整个电缆线较长因受热而过早老化。(3)电缆在与电缆绝缘层发生不良化学反应和过早老化的环境中工作。2.2.4过电压电力电缆因雷击或其他冲击过电压而损坏的情况并不少见。一般情况一般情况下，3～4倍的大气过电压或工作过电压对绝缘良好的电缆不会有太大影响。从现在开始现场事故分析表明，这些击穿点往往存在一些严重的缺陷，而雷击只是早期的激发。有了它，它的主要缺陷是：(1)绝缘层有气泡、杂质或绝缘油干燥。(2)电缆屏蔽层有打结或遗漏。(3)电缆绝缘层严重老化。第4页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究2.2.5过热电缆过热的因素有很多。近几年的统计主要有以下几个原因：(1)电缆长期超载。(2)相邻电缆故障引起火灾或烧伤。(3)靠近其他热源，长时间接受热辐射。过载是电缆过热的一个重要原因。电缆过载（当电缆载流量超过允许值或运行异常时模式）运行时，如果不按照规定的电缆发热情况和整条线路条件考虑，电缆会过热。橡木塑料绝缘电缆长时间过热后，绝缘材料会发生硬化、变色、失去弹性、开裂等物理变化。油纸电缆长时间过热后，绝缘层变干，绝缘层结焦，甚至一碰就断。2.2.6产品质量缺陷电缆和电缆附件是电缆线路中不可缺少的两种重要材料。他们的质量环绕电缆线的安全线。它包括三个方面，（1）电缆制造问题，铅（铝）护套留下的缺陷：绝缘包覆过程中，表面出现褶皱皱纹、裂纹、断裂和重叠间隙等缺陷；(2)电缆附件制造缺陷，如铸铁件起泡、瓷件机械强度不足等零件不符合规格或组装时未密封等；(3)绝缘材料维护管理不善，导致电缆绝缘受潮、脏污、老化。2.2.7糟糕的设计随着今天电力电缆的发展，其结构和类型已基本稳定，但各种电气电缆配件在不断改进。因此，您在选择时应谨慎。属于糟糕设计的重要缺点是：(1)防水不严密；(2)选材不当；（3）工艺水平不合理；(4)机械强度不足。2.3.电力电缆故障的种类和分类电力电缆故障按状态可分为接地故障、短路故障、断路故障和混合故障；故障类型可分为：单相故障、二相故障和三相故障等；根据断层性质，主要有低阻断层。故障和高电阻故障。低阻故障是指故障点处的绝缘电阻下降到电缆（即电缆本身）的特性阻抗。第5页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究体的直流电阻值），即使是零直流电阻的故障。也称为短路故障。高阻故障，指故障直流电阻大于电缆特性阻抗的点。高阻漏电故障是指电缆的高压绝缘试验。试验过程中，当试验电压升至额定值（有时与额定值相差甚远）时，漏电流超过允许值。阻塞失败。电缆故障按故障的直接原因可分为两类：一类是测试击穿故障；另一种是测试击穿故障；对于运行过程中发生的故障。根据故障的性质，可分为以下五种。2.3.1接地故障电缆的一根或多根线芯接地故障。其中可分为低电阻接地或高电阻接地。由于使用的电桥和检测器流量计的灵敏度不同，低阻和高阻的划分往往不同。一般接地电阻在20～100以下一个是低阻故障，上面一个是高阻故障。原则上接地电阻低，可直接用低压电桥测量该故障称为低电阻故障。需要烧穿或用高压电桥测量的故障称为高阻故障。2.3.2短路故障电缆两芯或三芯短路，或两芯或三芯短路接地。也可分为低阻短路或高阻短路道路故障。划分原则与接地故障相同。2.3.3断线故障电缆的一根或几根线芯被故障电流烧断或被外力拉扯，导致完全或不完全断开。屏障点对地的电阻也可分为高阻或低阻故障。一般1M为分界线，小于1M为分界线。低电阻。可以更准确地测量电缆的电容，通过电容的大小来判断故障点，可以称为高阻塞线路故障。2.3.4闪络故障这些故障大多发生在预防性试验中，多发生在电缆接头和端子处。测试当绝缘击穿被击穿时，形成间隙放电。当外加电压达到一定值时，就会发生击穿。当电压下降在一定值时，绝缘恢复而不会击穿。有时在特殊情况下，绝缘击穿后会恢复正常。这是如果提高测试电压，则不会发生击穿。这种故障称为闭合故障。以上两种现象都属于闪络故障。障碍。2.3.5混合故障同时具有上述两种或两种以上性质的故障称为混合故障。第6页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究3电力电缆绝缘预防试验3.1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，以便与耐压试验中的爆炸一致。暴露绝缘缺陷。橡套绝缘电力电缆的主要绝缘电阻值以各生产厂家的规定为准，而外护套的绝缘电阻和500V兆欧表时，衬里绝缘电阻规定为0.5M。当绝缘电阻很低时，应使用万用表。用正反接线分别测量屏蔽层对铠装层和铠装层对地的直流电阻，检查是否受潮。当电电缆埋入地下后，测量钢铠对地的绝缘电阻，检查外护套是否损坏；屏蔽层与钢铠之间的绝缘电阻也可以检查护套是否损坏。从这两个测量中，可以确定绝缘是否受潮。电缆敷设在电缆沟或隧道支架上时，外护套的破损点不在支点处如果不浸入水中或放置在特别潮湿的环境中，对外护套的损坏很难测量绝缘电阻发现此时测量铜屏蔽层对钢铠的绝缘电阻更为重要。错误分析：电缆终端或套管表面脏污潮湿，对绝缘电阻影响很大。除了擦干净另外还要加一个屏蔽环，屏蔽环要接到兆欧表的“屏蔽”端。当电缆为三芯电缆时，可使用非测量相作为两端屏蔽环之间的连接。当被测电缆较长时，充电电流很大，所以兆欧表开头指示的数值很小，不代表绝缘性差，必须长时间遥测才能得到正确的接点水果。3.2直流耐压试验交流电力电缆之所以采用直流进行耐压试验，主要是因为电力电缆的电容量大。现场使用大容量的测试电源是不现实的，从而显着降低测试电源的容量。直流耐压试验一一般采用半波整流电路。由于电缆的电容较大，无需安装滤波电容。