电力电缆在线监测与诊断

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XLIE电缆的基本结构
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交联聚乙烯绝缘电缆结构示意图
1、导体 2、导体屏蔽 3、交联聚乙烯绝缘 4、绝缘屏蔽 5、金属屏蔽 6、填充 7、内衬层 8、铠装层 9、外护 套 13
1. 导电线芯：高导电率材料，绞线承圆形或扇形截 面。
2. 绝缘层：高电阻率材料，tg、 低而电气强度Eb 高的油浸纸、橡皮或塑料。 3. 密封护套：保护绝缘线芯免受机械、水分、化学 等的损伤，有时外部还有保护覆盖层。 4. 半导体层的作用：均匀电场，它可以克服电晕及 游离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡。
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回路中流通微弱的直流成分电流
直流成分电流监测
微电流测量装置
微电流测量仪
低通滤波器
衰减交流成分、检出直流成分 接地保护装置 保证试验人员和装置的安全
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直流成分电流监测 6 kV XLPE电缆交流击穿电压与 直流分量的关系
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直流成分电流监测
判断规则 直流成分电流 小于1 nA 绝缘良好
L、C
调谐于50 Hz
杂散电流Es的影响 正、反向 叠加直流
电压消除
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直流叠加法
判断规则 测得绝缘电阻
大于1000 M 绝缘良好
小于10 M 绝缘不良
介于两者间
加强监测
试验证明：用直流叠加法测得的绝缘电阻与停 电后加直流高压时的测试结果很相近。
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DC Superposition Method
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为什么使用电缆？
输电通道小 不受环境污染影响 使用电缆的优点 可靠性高 对人身及周围环境干扰小
特殊应用环境
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制造工艺复杂 使用电缆的缺点 造价高 施工维修麻烦
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电力电缆发展简史
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电力电缆的使用至今已有百余年历史。
1879年 爱迪生首次使用电缆实现地下输电。
1911年 德国敷设60kV高压电缆。
第五章 电力电缆在线监测 与诊断
On-line monitoring and fault diagnosis for power cable
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本章内容
• • • • 概述 电缆绝缘的劣化和诊断内容 电缆绝缘的在线监测 电缆的故障定位方法
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§5.1 概述
什么是电力电缆？
架空线 电力传输通道 电力电缆
●DC 5 - 50V is superimposed on the high voltage in service. ●DC component in leakage current is measured.
by DC superposition method (MΩ)
Relationship between DC superposition method and DC leakage current.
借助电抗器将直流电压在线叠加于电缆绝缘测量直流叠加电流。
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直流叠加法
防止影响GPT二次输出电压
直流电压不能很高，约1050 V
直流电压不高 电缆绝缘处于交流高压作用下 真实反映绝缘的实际状况
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直流叠加法
6 kV XLPE电缆
直流叠加电流
与
水树长度 的关系
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直流叠加法
保证安全
●DC leakage current is highly sensitivity.
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直流泄漏电流
DC power supply (buttery)
terminal
guard electrod e
recorder
cable
试验线路
判断标准
泄漏电流值 状态良好 <0.1μA 损坏或值得注意 0.1-1μA ≧1μA
PI (= I1 / I10) <1 Existence of kick
针对形成桥的 水树枝
实际采用
低频叠加法 残余电荷法 针对未形成桥 的水树枝 离线 损耗电流法
Harmonic component current in loss current is measured.
针对形成桥路的水树 DC leakage ＞ AC superposition ≒ LF : superposition 枝探测效果 ＞ DC superposition ≫ DC component
1913年 霍希施泰特研制成分相屏蔽电缆。
1981年 研制成1000kV的特高压电力电缆。
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XLPE电缆
• 结构简单 • 无敷设落差限制 • 安装维护方便 • 1952年：发明XLPE材料 • 1957年：GE制成XLPE电缆 • 50年代末：第一代工艺 | 湿法交联 • 70年代末：第二代工艺 | 干式交联 • 80年代中后期：第三代工艺 | 净化材料,自动控制
Resistance measured by DC leakage current 直流漏れ電流法による絶縁抵抗（ MΩ） (MΩ)
直流重畳法による絶縁抵抗（ MΩ） Resistance measured
DC power supply
Measuring equipment
cable
Test circuit
AC breakdown voltage (kV)
水树枝劣化的监测方法：
●Detection of bridged water tree On-line diagnostic methods ●Detection of un-bridged water tree Off-line diagnostic methods
大于100 nA 绝缘不良
介于两者间 加强监测
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直流成分电流监测
护层与地之间有化学电势Es
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护层与电缆绝缘护层的绝缘电阻下降 M中将流过杂散电流 通常Es不超过 0.5 V
当护层绝缘电阻小于200500 M
杂散电流将影响诊断的可靠性
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直流法
直流叠加法
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§5.2 电缆绝缘的劣化和诊断内容
电缆故障原因
B
C D
编号
A B C
电缆故障原因
外力破坏 附件制造质量缺陷 敷Baidu Nhomakorabea施工质量缺陷
比例
58% 27% 12%
A
D
电缆本体质量缺陷
3%
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交联聚乙烯电缆的寿命
电压寿命极限
额定 电压
3-6kVrms
11kVrms more than 22kVrms Rated highest voltage +α
