电力电缆试验与状态分析

电力电缆试验与状态分析第1页/共45页第一节电力电缆的组成与型号

电力电缆主要由导电线芯、绝缘层和护套组成。

根据绝缘材料的不同，电力电缆分为油纸绝缘电力电缆、橡塑绝缘电力电缆、塑料绝缘电力电缆、充油电缆。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。

第2页/共45页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灾的危险，因此受到用户广泛欢迎。高压单芯电缆低压五芯电缆第3页/共45页1.导体（或称导电线芯）：其作用是传导电流。有实芯和绞合之分。材料有铜、铝、银、铜包钢、铝包钢等，主要用的是铜与铝。铜的导电性能比铝要好得多。

2.耐火层：只有耐火型电缆有此结构。其作用是在火灾中电缆能经受一定时间，给人们逃生时多一些用电的时间。

3.绝缘层：包覆在导体外，其作用是隔绝导体，承受相应的电压，防止电流泄漏。绝缘材料有多种多样，有的要求介电系数要小，以减少损耗，有的要求有阻燃性能或能耐高温，有的要求电缆在燃烧时不会或少产生浓烟或有害气体，有的要求能耐油、耐腐蚀，有的则要求柔软等。第4页/共45页第5页/共45页

4.屏蔽层（金属屏蔽）：在绝缘层外，外护层内，作用是限制电场和电磁干扰。对于不同类型的电缆，屏蔽材料也不一样，主要有：铜丝编织、铜丝缠绕、铝丝（铝合金丝）编织、铜带、铝箔、铝（钢）塑带、钢带等绕包或纵包等。5.填充层：填充的作用主要是让电缆圆整、结构稳定，有些电缆的填充物还起到阻水、耐火等作用。主要的材料有聚丙烯绳、玻璃纤维绳、石棉绳、橡皮等，种类很多，但有一个主要的性能要求是非吸湿性材料，当然还不能导电。6.内护层：内护层作用是保护绝缘线芯不被铠装层或屏蔽层损伤用。内护层有挤包、绕包和纵包等几种形式。对要求高的采用挤包形包形式，要求低的采用绕包或纵包形式。第6页/共45页

在电缆结构上的所谓“屏蔽”，实质上是一种改善电场分布的措施。电缆导体由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电，这一层屏蔽为内屏蔽层；同样在绝缘表面和护套接触处也可能存在间隙，是引起局部放电的因素，故在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电，这一层屏蔽为外屏蔽层；没有金属护套的挤包绝缘电缆，除半导电屏蔽层外，还要增加用铜带或铜丝绕包的金属屏蔽层，这个金属屏蔽层的作用，在正常运行时通过电容电流；当系统发生短路时，作为短路电流的通道，同时也起到屏蔽电场的作用。可见，如果电缆中这层外半导体层和铜屏蔽不存在，三芯电缆中芯与芯之间发生绝缘击穿的可能性非常大。7.内外屏蔽层（半导电层）第7页/共45页第8页/共45页8.铠装层：铠装层作用是保护电缆不被外力损伤。最常见的是钢带铠装与钢丝铠装，还有铝带铠装、不锈钢带铠装等。钢带铠装主要作用是抗压用，钢丝铠装主要是抗拉用。根据电缆的大小，铠装用的钢带厚度是不一样的。

9.外护层：在电缆最外层起保护作用的部件。主要有三种类：塑料类、橡皮类及金属类。其中塑料类最常用的是聚氯乙烯塑料、聚乙烯塑料，还有根据电缆特性有阻燃型、低烟低卤型、低烟无卤型等。第9页/共45页电力电缆规格型号普通型电缆型号YJV、YJLV交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆YJY、YJLY交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆YJV22、YJLV22交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆YJV32、YJLV32交联聚乙烯绝缘细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆第10页/共45页性能类别绝缘材料线芯内层保护其他特征外护层第1个第2个数NH-耐火电力电缆不表示Z-纸T-铜（省略）Q-铅护层P-屏蔽2-双钢带0-没有ZR-阻燃K-控制电缆X-橡胶L-铝L-铝护层