通常直流测试残余损伤也远小于交流测试。一般电缆缺陷都在直流耐压试验的5min持续时间内。可以暴露。误差分析：直流测试不如交流测试真实严格，交流测试中串联介质的场强分布与交流测试不同它的介电常数与其电导率成反比，但在施加直流电时，它与电导率成反比。因此，在直流耐压测试中，必须第7页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究适当提高试验电压，二是延长施加电压的时间。3.3漏电流测试绝缘良好的电缆的漏电流很小，一般只有几到几十微安。在实际测量中，微连接到高电位端的电流表接线应严格屏蔽微电流表、导线和电缆两端的测量。现场采用两端同时测量的方法，即在非高压电源中加入测量微安表，同时记录两端漏电情况。当前值。此时，在高压电源端测得的漏电流包括电缆绝缘层的漏电流和表面漏电流，在另一端测量杂散电流，同时测量表面漏电流和杂散电流，从而使电缆的漏电流为两者之差。误差分析：由于测试设备和高压引线等杂散电流的影响，微安表接低点端测量时当测量结果往往不准确时，有时误差会达到实际值的几倍到几十倍。3.4其他测试方法3.4.1剩余电压法剩余电压法的测量原理如图3.4.1所示。测量时，打开开关K2，开关K3到接地侧，开关K1打开测试电源，使被测电缆带上直流电压。一般可以根据每毫米绝缘厚度的电压来计算电压。施加1kV。充电约10min后，将K1和K2依次击中接地侧，约10s后击中。接通K1、K2，接通测试电源K3，测量电缆绝缘上的残余电压，测量交联聚乙烯电缆剩余电压与其tan值有很好的相关性。研究表明，XLPE电缆在不同阶段有不同的老化过程。残压明显不同，电缆劣化越严重，残压越高。此测试方法受外部感应、噪声影响干扰的影响很小。存在的问题是测量时间长，沿表面和终端充电的影响大。图3.4.1剩余电压法测量示意图第8页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究3.4.2反向灌电流法反向吸收电流法的测试原理如图3.4.2所示。测量时先闭合开关K2，再将开关K1通电电源侧，让电缆加1kV直流电压10分钟，然后将K1打到地侧，使电缆放电；3分钟后开启K2并用电流表测量反向灌电流。而“吸收电荷”Q在这里定义为从3分钟到33分钟，30min电流随时间的积分值。该电荷与电缆的交流击穿电压有很好的相关性，因此可以判断。断裂的电缆处于破裂状态。测量剩余电荷时，外界干扰小，测量更准确。问题是消除局部电流或端子脏污、外部感应、噪声、温度、湿度等对测试影响较大，测试时间较短。长。图3.4.2反向吸收电流法测量示意图第9页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究4电力电缆绝缘老化4.1电缆绝缘老化的原因绝缘系统在各种因素的长期作用下发生一系列的化学和物理变化，导致绝缘性能和机械性能等的不断下降，会产生不可逆的变化，最终导致电力设备绝缘击穿。这个过程正在老化。绝缘材料老化的原因是多方面的，也是复杂的。最具代表性的有：热老化、机械老化、电老化等。绝缘材料的老化性能主要包括绝缘电阻的降低和介电损耗的增加等。4.1.1电气老化电气老化是指电力设备的绝缘系统在电场长期作用下发生的老化。电老化的机理非常复杂，它包含一系列因绝缘击穿而引起的放电的物理和化学作用。随着施加的电压增加，绝缘系统中的放电加强，放电量和放电重复率增加，导致加速电老化，绝对寿命减少。一般来说，绝缘材料的固有击穿场强可以用来代表绝缘材料对强电场的性能。各种高分子材料材料的本征击穿场强均在MV/cm量级。但是，绝缘材料的实际介电击穿强度远小于内在击穿强度。造成这种情况的原因有很多，如厚度效应、杂质混入、制造材料形成不均匀时产生的气孔，材料形成不均匀引起的电极效应等等。4.1.2热老化热老化是指电力设备绝缘系统在长期热作用下发生的老化。耐热有机绝缘材料在热降解作用下，绝缘材料的结构发生变化，其电气和机械性能下降。随着随着温度的升高，绝缘材料的热老化速度迅速增加，不同的绝缘材料受温度的影响程度不同。热老化的本质是绝缘材料在热的影响下发生化学变化，所以热老化也称为化学老化。改变。一般来说，化学反应的速率随着环境温度的升高而增加。绝缘聚合物有机物材料在热的长期作用下会发生热降解，主要是氧化反应，也称为自氧化解离自由基的链式反应，例如聚乙烯的氧化，是从CH键中的H脱离开始的。热老化使绝缘材料的电气和机械性能同时退化，绝缘寿命降低，但最显着的性能是材料的延长。机械性能的变化，例如伸长率和抗拉强度。第10页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究4.1.3机械时效机械老化是指固体绝缘系统在运行过程中在各种机械应力作用下的老化。这个在老化过程中，如果绝缘材料在机械应力的作用下产生微观缺陷，就会有规律地运动，形成微观裂纹。缝合并逐渐扩大。机械应力产生的微裂纹在强电场作用下会引起局部放电，从而加速绝缘系统的破坏。4.1.4环境老化环境老化是指潮湿、氧气、辐射、化学粉尘等自然环境条件以及高海拔地区。由管理条件引起的绝缘系统的表面老化，特别是有机聚合物表面在水和强电中沉积和污染时在场的作用下，会产生强烈的污染放电，对绝缘表面造成破坏。总之，电缆绝缘层的老化是电场、热、机械力、环境（水分等）等多种因素共同作用的结果。行动的结果是一个非常复杂的过程。在估算绝缘材料的使用寿命时，应尽可能考虑以上因素。首要考虑。4.2绝缘老化的主要表现----树枝状近十年的运行研究表明，聚乙烯、交联聚乙烯等一些聚合物的绝缘损坏是主要原因。先经历树枝的老化过程。