第7讲-电力电缆的在线监测
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（统称：电缆附件）
监测XPLE电缆局部放电的主要方法
2018/10/11
电缆接头应力锥内部因突 起引起的放电
应力锥与电缆表面之间引 发的放电
电缆接头盒上的监测
• 监测频率可大于10MHz，可用差动平衡电路进行 抗干扰。
优点：无需加入专门的高压 源和耦合电容，无需改变接 线；抑制噪声能力强。
缺点：高频信号衰减严重。
护层故障
2018/10/11
深圳：护层被白蚁咬坏，多点接地。 花家地110千伏电缆投运一年时应力锥击穿情况
4
电缆表面爬电痕迹图
2018/10/11
紫竹院110千伏电缆应力锥击穿情况
北京十三陵电厂220KV电缆GIS终端爆炸
高压电缆的在线监测方法
5
在线监测什么？
电缆运行状态参数 电缆敷设环境监测
10
高频脉冲电流法
传感器采用宽带罗哥夫斯基线圈（100kHz-80MHz)
2018/10/11
浇注式中间接头
电容分压器法
灵敏度取决于分压比：C1/(C1+C2)
11
• 高频脉冲电流法和电容分压器法较适合现场使用 • 电容分压器法灵敏度最高，且有利于故障的定位 • 缺点：需要破坏电缆屏蔽层，在连接盒上插入内
2018/10/11
线芯、半导体屏蔽层、XLPE绝缘、铠甲、护套等
电缆GIS终端的结构
2
电力电缆敷设
电缆敷设在砖槽内 电缆敷设在隧道内
杂质 分层/层状缺陷
电缆制造中的缺陷
外半导电层 主绝缘 内半导电层
线芯
半导电层突起
空洞
• 制造、安装中产生气隙、杂质、突起、损伤、变形 • 运行中因发热、损耗引起的老化劣化
护套绝缘监测：通过连续检测金属护套接地电流，监 测护套绝缘（多点接地、接地线被盗等）。
瞬间故障电流监测：当线路跳闸时，可以识别电缆瞬 间电流出现故障的区间，对于长电缆定位很有意义
局部放电监测
分布式光纤测温原理
光纤温度传感是一种利用激光在光纤中传输 时产生的光时域反射原理和喇曼散射信号来 获取空间温度分布信息的测量方式。
电缆温度测量
红外测温
红外
光纤百度文库
• 利用光纤传递
热电偶
温度信号 • 可分布式测温
• 结构简单
• 工程难度大
• 技术成熟
• 成本高
• 金属导线传输信
号，绝缘困难
• 非接触式 • 绝缘简单 • 聚焦困难 • 测量精度低
光纤测温 热电偶测温
23
2018/10/11
运行状态监测
电缆温度监测：连续测量电缆及附件表面温度，结合 运行电流，实时计算线芯温度，奠定动态增容基础
环境参数的监测
隧道中的水位监测和控制 环境温度监测及运行控制 入口的进入报警及视频监测 井盖监测及防盗报警 烟雾、有害气体监测（一氧化碳和甲烷）
2018/10/11 隧道现场照片
14
测试现场
风机自动控制系统
2018/10/11 水位自动监控 自动防火门系统
15
防盗井盖及摄像监控系统
摄像监控
电缆故障统计
2018/10/11
运行中的老化：水树与电树
• 制造、安装中产生气隙、杂质、突起、损伤、变形 • 运行中因发热、受潮、损耗引起的绝缘老化劣化
3
外力破坏
• 制造、安装中产生气隙、杂质、突起、损伤、变形 • 运行中因发热、损耗引起的绝缘老化劣化
接地线被盗引起电缆被烧毁
电缆终端击穿
• 排除外力破坏因素，绝缘故障是导致电缆失效的主要原因， 而绝大多数绝缘故障表现为中间接头、终端的放电故障 （97%以上）
电力设备在线检测与故障诊断 电力电缆的在线监测
高电压与绝缘技术研究所
电缆的结构与故障统计
主要内容
电缆的结构和故障统计 电缆的在线监测方法
2018/10/11
电缆的特点
随着城市电网的发展，电缆用量越来越大 优点是受气候影响小，节省空间、安全可靠、维
护量小、隐蔽耐用。 缺点是建设投资成本高、故障排查及事故处理时
电极等，在现场实现还有一定困难
电缆接头预埋传感器
2018/10/11
电缆放电缺陷的诊断
基于放电图谱的人工诊断 基于信号波形特征分析的诊断
12
基于谱图的诊断
尖板放电图谱：宽带电流
滑闪放电谱图
气泡放电图谱
2018/10/11
悬浮放电谱图
13
基于信号波形特征分析的诊断
用波形信息形成时频谱图（TF谱图） 聚类分析：形成多个放电集 还原各个放电集的PRPD谱图 根据图谱库特征诊断
