淺談電力電纜絕緣性能檢測方法

由于交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣性能好,易于制造和安裝方便,近年得到了迅速的發(fā)展。隨著城網(wǎng)改造和農(nóng)網(wǎng)改造的實施,電力電纜的利用比重也會越來越高,如何維護(hù)使用好已有的電力設(shè)備,提高供電可靠性就顯得十分必要,電纜的運行狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運行及供電的可靠性。過去,我國廣泛使用的預(yù)防性試驗是采用定期停電進(jìn)行試驗的方法,屬于離線檢測。然而,隨著電力供應(yīng)的發(fā)展,這種停電試驗的傳統(tǒng)方法已愈來愈不能適應(yīng)電力生產(chǎn)和供應(yīng)的實際需要。因此研究電力電纜在線監(jiān)測技術(shù),可及時對電纜進(jìn)行合理的維護(hù)、檢修及更換,對保證電纜可靠運行具有重要的意義。近年來不少研究者提出了一些新的帶電檢查的測試方法,這些方法對預(yù)先發(fā)現(xiàn)電纜絕緣的下降狀況很有作用。

1電力電纜性能不帶電檢測方法

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,電力電纜在城網(wǎng)供電中所占的份量也越來越重,在一些城市的市區(qū)逐步取代架空輸電線路;同時隨著電纜數(shù)量的增多及運行時間的延長,電纜的故障也越來越頻繁。由于電纜線路的隱蔽性、個別運行單位的運行資料不完善以及測試設(shè)備的局限性等原因,使電纜故障的查找非常困難[1]。電力電纜故障按性質(zhì)可分為串聯(lián)（斷線）故障及并聯(lián)（短路）故障兩種,后者按絕緣外是否有金屬護(hù)套或屏蔽可分為主絕緣故障（外有金屬屏蔽）,外皮（外護(hù)套）故障（無金屬屏蔽）的故障。主絕緣故障根據(jù)測試方法不同,按故障點的絕緣電阻Rf大小可分為①金屬性短路（低阻）故障,其中Rf不同儀器及方法選擇各不同,一般Rf<10 Z0（Z0為電纜波阻抗）;②高阻故障;③間歇（閃絡(luò)）故障三種。三者之間沒有的界限,主要由現(xiàn)場試驗方法區(qū)分,與設(shè)備的容量及內(nèi)阻有關(guān)。近十年來我國城市電網(wǎng)大量采用XLPE電力電纜,根據(jù)電纜的故障,國內(nèi)外有各種不同的測試方法。

1.1電橋法及低壓脈沖反射法

20世紀(jì)70年代前,世界上廣泛使用電橋法及低壓脈沖反射法進(jìn)行電力電纜故障測試,兩者對低阻故障很準(zhǔn)確,但對高阻故障不適用,故常常結(jié)合燃燒降阻（燒穿）法,即加大電流將故障處燒穿使其絕緣電阻降低以達(dá)到可以使用電橋法或低壓脈沖法測量的目的。燒穿方法對電纜主絕緣有不良影響,現(xiàn)已很少使用。

1.2高壓直流閃測法和沖擊閃測法

分別測試間歇故障及高阻故障,兩者都均可分為電流閃測法和電壓閃測法,取樣參數(shù)不同,各有優(yōu)缺點。電壓取樣法可測率高,波形清晰易判,盲區(qū)比電流法少一倍,但接線復(fù)雜,分壓過大時對人及儀器有危險。電流取樣法正好相反,接線簡單,但波形干擾大,不易判別盲區(qū)大。兩種方法目前是國產(chǎn)高阻故障測試儀的主流方法,主要有西安四方、山東科匯、武漢高壓所等產(chǎn)品。高壓電流、電壓閃測法基本上解決了電纜高阻故障問題,在我國電力部門應(yīng)用十分廣泛,且應(yīng)用十分豐富經(jīng)驗,但儀器有盲區(qū),且波形有時不夠明顯,靠人為判斷,有時未能成功,儀器的精度及誤差相對較大。