老化绝缘材料的显微镜观察揭示了树枝状结构的存在。是绝缘老化，受电场影响，导致介质较弱部分发生树枝状放电或树枝状团聚。按“树分支形成的原因及其绝缘损坏可分为“电分支”和“水分支”两种。“支路”又称为“电气化支路”。4.2.1电气分支电气树是由绝缘系统中的各种缺陷引起的局部放电引起的。它通常处于较高的场强待生产和开发。电气支路的放电主要源于材料的不连续界面（气隙、杂质、外部半导体等）。体屏蔽接口等），有的来源于水枝。电支一般有明支和连续支。没有水分，管壁上有焦炭颗粒的痕迹。该分支是不可逆的，并且发展到将绝缘的程度在其中形成导电通道，导致击穿。无间隙绝缘也会引起树枝状放电，主要是空间负载引起的造成的。在绝缘层中，注入的电子部分作为空间载荷被吸引，空间载荷逐渐累积。在无间隙绝缘中电气支路的产生是这部分累积的空间负荷突然释放的结果。充放电或局部放电形成的电分支会随着电场的方向逐渐导致绝缘部分击穿，从而形成分支状通道。走道延长的时间越长，电极间的绝缘距离就越短，当它短到足以产生击穿场强时，绝缘就会迅速被击穿。电支第11页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究形成是一个相对缓慢的过程。4.2.2水支水树是指水侵入电缆后，在电场的作用下，从电场的不均匀性和电应力的集中开始形成。根据形成的树枝状现象，水树按其起点可分为三种情况：(1)水树：这是从电缆中的半导体层开始的水树。当半导体层为胶带时在公式的情况下，在半导体胶带的边缘或结构的不平整部分，如毛刺，很可能会产生水树。当半导体层是挤压结构时，这种水树几乎不会出现。但即使挤如果绝缘化合物中的杂质漂浮到绝缘层的相关界面，它也会从结构中去除。水树出现在其中。(2)外导水树：从电缆中的外半导体层开始的导水树。(3)蝴蝶形水树：从绝缘层中的杂质和气隙开始的水枝。在上述三棵水树中，事故的主要原因是引水树，而其他水树和引水树造成的事故水树造成的事故比较少见。自遇到水树现象以来，人们对水树进行了长期的研究，并开发了相关的检测技术。技术，包括前面提到的离线检测技术，如残压法、反向吸收电流法等。聚乙烯电缆（如整流效应、极性效应、谐波效应、超低频响应等）、交联聚乙烯理论上发展了电缆水树在线检测技术。目前国外有几个已经采用或者比较有前途。线路检测方法主要有：直流分量法、直流叠加法、交流叠加法、差频法等在线检测方法。第12页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究5电力电缆故障在线检测方法5.1直流分量法由于交联聚乙烯（XLPE）电缆（水支、电支）的绝缘缺陷，它们在交联电流的正负半周表现出不同的电荷注入和中和特性，导致交流工作电压长时间反复作用。使用后，水枝前端积聚大量负电荷，积聚在枝头的负电荷逐渐向另一侧漂移。这种现象称为“整流效应”。由于“整流效应”，流过电缆地线的交流电流含有存在微弱的直流分量，通过检测该直流分量可以进行劣化诊断。使用图5.1所示的测量电路在XLPE电缆系统中，可以在电缆芯和屏蔽层的电流中检测到非常小的直流分量。图5.1直流分量法示意图误差分析：直流分量法测得的电流很微弱，有时也不是很稳定，很小的干扰电流就会造成很大的误差。研究表明，这些干扰主要来自被测电缆屏蔽层与被测电缆之间的杂散电流。由于水支路引起的杂散电流和实际电流都经过直流分量测量装置，导致误差较大。区别。第13页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究5.2直流叠加法（通常）在接地电压互感器的中性点。50V），将此直流电压与施加在电缆绝缘层上的交流电压叠加，使测量穿过电缆绝缘层微弱的纳安级直流电流或其层的绝缘电阻，其测量原理如图5.2所示。图5.2直流叠加法示意图对于中性点固定接地的三相系统，也可以在三相电抗器的中性点加低压直流电源。电缆的绝缘性能仍采用直流叠加法在线测试。误差分析：由于直流叠加法是在交流高压上叠加一个低值直流电压，该条件下测得的绝缘电阻与断电后施加直流高压时的测试结果非常相似。但绝缘电阻和电缆绝缘剩余寿命没有很好的相关性，具有相当大的分散性。绝缘电阻与很多因素有关，即使是同一根电缆，仅通过测量其绝缘电阻值也难以预测其寿命。5.3交流叠加法这种方法是在电缆屏蔽层上叠加一个交流电压（频率=工频频率检测到1Hz电缆的特征电流信号用于判断电缆的老化程度。交流叠加法的检测原理如图5.3所示。尝试实验表明，当不同频率的交流电压叠加在老化电缆的屏蔽层上时，当电压频率为100Hz时，会产生较大的特征电流。进一步的研究表明，这种特征电流只在老化的电缆上产生，新电缆不产生特征电流，叠加电压频率为101.4Hz时，特征电流达到最大值第14页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究大的价值。由此得到的关系式为：检测电流频率=叠加电压频率-工频频率2。图5.3交流叠加法检测原理图与直流叠加法相比，交流叠加法所需的电源幅值更小，通常与5v的交流电叠加。通过电压可以得到明显的特征电流，使交流叠加法更容易检测电缆的老化信号。此外，交流叠加法测得的特征电流的线性化程度远优于直流叠加法。因此，交流叠加法不是一种新的电缆在线检测方法。5.4差频法差频在线监测的检测方法与直流法类似。低频电压叠加在工频交流电下，电缆对老化的响应程度，根据目前国外研究低频叠加使用不同频段和波形来测试现状。在这种状态下，寻求能够真实反映电缆老化程度的低频负载信号。最近，研究发现，同时当两个频率相近或倍数相近的正弦电压加在水树交联聚乙烯电缆上时，检测回路中会有一些。