法突破的瓶颈。
准确获取 线芯温度
极大提高 电缆运行效率
31
2018/10/11
结构紧凑
温度监测难题：无法测量线芯温度
监测表皮温度
折算线芯温度
导体温度
T1
R1 T 2 R2
Q 1' C1' Q1" C1"
Q2 C2
• 分布式光纤 • 红外
• 无法准确掌握环境参数
• 无法准确确定负荷周期 变化产生的影响
2018/10/11
隧道环境监控
烟雾
温湿度
防水防爆灯
有毒气体
实际现场监测系统 16
北京电力公司：红奥一线、二线
2018/10/11
17
间较长
1
电缆的类型
油纸绝缘电力电缆 橡胶绝缘电力电缆 聚氯乙烯绝缘电力电缆 交联聚乙烯绝缘电力电缆（简称XLPE电缆）
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
电缆户外终 端的结构
电力电缆的结构
• 交联聚乙烯绝缘电力电缆结构
• 计算往往选择最恶劣的 条件
表面温度
T R T R T R n-3
n-3
n-2
n-2
n-1
n-1
Tn
Rn
To
Ro1
Rom
Q C n-3 n-3
C n-2
C n-1
Q n C n' C n"
Co To1
Tom
导体
绝缘体及内、外屏蔽层
垫层
气隙
金属 护层 外护层
环境
30
电缆中间接头测温
DS18B20温度传感器
8
接地电流测量
护套接地电流、瞬态短路电流测量
A，B，C三相护层电流实时曲线
2018/10/11
电缆局部放电的监测
电树枝
电树枝的发展过程
9
电树枝击穿是电缆最危险的劣化形式。 局部放电监测可以发现电树枝 与油纸绝缘相比，XLPE电缆对局部放电非常敏
感 电缆对局部放电要求非常严格，不超过10pC 电缆容易发生局部放电的部位：接头、终端部位
24
6
分布式光纤安装方法
内敷设具有一次施工，成本低， 测量准确等优点，需要在生产时 敷设光纤。
25
光纤测温系统
2018/10/11
外敷设
外敷设需要二次施工， 成本高、可靠性差， 适合已经铺设完成的 电缆线路。
26
运行电流实时曲线
7
热电偶测温
无法准确获取 线芯温度
电网规划、设计中， 电缆载流量成为无
监测XPLE电缆局部放电的主要方法
2018/10/11
电缆接头应力锥内部因突 起引起的放电
应力锥与电缆表面之间引 发的放电
电缆接头盒上的监测
• 监测频率可大于10MHz，可用差动平衡电路进行 抗干扰。
优点：无需加入专门的高压 源和耦合电容，无需改变接 线；抑制噪声能力强。
缺点：高频信号衰减严重。
护层故障
2018/10/11
深圳：护层被白蚁咬坏，多点接地。 花家地110千伏电缆投运一年时应力锥击穿情况
4
电缆表面爬电痕迹图
2018/10/11
紫竹院110千伏电缆应力锥击穿情况
北京十三陵电厂220KV电缆GIS终端爆炸
高压电缆的在线监测方法
5
在线监测什么？
电缆运行状态参数 电缆敷设环境监测
10
高频脉冲电流法
传感器采用宽带罗哥夫斯基线圈（100kHz-80MHz)
2018/10/11
浇注式中间接头
电容分压器法
灵敏度取决于分压比：C1/(C1+C2)
11
• 高频脉冲电流法和电容分压器法较适合现场使用 • 电容分压器法灵敏度最高，且有利于故障的定位 • 缺点：需要破坏电缆屏蔽层，在连接盒上插入内
2018/10/11
线芯、半导体屏蔽层、XLPE绝缘、铠甲、护套等
电缆GIS终端的结构
2
电力电缆敷设
电缆敷设在砖槽内 电缆敷设在隧道内
杂质 分层/层状缺陷
电缆制造中的缺陷
外半导电层 主绝缘 内半导电层
线芯
半导电层突起
空洞
• 制造、安装中产生气隙、杂质、突起、损伤、变形 • 运行中因发热、损耗引起的老化劣化
护套绝缘监测：通过连续检测金属护套接地电流，监 测护套绝缘（多点接地、接地线被盗等）。
瞬间故障电流监测：当线路跳闸时，可以识别电缆瞬 间电流出现故障的区间，对于长电缆定位很有意义
局部放电监测
分布式光纤测温原理
光纤温度传感是一种利用激光在光纤中传输 时产生的光时域反射原理和喇曼散射信号来 获取空间温度分布信息的测量方式。
电缆温度测量
红外测温
红外
光纤百度文库
• 利用光纤传递
热电偶
温度信号 • 可分布式测温
• 结构简单