3-细圆钢丝1-纤维护层FE-辐照Y-仪表电缆V-聚氯乙烯

V-聚氯乙烯

4-粗圆钢丝2-聚氯乙烯护层

Y-聚乙烯

Y-聚乙烯

3-聚乙烯

YJ-交联聚乙烯

第11页/共45页

ZR-YJFE型、NH-YJFE型：阻燃、耐火等特种辐照交联电力电缆，电缆最高长期允许工作温度可达125℃，可敷设在吊顶内、高层建筑的电缆竖井内，且适用于潮湿场所。耐火型电缆的特点是在电缆燃烧时甚至是燃烧后的一段时间内仍拥有传导电力的能力，多用于相对重要的工作环境，如军舰上。耐火电缆可以同时拥有阻燃的性能，阻燃电缆却没有耐火的性能。YJV32型、WD-ZANYJFE型：内钢丝铠装型电力电缆、低烟无卤A级阻燃耐火型电力电缆，低烟无卤阻燃型电缆的特点是能承受相当的机械外力作用，电缆不仅具备阻燃性能，而且具有低发烟性和无害性（毒性和腐蚀性较小），适用于对电缆阻燃、烟密度、毒性指数等有特别要求的场所，如地铁、隧道、核电站等。能承受相当的机械外力作用，用前缀和下标的变化，来说明电缆的性能及可敷设场所。第12页/共45页

舟山至宁波的海底电缆使用的是VV59型铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套内粗钢丝铠装电缆，因为它可以承受较大的拉力，具有防腐蚀能力，且适用于敷设在水中。第13页/共45页第二节电力电缆的试验电力电缆的试验项目，包括下列内容：1主绝缘及外护套绝缘电阻测量；2主绝缘直流耐压试验及泄漏电流测量；3主绝缘交流耐压试验；4外护套直流耐压试验；5检查电缆线路两端的相位；6充油电缆的绝缘油试验；7交叉互联系统试验；8电力电缆线路局部放电测量。第14页/共45页一、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。

对1000V以下的电缆测量时用1000V兆欧表，

对1000V及以上的电缆测量用2500V兆欧表，

对6000V及以上的电缆测量用5000V兆欧表。

第15页/共45页

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要。

第16页/共45页电缆终端或套管表面脏污、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“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，见图10-1

图

10-1测量绝缘电阻时的屏蔽接线（a）单芯电缆；（b）三芯电缆第17页/共45页

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，必须经过较长时间摇测才能得到正确的结果。测量中若采用手动兆欧表，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的绝缘电阻值。兆欧表停止摇动时，更应进行充分放电，放电时间最少不少于2min。指针朝反方向偏转，被试设备上没有放净电荷经兆欧表放电所致。

第18页/共45页

二、直流耐压和泄漏电流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。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。

第19页/共45页1、保护电阻R1的作用是限制被试品击穿时的短路电流2、均压电阻R使每只硅堆电压分配均匀3、C是稳压电容第20页/共45页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，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电强度约为400~600kV/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验电压的两倍，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，试验规程规定了最长的持续试验时间为15min。纸绝缘电力电缆、橡塑绝缘电力电缆和充油电缆的直流耐压和泄漏电流试验电压标准见表10-2。第21页/共45页电缆额定电压U0/U纸绝缘电力电缆橡塑绝缘电力电缆充油电缆1.8/31211/3.6/617或2418/6/63025/6/104025/8.7/104737/21/3510563/26/3513078/48/66/144163或17564/110/192225或275127/220/305425或475或510190/330/（直流试验电压）/525或590或650290/500//715或775或840表10-2电力电缆直流耐压和泄漏电流试验电压（kV）上列各表中的U为电缆额定线电压；U0为电缆线芯对地或对金属屏蔽层间的额定电压。

第22页/共45页2、泄漏电流测量技术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，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。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10-2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。图10-2测量直流泄漏电流时的屏蔽方法1—微安表屏蔽罩；2—屏蔽线；3—端头屏蔽帽；4—屏蔽环第23页/共45页

三橡塑电缆交流耐压试验多年来，由于人们认识水平和试验设备的原因，橡塑电缆在现场以直流耐压试验代替交流耐压试验。经过多年实践，发现用直流耐压或0.1周耐压试验，不能保证安全运行。如多条110KV橡塑电缆，交接时按要求进行了直流耐压试验，运行不到半年，在运行电压下发生击穿事故；还有一条10kV橡塑电缆，在预试时加0.1周试验电压下合格，运行4个月后发生击穿事故。据国外报导，在一条橡塑电缆上，用铁钉打人主绝缘1/2处，加直流电压为8倍的额定电压、未击穿。但加交流电压为2倍的额定电压就击穿了。国外一般对橡塑电缆不做直流耐压。多年的实践经验和国内外研究表明，橡塑电缆在现场进行交流耐压试验，是检验其绝缘优劣最为有效的方法。