产生超低频水树老化特性电流信号，据此可以在线诊断电缆绝缘的水树老化状态。这是差频监测技术的理论基础。如果施加一个50Hz的工频电压并叠加，产生的信号将淹没在工频供电系统中，所以100Hz左右的低频低压电源供电。该方法可用于不同电压等级的电缆，根据电网实际接线方式，不同电压等级需要不同部位叠加低频信号，10kv电缆可以PT通过消弧线圈叠加：110kv/220kv电缆均可净PT二次测量注入一个可变频率的恒流信号。差频技术的主要难点是开发一种研究并能在变频调频电源领域工作，找到有效的变频信号叠加位置，兼容大小的。测量方法如下图5.4所示。第15页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究图5.4差频检测法原理第16页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究6电力电缆故障定位及定点法6.1确定故障性质对有故障的电缆进行故障测试时，首先要做的是确定故障的性质，并知道故障是否是接地、短路、断线或它们的组合；单相、两相或三相故障；高阻、低阻、或泄漏或闪络故障。6.2粗距离测量在确定了故障的性质后，就可以选择合适的测试方法来测量故障点到测试端或测试端的距离。距离，这项工作称为粗距离。粗略测试是电缆故障测试过程中最重要的一步。劣势，决定了电缆故障检测全过程的效率和准确性。人们总结了古典法和现代法。6.2.1经典法（桥法）作为电缆故障诊断技术，经典方法已逐渐被新技术所取代，但在一些地区和单位条件都具备了，所以还是需要的，包括电阻桥法、电容桥法、烧穿电阻降低法、高压桥法。下面对经典的桥接法进行具体介绍。电桥法是一种经典的故障测试方法，其测试电路图和等效电路图如下第17页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究图6.2图6.2桥式测距电路图桥式测距等效电路图电桥法是利用惠斯通电桥定理将被测电缆终端的故障相和非故障相短路，两臂分别接故障相和非故障相，调节可调电阻使电桥平衡。它与度数成正比，可以计算出故障点到测量端的距离。在测试过程中，仔细调整R2值，使电桥平衡，CD之间的点为零。根据电桥平衡原理，有：R3_R4_R2_(7-1)R1和R2是已知电阻，如果R1/R2=K，则有：R3/R4=K设电缆导体电阻率为R0，全长L代表电缆全长，LX和L0分别代表电缆到测量的故障点从头到尾的距离。那么R2可以被（L0+L全长）R0代替。根据公式7.1，我们得到L全长+L0=KLXL0=L全长–LX_所以长×2L全长K1电桥法简单、方便、准确，但其重要缺点是不适用于高阻和闪络问题。如果故障电阻很高，电桥中的电流很小，很难检测出仪器的一般灵敏度。上层电缆故障多为高阻和闪络故障。用电桥法测量故障距离前需要高压设备将故障点烧穿，将故障电阻值降低到电桥法可以测量的范围内，非常不方便。第18页，共41页_11电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究当故障点烧断时，故障电阻增大，或故障电阻烧得太低，属于永久性短路。直到最后点不能用放电声学法确定。6.2.2现代法（脉冲反射法）脉冲反射法也称为行波法。具体可分为低压脉冲反射法3脉冲反射电压采样法而脉冲反射电流采样法，后两类又可细分为直接闪光法和脉冲闪光法。它可以在没有“烧穿”的情况下完成它适用于各种类型的故障，因此被广泛使用。行波测距法是在确定行波的传播速度后，通过测量行波的传播距离来确定故障位置。全部的一般来说，行波离线测距方法有四种。低压脉冲反射法：用于电缆的低阻、短路和开路故障。测试时，向故障电缆注入低压脉冲，使其在电缆中传播，脉冲遇到阻抗失配点（短反射脉冲和发射脉冲之间的时间差被记录下来。已知脉冲v在电缆中，阻抗不匹配测量点的距离为：大号吨26.2.3低压脉冲反射法低压脉冲反射法也称为雷达法。他通过查看故障点处发射脉冲和反射脉冲之间的时间来做到这一点差Ts用于测量故障距离。假设脉冲波在电缆中的传播速度为Vm/s，则电缆有故障距离LXm/计算如下：12在电缆故障测试工作中，无论遇到什么样的故障，一般都是先用低压脉冲法测量故障电压。电缆的长度为L，如果测得的故障距离LX大于L，显然不符合逻辑。如果电缆线图标有长度Lt和L相如果差异很大，则需要消除误差。通过公式LXt长×大号大号障碍物距离LXt。测距系统示意图如下：第19页，共41页_LXVTLXVTt将测试故障距离LX换算成图纸上的故电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究图6.2.3脉冲反射法测距系统示意图低压脉冲反射法的优点是简单直观，不需要详细的电缆原始数据，例如电缆导体切口。表面、长度、电阻率等，也可以根据反射脉冲的极性来区分故障类型。缺点不适用于测量高电阻有泄漏和闪络故障6.2.4脉冲电压法又称闪络试验法，利用直流高压或脉冲高压信号击穿电缆的故障点，即发生闪络放电。距离是通过放电电压脉冲在观察点和故障点之间来回传播的时间来测量的。适用于高阻和闪络故障。这种方法的优点是不需要永久烧穿高阻或闪络故障，利用故障击穿产生的瞬时脉冲信号。不，测试速度快，误差小，操作简单。弱点是：①安全性差，仪器与高压电路电耦合，高压信号容易进入损坏仪器。②用这种方法测距时，高压电容对脉冲信号处于短路状态，需要串联一个电阻或电感产生电压信号，降低高压电容放电时施加在电缆上的电压，使故障点不易击穿。③故障放电时，分压器耦合的电压波形不尖锐，难以分辨。6.2.5脉冲电流法脉冲电流法采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号，将电缆的故障点接入大电流。