• 工程难度大
• 技术成熟
• 成本高
• 金属导线传输信
号，绝缘困难
• 非接触式 • 绝缘简单 • 聚焦困难 • 测量精度低
光纤测温 热电偶测温
23
2018/10/11
运行状态监测
电缆温度监测：连续测量电缆及附件表面温度，结合 运行电流，实时计算线芯温度，奠定动态增容基础
环境参数的监测
隧道中的水位监测和控制 环境温度监测及运行控制 入口的进入报警及视频监测 井盖监测及防盗报警 烟雾、有害气体监测（一氧化碳和甲烷）
2018/10/11 隧道现场照片
14
测试现场
风机自动控制系统
2018/10/11 水位自动监控 自动防火门系统
15
防盗井盖及摄像监控系统
摄像监控
电缆故障统计
2018/10/11
运行中的老化：水树与电树
• 制造、安装中产生气隙、杂质、突起、损伤、变形 • 运行中因发热、受潮、损耗引起的绝缘老化劣化
3
外力破坏
• 制造、安装中产生气隙、杂质、突起、损伤、变形 • 运行中因发热、损耗引起的绝缘老化劣化
接地线被盗引起电缆被烧毁
电缆终端击穿
• 排除外力破坏因素，绝缘故障是导致电缆失效的主要原因， 而绝大多数绝缘故障表现为中间接头、终端的放电故障 （97%以上）
电力设备在线检测与故障诊断 电力电缆的在线监测
高电压与绝缘技术研究所
电缆的结构与故障统计
主要内容
电缆的结构和故障统计 电缆的在线监测方法
2018/10/11
电缆的特点
随着城市电网的发展，电缆用量越来越大 优点是受气候影响小，节省空间、安全可靠、维
护量小、隐蔽耐用。 缺点是建设投资成本高、故障排查及事故处理时
电极等，在现场实现还有一定困难
电缆接头预埋传感器
2018/10/11
电缆放电缺陷的诊断
基于放电图谱的人工诊断 基于信号波形特征分析的诊断
12
基于谱图的诊断
尖板放电图谱：宽带电流
滑闪放电谱图
气泡放电图谱
2018/10/11
悬浮放电谱图
13
基于信号波形特征分析的诊断
用波形信息形成时频谱图（TF谱图） 聚类分析：形成多个放电集 还原各个放电集的PRPD谱图 根据图谱库特征诊断
法突破的瓶颈。
准确获取 线芯温度
极大提高 电缆运行效率
31
2018/10/11
结构紧凑
温度监测难题：无法测量线芯温度
监测表皮温度
折算线芯温度
导体温度
T1
R1 T 2 R2
Q 1' C1' Q1" C1"
Q2 C2
• 分布式光纤 • 红外
• 无法准确掌握环境参数
• 无法准确确定负荷周期 变化产生的影响
2018/10/11
隧道环境监控
烟雾
温湿度
防水防爆灯
有毒气体
实际现场监测系统 16
北京电力公司：红奥一线、二线
2018/10/11
17
间较长
1
电缆的类型
油纸绝缘电力电缆 橡胶绝缘电力电缆 聚氯乙烯绝缘电力电缆 交联聚乙烯绝缘电力电缆（简称XLPE电缆）
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
电缆户外终 端的结构
电力电缆的结构
• 交联聚乙烯绝缘电力电缆结构
• 计算往往选择最恶劣的 条件
表面温度
T R T R T R n-3
n-3
n-2
n-2
n-1
n-1
Tn
Rn
To
Ro1
Rom
Q C n-3 n-3
C n-2
C n-1
Q n C n' C n"
Co To1
Tom
导体
绝缘体及内、外屏蔽层
垫层
气隙
金属 护层 外护层
环境
30
电缆中间接头测温
DS18B20温度传感器
8
接地电流测量
护套接地电流、瞬态短路电流测量
A，B，C三相护层电流实时曲线
2018/10/11
电缆局部放电的监测
电树枝
电树枝的发展过程
9
电树枝击穿是电缆最危险的劣化形式。 局部放电监测可以发现电树枝 与油纸绝缘相比，XLPE电缆对局部放电非常敏
感 电缆对局部放电要求非常严格，不超过10pC 电缆容易发生局部放电的部位：接头、终端部位
24
6
分布式光纤安装方法
内敷设具有一次施工，成本低， 测量准确等优点，需要在生产时 敷设光纤。
25
光纤测温系统
2018/10/11
外敷设
外敷设需要二次施工， 成本高、可靠性差， 适合已经铺设完成的 电缆线路。
26
运行电流实时曲线
7
热电偶测温
无法准确获取 线芯温度
电网规划、设计中， 电缆载流量成为无