第11讲电力电缆在线检测

第11讲电力电缆在线检测
电力电缆基本知识
¨ 背景 – 电力电缆主要用于发电厂、变电所、工矿企业 的动力引入/出线 – 过海、过江、过铁路等特殊部位，多采用电缆 – 20世纪80年代初，随着XLPE电缆的广泛应用， 电力电缆与GIS一起成为城网改造的两项重要举 措。 – 电力电缆与架空线路相比，优点是受气候影响 小，节省空间、安全可靠、隐蔽耐用，但成本 较高
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电力电缆基本知识
¨ 类型
– 油浸纸绝缘电力电缆 • 由木纤维纸和浸渍剂组成的复合绝缘。 • 生产和运行中均不可避免产生气隙。耐电强度降 低。
– 橡皮绝缘电力电缆 • 合成橡胶：丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、氯 磺化聚乙烯 • 耐臭氧差，在电晕作用下会发生开裂，击穿场强 较低。
¨ 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，以至造成很大的误差。
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击穿点绝缘表面图
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3、2001年6月八里电缆本体击穿情况图
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¨ XLPE电力电缆劣化机理
– 热劣化：电缆运行温度超过材 料允许温度时，材料发生氧化 分解等化学反应，从而使电缆 绝缘电阻和耐压性能下降
– 电气劣化：绝缘内部气隙、绝 缘和屏蔽层之间的空隙部位的 电晕放电、屏蔽层上的尖状突 起等引发局部放电，并产生电 树枝，引起耐电强度下降
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¨ 聚氯乙烯绝缘电力电缆 – 聚氯乙稀树脂为基础，配以增塑剂、稳定剂、 防老剂等 – 极性材料，介损大，耐热性低，耐电强度低， 燃烧时产生有毒气体。 – 加工简单、生产率高、成本低、耐油、耐腐 蚀、化学稳定性好。
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电力电缆基本知识
¨ 交联聚乙烯绝缘电力电缆（简称XLPE电缆） – 通过物理或化学方法将聚乙烯进行交联而成 –性能优良、工艺简单、安装方便、载流量大、 耐热性好； –目前在配电网、输电线中应用广泛并逐渐取 代了传统的油纸绝缘电缆，电压等级已高达 500kV. –2km-220kV线路的造价可达上亿元。
4.0
3.0-4.5
8.0
0.01
0.04-0.05
0.1
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交联聚乙烯绝缘电力电缆结构
•线芯、半导体屏蔽层、XLPE绝缘、铠甲、护套等
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交联聚乙烯绝缘电力电缆结构
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¨
•电缆终端图 第11讲电力电缆在线检测
•
下降时，杂散电流会影响测量。
•<1nA，良好 •1-100nA，注意 •>100nA，不良
直流成分法测量电路
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¨ 研究表明，水树枝发展越长，直流分量电流也就越大， X击L穿PE电电压缆具的有直较流好分的量相电关流性ID。C与即其ID直C增流大泄时露，电常流常及说交明流 水树枝的发展、泄露电流增大，这样的绝缘劣化过程 会导致交流击穿电压下降。
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¨ XLPE电力电缆劣化机理
– 水树枝劣化：有机材料在长时间受水浸渍将 吸潮，在强电场作用下水分将呈树枝状侵蚀 电缆，生成水树枝
– 化学性劣化：有机材料溶胀、溶解、龟裂、 化学树枝状裂化。
–这些电缆的劣化都可以通过检测直流泄漏电 流和交流电压下的tgδ 和局部放电来判断 其绝缘状况
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•GIS终端电缆图
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•中间接头类型
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北京市高压XLPE电缆的应用情况
¨ 截止到2001年6月，北京地区投运的高压电缆线路 情况：
– 220千伏电源电缆线路 16路 63.225公里
– 220千伏联络电缆线路 15路
0.949公里
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故障统计
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1、 1997年花家地110千伏电缆投运一年时应力锥击穿情况
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电缆表面爬电痕迹图
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2、1999年11月紫竹院110千伏电缆应力锥击穿情况
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应力锥击穿解剖情况图
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电缆绝缘的在线监测技术
¨ 直流法
– 电缆绝缘层中产生的微量直流泄漏电流是内部存在 水树的一个重要信息，电流大小和水树长度之间有 一定相关性，以此可判断水树或绝缘的劣化程度。
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¨ 直流成分法：将微电流测量装置串接在电缆接
地线中，该装置的分辨率为0.2 nA。护层电阻
– 110千伏电源电缆线路 114路 283.422公里
– 110千伏联络电缆线路 82路 4.722公里
（其中110千伏及以上充油电缆60多公里）
¨ XLPE电缆最早投运于1988年9月，至今已运行近 20年。
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•电缆敷设在砖槽 内
•电缆敷设在隧道内
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•不同电缆的参数对比
XLPE
油纸
橡皮 聚氯乙烯
温度（正常 /短路） 绝缘电阻 （欧×米）
介电常数
介损正切
90 / 250 1014-1015
2.3 0.0006
75-80 / 220
65-70 / 160
1013-1015 1011-1013 1011-1012
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2020/11/25
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主要内容
¨ 电力电缆基本知识
– 电力电缆发展背景、结构特点，分类，运行情况等 – 电力电缆的绝缘特征量、劣化机理
¨ 电力电缆的检测与故障诊断技术
– 直流泄漏电流检测技术 – 局部放电在线检测技术 – 介质损耗角正切tgδ的在线检测技术 – 其他检测方法 – 电力电缆的故障定位
电力电缆基本知识
¨ 高压XLPE电缆的一些事故情况
– 随着高压电缆线路的逐年增加和投运时间的逐年增 长， XLPE电缆存在的一些问题已逐渐显现出来， 事故也开始不断增加。特别是发生在电缆接头中的 绝缘击穿事故呈上升趋势。
– 自从1997年北京发生了第一起超高压电缆运行故障 以来，到目前共发生各类故障15起，其中电缆接头、 终端故障13起，占87%。