电压击穿，用仪器采集记录故障击穿产生的电流行波信号，通过分析断电分析电流行波信号在测量端和故障之间来回传播所需的时间用于计算故障距离。与脉冲电压法相比，脉冲电流法采用线性电流耦合器，与高压电路没有直接的电连接。这对测试设备和测试人员来说更安全。线性电流耦合器产生的电流脉冲信号也比较容易区分。因此，与脉冲电压法相比，这种方法得到了更广泛的应用。脉冲电流法具有高直流第20页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究试验方法有压力闪络法和冲击高压闪络法两种。直流高压闪络法（直接闪络法）适用于测量闪络击穿故障，此类故障的抗故障能力很高。用高压设备将电压升高到一定值时发生闪络击穿。通过稳压器和高压测试变压器稳压器对储能电容充电，电容与电阻串联形成回路，线性电流耦合器与电缆相连。耦合回路以检测信号。当电容器电压升高到一定值时，电缆的故障点被高压击穿，形成形成短路电弧，故障点电压迅速接近零，产生突跳电压和突跳电流，从故障点到两者结束传播。可通过检测电流脉冲在测量端与电缆一端故障点之间来回走动的时间来获得故障。障碍物距离。直接闪光法的波形简单、易懂、精度高。但是，由于电容器本身的原因，存在杂散电感会导致波形上出现一个小的正脉冲，该脉冲应该是负脉冲，从而影响测距精度。还有，失败直闪几次后，故障电阻下降，这种方法已经不能用了，所以前几次试验很重要。重大影响压力闪络法（rush-flash法）适用于测试大多数闪络故障。闪光测试电路与直接闪光法基本相同，只是在充电电容和电缆之间增加了一个放电室。差距。充电电容充电时，电压达到一定值后，球形放电间隙击穿放电，电缆线得到瞬间高压，当高压大于故障点的临界击穿电压时，故障会击穿放电，发电。电流电压信号传播到两端。通过捕获该信号可以实现故障定位。与直接闪法相比，冲闪法波形状较复杂，识别难度较大，精度较低，但适用范围较广。6.2.6二次脉冲法二次脉冲法（SLM）是1990年代发展起来的一种电缆故障预定位方法。原理是回声计释放在高阻或间歇性电缆故障点无法反射的发射脉冲，仪器将显示整个电缆长度波形被存储，这个波形被称为“好迹线”。设备高压电容放电，造成电缆故障点出现闪络，故障点处的电弧表现为电阻很低的电阻。同时触发回波计发送第二个发射脉冲（低压脉冲），这个脉冲加到高压信号上会从故障点反射回来。这样，返回数据自动处理波形仪存储故障点的反射波形，并叠加完整迹线和故障迹线，两条迹线中的一条将清晰。分歧点。这个发散点就是故障点的反射波形点。二次脉冲法的优点是可以避免故障点闪络引起的强电磁干扰：低压脉宽可调；更长的线路也可以记录清晰的信号波形以提高测量精度。缺点是使用的仪器较多；因为故障点的电阻应该降低到一个很小的值，比如如果故障点阻尼严重，故障分接过程会更长，测试时间也会相应增加；故障点保持低阻状态。时间不确定，施加二次脉冲的控制困难。第21页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究6.3检测路径或识别电缆Lx，然后以测试端为圆心，以Lx为半径画一个圆，圆周上的所有点都满足故障点到测试端的距离为Lx的条件。用线段绘制电缆路径时未来，这条线段一定与R=Lx的圆相交于一点，这就是我们要找的故障点。对于直接埋在地下的电缆，需要找出电缆线路的实际方向，即探测路径。为了对于电缆沟、隧道等外露电缆，需要从众多电缆中选出故障电缆，即识别电缆。6.4精测点精确定位是电缆故障测试工作的最后一步，也是至关重要的一步。因为粗略的测量故障的距离存在一定的误差，故障距离的测量也存在误差，所以要准确确定故障点的位置，就需要需要精确定位。一般采用声测点法、感应法和回路法。6.4.1声测点法电缆故障中的故障点检测大多采用声学方法，准确率达95%以上。这类测试方法很简单。判断错误很少见，因此被广泛使用。声学测量法的基本原理是利用直流高压测试设备向故障点放电。放电过程中的故障点放电时会产生机械振动。这时，用指点器的拾音探头反复听故障点附近的故障。找到地面振动最大、声音最大的地方就是故障点的实际位置：开路故障的声音更大，可以可以听到振动的放电声。声学测量原理如图6.4.1所示图6.4.1在图1中。K——电源开关；T——调压器（3kV）：T——试验变压器（2～3kV）：R——限制电流电阻：D—硅堆（2DL-75kV/1A）：C—储能电容（2～8uF）：G—放电间隙：A—毫安。测量方法(1)按图1的原理接线图连接。线路接通后，两个人检查；第22页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究(2)调整放电间隙，将放电电压控制在规定电压（根据电缆等级）。将调节器设置为零：(3)拆掉地线，合上开关K，使稳压器均匀升压，当电压升至合适电压时。G放电，这时，根据放电电压的高低。适当调整放电间隙，使放电间隔为3-4s。每次停电调整余地间隙为G，对地应放电，以防静电伤人。(4)调整后，可按每3～4s的规定排出。粗测得到的电缆故障点附近进行听力测试。听力测试时，必须有人监控测试设备的电压和电流表，防止设备烧坏。(5)听到故障点后，应立即将调压器归零，断开电源开关K，断开电缆芯线。并且电容器被放电到地。6.4.2听法(1)火花放电产生的声波传到地面后进入空气，其体积仅为1%，其余90%体积被地面吸收。只有人类的听觉，在地面上很难找到这样的声音。尤其可以在人多的地方不容易找到。因此，必须使用音频放大器拾音器。(2)也可以使用医生的听诊器。以预先确定的近似值，将听诊器的麦克风靠近地面优越的。缓慢移动麦克风，直到听到火花放电。