1.3二次脈沖法

這是二十世紀(jì)90年代出現(xiàn)的測試技術(shù),因為低壓脈沖準(zhǔn)確易用,結(jié)合高壓發(fā)生器發(fā)射沖擊閃絡(luò)技術(shù),在故障點起弧的瞬間通過內(nèi)部裝置觸發(fā)發(fā)射一低壓脈沖,此脈沖在故障點閃絡(luò)處（電弧的電阻值很低）發(fā)生短路反射,并將波形記憶在儀器中,電弧熄滅后,重新發(fā)一正常的低壓測量脈沖到電纜中,此低壓脈沖在故障處（高阻）沒有擊穿產(chǎn)生通路,直接到達(dá)電纜末端,并在電纜末端發(fā)生開路反射,將兩次低壓脈沖波形進(jìn)行對比,非常容易判斷故障點（擊穿點）位置。儀器可自動匹配,自動判斷計算出故障點距離。二次脈沖法的出現(xiàn),使得電纜高阻故障測試變得十分簡單,成為*測試方法。

對于二次脈沖法,無論是奧地利的Baur公司,還是德國Seba公司的產(chǎn)品原理是一樣的,只是在實現(xiàn)上有差異:前者強調(diào)起弧與觸發(fā)脈沖配合,由內(nèi)部通信裝置對chong擊電流進(jìn)行阻尼,同時也增加了沖擊電流的沖擊寬度來實現(xiàn);而后者則采用專門穩(wěn)弧儀,強調(diào)延長電弧時間,保證低壓脈沖在起弧期間到達(dá)。這種方法與國內(nèi)生產(chǎn)高壓電流或電壓法測試儀相比具有以下優(yōu)點:

①一體化設(shè)計,結(jié)構(gòu)緊湊（compact）,只要接入電源,接好地線,連接被測電纜即可進(jìn)行各種測試方法的操作,接線簡單,切換容易,安全可靠。

②自動化程度高,實現(xiàn)自動匹配、自動保護(hù)、自動判斷、自動計算,并可以進(jìn)行打印或?qū)D形存入軟盤,在計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。③無盲區(qū)問題:考慮到儀器本身的饋線以及外接的高壓電纜引線長度,因此進(jìn)行儀器調(diào)試時,引入“tm”測試,首先測試每種方法中的脈沖波經(jīng)過儀器到達(dá)引線末端所經(jīng)歷的時間“tm”值,并輸入記憶的系統(tǒng)中;測試電纜時,儀器會自動將原點（起點）定在該方法的“tm”時刻處,因“tm”為定值與波速度選擇無關(guān),無論波速度選多少,同一種方法中脈沖在儀器本身及引線所經(jīng)歷的時間“tm”是不變的;所測波形中tm時刻點即為所測電纜的始端,因此測量時沒有盲區(qū)的概念。④精度高:采用Baur公司IRG300回波儀采樣頻率已達(dá)200 MHz,以波速為=160 m/μs計算,度可達(dá)0.4 m。由于這套儀器的自動化程度高、,操作簡單,克服了電流、電壓沖擊法的不足,有效解決了高阻故障測試的困難,只要波速度選擇正確,測量結(jié)果非常準(zhǔn)確。

2電力電纜絕緣性能帶電檢測的方法[2-4]