第24页/共45页

过去的规程不要求现场交流耐压试验，是由于试验设备难以解决之故。现在，变频技术的发展和其他制造水平的提高为现场进行交流耐压试验提供了可行性，使交流耐压试验开展起来。各省电力公司在制定的规程中，都明确橡塑电缆交接和预试时应进行交流耐压试验。

交流耐压的频率根据国标最新规定，对于18/30kV及以下的橡塑电缆，当不具备条件时允许使用有效值为3U0的0.IHZ电压施加15min或直流耐压试验及泄漏试验代替交流耐压试验，35kV及以上的橡塑电缆目前应采用20~300Hz的变频串联谐振的试验设备。但在条件允许时，对18/30kV以下电缆也应优先采用20~300Hz交流试验。第25页/共45页交流耐压试验时间橡塑电缆交流耐压的时间，根据国标新规定应取1h。对于运行时间很长的电缆，如10年以上，可适当缩短耐压时间，但不得低于30min；对35kV以下电缆，由于数量大，可缩短耐压时间，提高试验电压。

第26页/共45页第三节电力电缆的状态分析

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及泄漏电流试验，它们各有优缺点，表10-3给出了现在较常见的试验方法的对比。表10-3常见电缆老化检测方法比较方法试验电源检测效果存在的问题绝缘电阻测量低压直流可测量绝缘电阻、终端受潮终端表面泄漏的影响直流耐压试验高压直流可测出施工缺陷及绝缘劣化可能引起交联聚乙烯绝缘损伤直流泄漏测量高压直流可测出吸潮、劣化电晕、电源波动的影响第27页/共45页

像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应不低于0.5MΩ/km。

在进行直流耐压和泄漏电流试验，一般分4-6阶段升压到试验电压时，同时读取1min及15min的泄漏电流值，耐压15min的泄漏电流值应不大于耐压1min时的泄漏电流值。第28页/共45页

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）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。（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。（3）在测量过程中，泄漏电流应稳定，如发现有周期性摆动，则说明电缆有局部孔隙性缺陷。第29页/共45页第四节电力电缆的故障诊断

电力电缆的薄弱环节是电缆的终端头和中间接头，往往由于制作工艺不良、使用材料不当以及电场分布不均匀而带来缺陷。有些缺陷在交接验收时可能被发现，而许多可能发现不了，而在运行中逐步发展，直至击穿或爆炸。另外，电缆本身也会因机械损伤、铅包腐蚀、制造缺陷等引发故障。大多数电缆埋设在地下，这也给寻找和处理故障带来了困难。第30页/共45页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。

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，这类故障称开路故障。第31页/共45页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。第32页/共45页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，泄漏电流突然增大的故障。第33页/共45页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，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；（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。第34页/共45页1、电缆故障探测技术电缆故障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。

低压脉冲法测量原理是依据均匀传输线中波传输与反射的原理。将被测电缆看作是一均匀传输线，它每一点的特性阻抗是相等的，当从电缆一端发射一低压脉冲波时，由于故障点的阻抗发生了变化，电磁波传播到该点处就发生折反射现象，第35页/共45页第36页/共45页第37页/共45页

2、电缆故障精确定位技术由于电缆线路不可能完全直线敷设，用电缆故障探测仪仅能对电缆故障的大致位置进行判断，而不能确切给出电缆敷设后的准确故障点，所以电缆故障精确定位十分重要。传统的电缆故障定点方法是听声法。这种方法的特点是简单易行，特别是放电声较大的时候，还是比较理想的。然而，当故障点的直流电阻较小时，放电声不太大，这时难以奏效。现在较普遍使用的定点仪是将微弱的机械振动波首先转换成电信号，由放大电路将这一电信号进行足够的放大后，再通过耳机还原成声音，然后通过人机的有机配合，准确地确定故障点的位置。

第38页/共45页第39页/共45页第40页/共45页不同性质的电缆故障，在定点技术上略有差异：（1）对于高阻故障的定点，由于故障的阻抗较高，探测时施加的冲击电压较高，故障点才会发生闪络放电，故放电声和由此而产生的冲击振动波一般说来都比较大，较便于收听、分析和辨别。（2）对于低阻故障的定点，由于这类故障电阻小，因此故障点的放电间隙也小，致使施加的