如果声音最大的地方，这无疑是电缆故障声音。（3）如果电缆故障发生在人烟稀少的地方或深夜，当预测出近似故障时，可以使用电缆硬木棒，一端靠近地面，另一端靠近耳朵，也可以通过听到的放电声来判断故障。这个地方。备注：(1)特别注意测试设备地线的连接。电容器的地线必须单独接地，电缆的引线必须单独接地线材为直接连接方式，请勿与测试设备的公共地线相连。否则，地线的电位会在放电的瞬间上升，容易损坏。同一地面上的电气设备。(2)如果听音装置的探头屏蔽不好，当听音线位置示意图如图6.4.1所示时，不在故障点。可以听到放电的声音。为了区分感应放电和振动放电，可以将探头放在手上（离地）进行测听。如果还有放电声，是电磁感应引起的，如果没有放电声。将探头放回地面，即可听到声音声音是故障点的放电声。(3)由于电缆接地不良或其他原因，电缆护套与接地体之间可能会发生放电或在电缆外露部分或电缆末端出现轻微放电声。容易造成误判，所以不能要判断这种轻微的声音，只有当你真正感觉到电缆的振动时，才能确定故障点的位置。第23页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究(4)为了区分声音测试的放电声和外界干扰声，可以两个人同时使用两套听音设备。好的，一个人用探头固定点。一个人使用感应线圈接收放电的电磁波信号进行验证。当两个人当不时听到放电声时，可以证明听到的声音是正确的，可以确定故障点的具体位置。(5)听试时。应注意电缆中间的连接器部分，因为中间的连接器最容易损坏。6.4.3归纳法感应法用于定位和测量电缆的故障点。在故障测量中，通常用作辅助方法。感应法主要用于收听电缆的埋地位置，应用广泛。1)电缆埋地位置的听力测试音频信号源（即路径表），将另一端连接到电缆芯，然后通过芯的另一端接地，其接线如图2所示。在电缆芯通过音频电流时打开路径计。周围会产生图4。如果接收线圈放置在电缆位置正上方的位置A，由于磁棒完全这条线是垂直的，没有磁场线穿过线圈。感应电势接近于零，因此当线圈从耳机j中移除时，耳机j中听不到声音当电缆的顶部向两侧移动时。由于磁棒不垂直于磁力线，所以有磁力线穿过线圈。所以可以听到使声音变大：随着线圈远离电缆，声音也因磁场减弱而逐渐减弱声音的音量变化曲线，如图3所示。从中可以看出，当磁棒垂直于地面并沿电缆路径左右移动时。那么你也能两侧响亮的声音中间没有声音(或声音很小)的静音路线.这是电缆的具体埋葬。地点图2第24页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究图3图42)低阻相故障的听音测试低电阻（小于10Q）相间故障监听测试如图5所示。音频信号发生器的输出sub连接到故障的两相铁芯，音频电流会从一个铁芯通过故障点返回到另一铁芯的音频信号。号码来源。由于电缆的芯线在制造过程中绞合在一起，因此您会在故障点之前听到如图5所示当音量大小有规律的变化时，到达故障点时声音会明显增大。故障点后声音会增大它消失得很快，因此可以准确地确定故障点的位置。图56.5裸电缆故障专用定点法电缆沟和隧道中的电缆，以及从地下挖出的电缆，都是裸露的城市电缆。这些当电气环境出现故障时，有时采用声侧法查找故障点，耳机内听不到放电音（如故障电阻为零）。金属接地故障）。在上述情况下，使用特殊的方法来定位电缆故障是比较简单、直观和直观的。方便的。下面介绍几种特殊的定点方法。6.5.1局部过热法粗略测量故障点后，对故障点施加冲击高压或使用直流高压击穿故障点。这样，第25页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究一定的电流流过故障点。因为故障点有一定的电阻，所以电流通过时会产生热效应。这时用手触摸故障电缆，过热的地方就是故障点。使用局部过热法，可以更准确地确定故障点特别适用于手容易触摸的电缆或电缆头上查找故障点。使用这种方法时，一定要注意安全，因为测试时对故障电缆加了高压，所以必须先把高压去掉，再把这条电缆的三相电缆去掉。在用手触摸之前，导体已钩在地线上。6.5.2.偏心磁场法偏心磁场法适用于金属单相接地故障的定点。在故障相和地之间传递音频当电流到达故障点时，流入引线片，然后分两路从两个相反的方向同时流向电缆的两端。每个端子都流动，使整条电缆线都有音频信号电流。在故障点之前，电缆周围的磁场为它是由电导体和金属护套之间的回路电流引起的。由于通电导体ha远离电缆的中心轴，因此产生的磁场也偏离电缆的中心轴，称为偏心磁场。使接收线圈绕电缆的圆周当表面旋转一次时，线圈中接收到的磁场信号强度会发生变化；在故障点之后，只有沿线的磁场信号电流均匀分布在电缆的铅护套中，但没有芯线电流。此时，接收线圈围绕电缆的圆周。表面旋转一次，线圈中接收到的磁场信号强度也没有变化。基于此，可以检测故障点。6.5.3.步进电压法对于单相接地故障，或两相、三相短路接地故障，特别是金属接地故障，只要电缆裸露在外，就可以通过步进法找到故障点，如图6.5.3所示。图6.5.3分步法测量电缆故障定位在故障相1和铅板之间连接一个可调直流电源（铅板接地）。（通常5~10A）可以流过故障点；然后，在粗测得到的故障点位置附近，选择彼此相距约500mm。轻轻撬开一小块钢带（只要露出一点铅）并擦掉第26页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究铅板上的两点沥青。上述工作完成后，接通直流电源，直流电流I从故障芯线流向故障点，再从故障点流出。它流过电缆的铅护套，同时流向电缆的两端，即流过铅护套的电流与故障点分开，同时流向电缆的两端。时间。在两个相反方向流出（见图5.3.1中的I和I'）。