現(xiàn)在,國內(nèi)外廣泛開展帶電檢測方法的研究,提出了多種方法。實際的運行過程中發(fā)現(xiàn),大部分電力電纜故障是由電纜絕緣發(fā)生劣化引起的。引起這種電纜發(fā)生劣化的原因較多（有電劣化、熱劣化、化學(xué)劣化、機械劣化甚至鼠蟲害引起的劣化等）,但主要仍是電劣化。其主要劣化形態(tài)為:①局部放電電劣化;②電樹枝劣化;③水樹枝劣化。研究表明33 kV以下的固體絕緣電纜中,引起絕緣劣化的主要是水樹枝劣化。但無論哪種劣化都可能造成絕緣電阻的下降,泄漏電流的增加及介質(zhì)損耗tgδ變大等現(xiàn)象。使得在工作電壓下交流損失電流變大,使得流過絕緣的電流中所含的直流分量增大。因此,可以通過對電纜絕緣的在線監(jiān)測來測定劣化信號,判定電纜絕緣是否能繼續(xù)運行。電纜絕緣的劣化信號一般來說極其微小,如因樹枝狀劣化產(chǎn)生的直流分量電流為n*,大的也只不過為μ*。因此,國外在對高分子絕緣材料劣化的基礎(chǔ)物理過程進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上,針對劣化信號,研究并采取了相應(yīng)的監(jiān)測措施。電纜絕緣在線監(jiān)測的方法有很多種,如直流電流法,直流電壓迭加法,交流電壓迭加法,低頻交流迭加法等等。

2.1直流電流法

電纜在交流電壓作用下,若發(fā)生水樹枝劣化,則電流中含有直流成分,且樹枝劣化長度與直流分量電流存在一定關(guān)系,故研究采用直流電流分量監(jiān)測法。但由于直流分量電流極小（一般為n*）,因此容易受到雜散電流的干擾。且在電纜端部表面泄露電阻因脹污或因雨而下降時,測量誤差很大,故此必須要清拭端部且要在天氣晴好時測量,所以這種方法的使用受到很大的限制。

2.2直流電壓迭加法

針對電纜中水樹枝長度與絕緣電阻的關(guān)系,研究了直流電壓迭加法。直流電壓迭加法因散雜電流的變化或端部表面泄露電阻變低而產(chǎn)生較大的測量誤差。且直流電壓是經(jīng)中性點接地的電壓互感器旋加于電纜的,若互感器中長期流過直流電源會發(fā)生磁飽和現(xiàn)象而產(chǎn)生零序電壓,可能使變電所內(nèi)繼電器誤動作。

2.3低頻交流迭加法

針對電纜中水樹枝長度與絕緣電阻的關(guān)系,研究了低頻交流迭加法。低頻交流迭加法是一種較好的方法,所監(jiān)測的交流損失電流在原理上隨著劣化的發(fā)展而變大的。但在使用中應(yīng)認(rèn)真確認(rèn)電纜端部的工作狀態(tài),例如為調(diào)整端部電場分布而裝有應(yīng)力環(huán)時,即使電纜絕緣良好,交流損失電流也較大,那么僅根據(jù)在線監(jiān)測的信號,就可能作出”絕緣不良”的誤判斷。

2.4交流電壓迭加法

交流電壓迭加法的測量原理是:在電纜的屏蔽層上迭加101 Hz（即2倍工頻+1Hz）的交流電壓,監(jiān)測樹枝劣化而產(chǎn)生1Hz的劣化信號。由于樹枝劣化的電纜上迭加工頻+約1 Hz電壓時,被測的劣化信號大,可采用這種方法檢測出1 Hz的劣化信號的強弱來判斷電纜劣化的程度。這種監(jiān)測方法的優(yōu)點是:①可從電纜接地線處迭加電壓,測定簡單方便,不僅可作為在線監(jiān)測,也可作帶電監(jiān)測,用一套設(shè)備監(jiān)測多條電纜;②因迭加電壓檢測的是已知劣化信號,即1 Hz信號,故檢測精度高,抗干擾能力強;③受鎧裝絕緣電阻及端部污損等因素影響較小。

3結(jié)論

通過以上的分析比較,我們可以發(fā)現(xiàn)在不帶電檢測方法中,二次脈沖法是一種比較好的方法,在帶電檢測的方法中,交流電壓迭加法是目前比較好的一種方法。雖然帶電檢測的方法還不很成熟,比如對絕緣劣化程度的判斷等方面,還需要做大量的研究工作,但是這是電力電纜檢測的一種發(fā)展方向。