BDV of cable with bridged WT
Electrical tree
Insulation layer
Insulation layer 20 tree Un-bridged water
Bridged water tree
根据现场运行经验，水树枝劣化特性如下： （l）仅发生在6kV以上的高压交联聚乙烯电缆中。
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BDV; 10-20kV
No. of BD samples
8 6 4 2 0 5 10 15 20 25
电压寿命 极限
劣化 条件
a few years after bridged water tree initiation After bridged water tree initiation (1 year or more ?) Immediately after or before bridged water tree initiation
电力电缆监测和诊断方法
离线方法 直流法 工频法 低频法 综合判断法
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对已运行油纸电力电缆的试验项目
项目 测量绝缘电阻 周期 1～3 年一次 类型 直流耐压试验 并测量泄漏电 流 主干线每年 一次 油纸 橡塑 电缆油的耐压 电缆油的 tgδ 2～3 年一次 2～3 年一次 标准 绝缘电阻的标准自行规定 试验电压标准 额定电压 U0（kV） 15～35 63～110 220 330 2～35 试验电压 4 U0 2.6 U0 2.3 U0 2 U0 2.5 U0 说明 1kV 以上者用 2.5kV 兆欧表 加电压 5min,除塑 料电缆外，三相泄 漏电流的不平衡 系数应不大于 2 耐压试验用的标 准油杯 测 tgδ 用的标准 油杯
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绝缘连接盒两侧接成差分法以测量局放
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一种电缆检测系统
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水树枝检测方法
对象 测量条件 离线 直流泄漏电流法 直流成分法 直流叠加法 在线 交流叠加法 方法 DC leakage current under DC high voltage application is measured. DC component current in service is measured. DC component current when low DC voltage is superimposed on rated voltage is measured. 1Hz current when low voltage of 2f+1 Hz is superimposed on rated voltage (f) is measured. 7.5Hz loss current when low 7.5Hz voltage is superimposed on rated voltage is measured. Residual charge after DC voltage application is measured. 研究中 试用中 实用情况
电流波形
-
Normal
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直流泄漏电流
Accumulation probability (%)
Applied stress ; 1kV/mm 90 Un-bridged water tree 50 20 10 Bridged water tree
0.001
0.01
0.1
1
直流泄漏电流 (μA)
●One bridged water tree can pass the DC leakage current of about 0.1 μA. 36 ●Un-bridged water trees can hardly pass the DC leakage current.
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运行中油不小于 45kV，新油不小于 50kV
+2℃时，运行中油不大于 1%，新油不大 100于 0.5%
XLPE预试时不宜用直流耐压
• 运行后常有（电、水）树枝生成
• 直流耐压时沿树枝有电荷注入 • XLPE电阻率极高，短路时电荷放不完
• 再加交流时电场畸变，更易击穿
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XLPE几种停电预试方案
• 用超低频0.1Hz测tanδ及耐压 • 用交流（串联谐振）测tanδ及耐压 • 用振荡波试验耐压
• 测回复电压
• 测极化去极化电流
• 测损耗电流中的谐波分量
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回复电压的测量方法
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回复电压实例
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Tettex 5462
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极化去极化电流测量原理
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极化去极化电流典型曲线
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PDC-ANALYSER-1MOD
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电缆敷设情况
电压等级 / kV 10 35 110 (66) 220 (330) 电缆总长度 / km 73,664 11,569 05,303 00,528 XLPE电缆所占比例 /% 98.2 95.3 90.7 57.9
500
00,056
42.7
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电缆故障率 按电压等级
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电缆故障率 按运行时间
直流法
直流成分电流监测
直流叠加法
直流电桥法
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直流成分电流监测
直流成分法机理
电缆中存在水树时，类似尖板电极具有整流作用。因此 在工作电压下，电缆绝缘中将流过微小的直流电流。根据这一 电流的数值，既可判断电缆中水树的发展状况。
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直流成分电流监测
直流成分电流监测原理接线
TR 配电变压器 GPT 接地保护用 电压互感器 M 直流微电流 检测装置 (nA级)
（2）从投运到破坏的时间需要数年至十几年，大多 数在10年以上。
（3）贯通绝缘体的水树枝状劣化，大部分能维持正 常工作电压以上的电压值，只有在发生脉冲电压等 异常电压时才产生破坏。
（4）环境温度高时，劣化进程加快。
因此对电力电缆绝缘本体进行故障监测是可行 的，也是必要的。
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§5.3 电缆绝缘的在线监测
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电缆的种类
油纸绝缘电缆 气体绝缘电缆 塑料绝缘电缆
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聚氯乙烯电缆
塑料绝缘电缆 聚乙烯电缆
XLPE（交联聚乙烯电缆）
100 150
1 2 3 66 70 74 78 82 86
1. 电力电缆合计
铜量/1000t
2. XLPE电缆
3. 油纸电缆
50
10
交联聚乙烯电缆
XLPE， cross linked polyethylene 30余年历史 性能优良、工艺简单、安装方便 得到广泛应用