此时，连接振镜测试端的两根表笔。,记录极性紧固“十”一表笔的方向），然后用表笔测量引线的电位，使振镜指针指向正极（负极）偏转。之后，只要不互换正负极表笔，在测量引线片的阶跃电位时，如果两表笔都在故障点之前，振镜指针的起点偏向正（负）方向；如果两个测试笔都在故障点后面，则检流计的指针转向负（正）方向如果故障点在两根表笔之间，则振镜指针应在零位。因此，可以检测到故障点地点。直流电源可选用5kVA单相调压器、5kVA单向变压器、输出带电容滤波器由一个单相整流桥组成，如图8所示。这个电源在故障点应该能流过5-10A的电流。流动。图(b)逐步直流电源接线6.6电力电缆外护套绝缘故障的检测6.6.1.测距电缆外护套绝缘损坏后，可采用电桥法、低压脉冲法或压降法进行粗测距离。取决于由于信号加在金属护套和外皮之间，低压脉冲在传播过程中损耗较大。测量距离有限，在实际应用中应注意。下面介绍如何使用压降比较法粗略测量电缆护套绝缘故障。在图6.6.1中，将电源开关设置为在“I”位置，调节直流电源E，使微安表显示一定值；然后，将Q转到“II”位置设置、调整电源E，使在“I”位置时微安指示值等于Q。这时候可以根据下式得到原因x从障碍点到测试结束：X卢1_U1U2第27页，共41页_((电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究其中L是故障电缆的全长；U1——开关Q在“I”位置时电压表的指示值，即从故障点到测量端的电压；U2——开关Q处于“H”位置时电压表的指示值，即从故障点到远端的电压。1一根三芯电缆2一根电缆引线（铝）包3一根电气系统护套绝缘图6.6.1采用压降比较法测量保护层绝缘基层的接线6.6.2不动点故障点粗测后，应采用音频感应法和阶跃电压法准确确定故障点，因为外护套的绝缘水平低，使用脉冲放电声学测试会损坏绝缘。步进电压法只适用于铺设在土壤和土壤上的电缆。场合。使用此方法进行精确定位时，在电缆的铅（铝）护套与大地之间通入一定量的直流电电压，并用电流计测量沿电缆路径的阶跃电压。在护套绝缘损坏处，电流计指示值为0，此时电压降为谷值。点，您可以据此找到故障点。对故障点施加直流电压后，电流从故障点流出，流向电缆的两端。因此，在故障点前后，电压降的极性是不同的。据此，可以阻止搜索者靠近或远离故障。障碍。用阶梯法测量护套绝缘故障的接线，如图6.6.2所示。第28页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究1—电工级芯线2—电缆引线（铝）封装3—护套绝缘4—电缆故障点图6.6.2步进电压法测量护套绝缘故障点6.7低压电力电缆故障检测低压电力电缆是指400V以下的电力电缆。低压电缆使用的材料多为橡胶和塑料。按电缆芯数分，电缆有单芯、网芯、二芯、四芯四种。中性点连接用四芯电缆在带地线的三相交流供电系统中，其中一根芯线作为零线，除了作为保护地线外，还需要流过其他的线。平衡电流。下面主要讲一下常用的四芯电缆的故障检测。原则上，高压电力电缆是阻隔试验的方法也适用于低压电力电缆，但低压电缆的绝缘强度相对较低。放电时注意不要让电压超过5kV，以免损坏电缆完好部分的绝缘。如果电缆出现故障放电屏障点，可以增加电容器的容量。10μF时的电容t。_故障点一般能够击穿放电。现场安装一些低压电力电缆时，施工人员尽量省事，没有将电缆的金属保护层接地，也没有引出接地线，不利于横向测量。应纠正电缆的接地故障6.8超高压电力电缆故障检测所谓超高压电力电缆是指220kV以上的输电电缆，这里我们把35kV和110kV放在一起。电源线也包括在内。超高压电缆一般为单芯电缆。由于超高压电缆的电压水平它比较高，一般电容器的抗压强度有限，达不到能使电缆故障击穿放电的值。以下的电缆进行检测，使电缆故障可以分接放电。我们知道电缆导体与大地之间存在分布电容，将电容换成声相电缆导体还是可以用高第29页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究测试超高压电缆故障的电压击穿方法。测量接线与一般高压电缆脉冲电流测试方法类似。只要高压电容器由健全的相导体代替。例如，图(a)给出了使用直流闪络测试接线时注意将线性电流耦合器放置在故障相和声相之间的电缆护套连接线上。存在测量单相接地故障时，可将两根健全的相导体并联，以增加电容，使故障点更容易击中。磨损放电。图（a）声相导体代替高压电容接线超高压电缆故障点的测试方法和步骤与一般高压电缆类似，但在故障点测得的放电波形状不同，应加以识别。下面以直流闪络法为例介绍脉冲电流波形。1.使用健全相导体时的脉冲电流波形测试时，电缆的故障相导体和健全相导体通过测试线连接在一起，忽略高压信号发电机和连接线的影响，电缆故障相的阻抗和声相的导体在测量端匹配，电流脉冲在测量端基本上没有反射。故障点放电产生的电流脉冲来自故障点远端和声相导体。背反射，形成类似于使用电容的测试方法的波形，如图（b）所示。图(b)声导体作为电容器的脉冲电流波形波形上的第一个脉冲仍然是故障点放电的初始脉冲；第二个脉冲为故障点放电脉冲操作。移至声相导体的远端，返回测量端；波形的第三个脉冲是远端反射脉冲在故障点的反射。拍脉冲。第一个脉冲和第二个脉冲之间的时间应为电流脉冲在声相导体中来回传播的时间，并且第二个和第三个脉冲之间的时间是测量端和故障点之间的脉冲往返时间，对应于屏障距离。第30页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究2.两个声相导体并联使用时的脉冲电流波形在分析电流脉冲的反射时，电缆的测量端可以使用两个平行线，其大小等于电缆的波阻抗。根据第2章行波反射系数的计算公式，得到电缆中的电流脉冲。测量端反射系数为1/3。由于没有使用电容，测量回路的杂散电感比较小，电电缆故障点反射脉冲开始时出现短周期正脉冲的现象不明显，可以忽略。图（c）两相声导体的并联脉冲电流波形图（c）显示了一个典型的脉冲电流波形。除了故障点与测量端之间的来回反射外，故障点电脉冲到达测量端后，通过连接线传输到两个声相导体上，并在声相导体上来回走动。它被反射并传输到故障导体，使测量的脉冲电流波形更加复杂。根据故障距离同时对波形的影响也不同，但无论如何，波形上的第一个脉冲是故障点放电的初始脉冲，第二个脉冲是故障点的反射脉冲，它们之间的时间差对应故障距离。第31页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究7电力电缆故障模拟对实际电力系统进行试验研究往往会破坏系统的正常运行。出于安全等原因，一般不可能人为地对实际系统进行各种测试，尤其是故障测试。建立类似于电力系统的模型，间接研究其规律。这种间接测试技术就是电力系统仿真。真正的技术。电力系统数字仿真广泛应用于电力系统动态问题的研究。7.1电力系统仿真软件介绍用于电力系统暂态分析的仿真工具主要有ATP（EMTP的改进版）、PSCAD/EMTDC。MATLAB等ATP（AlternativeTransientProgram）是电力系统中常用的电磁和机电瞬态仿真。可以用它模拟具有任意结构的真实程序、复杂网络和控制系统。经过20多年的持续开发中，ATP具有模型的可扩展性和兼容性，除了瞬态计算外，还具有一些重要的附加功能。主持人基本组件是：耦合和非耦合线性集总参数元素；频率相关的分布参数传输线和电缆模型非线性元件，如变压器和避雷器；常规开关、时间相关开关和电压相关开关等；二极管管、晶闸管等阀体；三相同步电机和通用电机等。PSCAD功能强大，应用灵活，是业界知名的仿真工具EMTDC的用户界面。它使用户可以在一个集成的图形界面下实现电路图连接、仿真操作、结果分析和数据管理它还包括在线打印图形功能和控制和测量模块。PSCAD有一个预编程的一个测试模型库，从简单的无源元件和控制块到电机模型、FACTS设备、传输线和主模型库中包含电缆等复杂模块，可以方便地直接调用。当现有模型不能满足特殊模块也可以根据需要定制。EMTDC（包括直流的电磁瞬变）是PSCAD的仿真引擎是电力系统电磁暂态仿真的有力工具。EMTDC的仿真结果以瞬时值的形式给出，与传统的相量仿真引擎不同，后者给出相量的幅度和相位角第32页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究给出结果的方式。但是，瞬时值结果可以使用PSCAD的设置工具转换为相量值的形式。MATLAB是一个强大的科学计算工具。它的语言简洁易用。它有几十个工具箱不同领域的科学研究和科学计算提供了强大的工具。其电力系统模块库（PowerSystemBlockset)可以进行复杂电力系统的建模和稳态和瞬态计算，以及它的小波分析工具箱（小波工具箱）可以非常方便的进行数据分析和处理。但是MATLAB中没有合适的电源线如果你想自己设计模型，你不能用MATLAB来模拟它，它只用于数据处理。由于条件限制和MATLAB中缺乏合适的电缆模型，最终选择ATP作为模型。用于仿真的建模工具[8]。7.2电缆故障检测波形算法仿真7.2.1短路故障模拟其仿真模型包括脉冲发生器、受控电压源、部分阻抗RL、电容C、电缆线、断开断路器、测量电压表和示波器图（a）短路故障模拟电路图如果电缆在X处有低电阻(RX<10ZC)短路或接地故障，则故障点处的等效阻抗ZXRX与电缆特性阻抗ZC并联，即ZX=RX//ZC=RXZC/(RX+ZC)故障点X处的反射系数应为PU=(ZX–ZC)/(ZX+ZC)从上面推出第33页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究PU=-ZC/(2RX+ZC)所以当RX=0无穷大，PU=-10，可以得出以下结论：①短路故障的反射系数为：-1PU<0，即U-U+,和ü+与ü-反极性。②RX越小，反射脉冲幅度越高。你-越大，相反，你-更小。这是低压脉冲脉冲反射法无法检测高阻故障的根本原因。③RX=0,PU=-1时，反射脉冲幅度最大，即你-=你+，这种情况称为短路故障全反射。图（b）短路故障波形仿真图上图，t1是测试仪产生的发射脉冲（负极性）开始入射的时刻，t2是入射脉冲到当到达故障点后形成的反极性反射脉冲到达测试端时，由于测试端的等效阻抗大于电缆特性因此，在测试端会产生同极性的反射脉冲（相当于t2时的反射脉冲），再次返回故障。点入射，到达故障点后，会产生反极性反射并传输到测试端„„，从而形成t3和t4„„当时的第二、第三和其他多次反射脉冲。每个反射脉冲的时间间隔相等，幅度越来越小。反射脉冲的极性反转。7.2.2开路故障模拟使用相同的模块来模拟开路故障。电缆1和电缆2接有短路断路器，断路器初始状态参数设置为0，即此处断路器断开，电缆短路。其电路图如下：第34页，共41页_电力电缆绝缘测试及故障检测方法研究图（a）开路故障仿真电路图如果电缆在X处发生开路故障，则该点的等效阻抗Zx应为故障阻抗Rx和电缆特性阻抗的串联，即ZX=RX+ZC故障点X处的反射系数应为PU=(ZX-ZC)/(ZX+ZC)从上面推出PU=RX/(RX+2ZC)所以当RX=0无穷大，PU=01，可以得出以下结论：①开路故障的反射系数为：0<PU1，也就是U-U+,和ü+与ü-相同的极性。②RX越大，反射脉冲幅度越高。你-越大，相反，你-更小。③RX=无穷大，PU