电气绝缘测试技术课件-第8课 电力电缆在线监测
合集下载
高压电力电缆绝缘在线监测
34
1.2 局部放电法
上海电力局电缆输配电公司使用便携式电力电缆局部放电
在线监测仪器，开展 PD信号的辨认和分析研究工作。
35
1.2 局部放电法
还可以使用便携式电力电缆局部放电在线监测 仪器，开展 GIS 电缆终端的PD在线监测。
36
1.2 局部放电法
英国高压电缆PD在线监测
图b16-1 电磁耦合法的电流传感器安放位置图
4
1 国内外110kV ~500kV高压电力电缆绝 缘在线监测研究概况
国内外现有高压电力电缆绝缘在线监测方法主 要有 (1)直流叠加法(2)直流成分法(3)tgδ法(4) 电桥法(5)交流叠加法(6)低频重叠法(7)谐波分 量法(8)接地线电流法与环流法(9)局部放电法 (10)温度法及上述各种方法的复合诊断法。其 中的一些传统的监测方法，如直流叠加法、直 流成分法、tgδ法、电桥法、交流叠加法、低 频重叠法较适合在6~35kV高压电力电缆中应 用，而不适合在更高电压等级的电缆中应用。
图a3双端接地单相电力电缆，金属屏蔽层接地电流在线监测接线示意图
10
1.1 接地线电流法与环流法
图a4 交叉互联XLPE 电缆的一个标准单元的接线示意图
11
1.1 接地线电流法与环流法
图h1电缆护套交叉换位电缆接地电流与环流在线监测系统
12
1.1 接地线电流法与环流法
图h2 交叉互联电缆标准单元接线中a1 - b2 - c3 的等值电路图
国内外现有的110~500kV高压电力电缆绝缘在线 监测方法主要有接地线电流法与环流法，局部放 电法和温度法。下面分别介绍这些方法：
7
1.1 接地线电流法与环流法
图a1单点接地电缆，接地线电流法原理图
1.2 局部放电法
上海电力局电缆输配电公司使用便携式电力电缆局部放电
在线监测仪器，开展 PD信号的辨认和分析研究工作。
35
1.2 局部放电法
还可以使用便携式电力电缆局部放电在线监测 仪器，开展 GIS 电缆终端的PD在线监测。
36
1.2 局部放电法
英国高压电缆PD在线监测
图b16-1 电磁耦合法的电流传感器安放位置图
4
1 国内外110kV ~500kV高压电力电缆绝 缘在线监测研究概况
国内外现有高压电力电缆绝缘在线监测方法主 要有 (1)直流叠加法(2)直流成分法(3)tgδ法(4) 电桥法(5)交流叠加法(6)低频重叠法(7)谐波分 量法(8)接地线电流法与环流法(9)局部放电法 (10)温度法及上述各种方法的复合诊断法。其 中的一些传统的监测方法，如直流叠加法、直 流成分法、tgδ法、电桥法、交流叠加法、低 频重叠法较适合在6~35kV高压电力电缆中应 用，而不适合在更高电压等级的电缆中应用。
图a3双端接地单相电力电缆，金属屏蔽层接地电流在线监测接线示意图
10
1.1 接地线电流法与环流法
图a4 交叉互联XLPE 电缆的一个标准单元的接线示意图
11
1.1 接地线电流法与环流法
图h1电缆护套交叉换位电缆接地电流与环流在线监测系统
12
1.1 接地线电流法与环流法
图h2 交叉互联电缆标准单元接线中a1 - b2 - c3 的等值电路图
国内外现有的110~500kV高压电力电缆绝缘在线 监测方法主要有接地线电流法与环流法，局部放 电法和温度法。下面分别介绍这些方法：
7
1.1 接地线电流法与环流法
图a1单点接地电缆，接地线电流法原理图
8 电气设备绝缘试验(高电压技术).ppt
电气设备绝缘试验
绝缘诊断与绝缘试验主要内容
1 绝缘测试和诊断的基本概念 2 绝缘电阻和泄漏电流的测量 3 介质损耗角正切的测量 4 局部放电的测量 5 耐压试验与预防性试验方法的特点总结 6 绝缘的在线监测
1、绝缘测试和诊断的基本概念
绝缘的测试和诊断技术概念：电力设备绝缘
在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因 素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷， 造成故障，引起供电中断。通过对绝缘的试验和 各种特性的测量，了解并评估绝缘在运行过程中 的状态，从而能早期发现故障的技术称为绝缘的 监测和诊断技术
1 1 1 1 G xj C x G 4j C 4 j C 0 G 3
解之得：
GxG4 – ω2CxC4 = 0
(1)
G4Cx + GxC4 = G3C0
(2)
由（2）得：
tgδ = IRx/ICx=Gx/ ωCx
= ωC4/G4= ωR4C4 取R4=104/л Ω ω=100 л 则 tgδ = 106C4（F）=C4（μF） 将 Gx=ωCx tgδ ; C4 = G4tgδ/ω 代入（3）得：
（5）绝缘油脏污解、决劣办法化是等将整体绝缘分解后分部测量 （如分别
测量介损不易对变发压器现线的圈和局套管部的性tgδ 进缺行陷测量：）
（1）非穿透性局部损坏（测介损时没有发生局部放电） （2）很小部分绝缘的老化劣化 （3）个别的绝缘弱点
5）测量介损时的注意事项
（1）尽可能地分部测试 （2）与温度的关系：
当检流计正接时测得：tgδ1=ω(C4+△C4)R4
CX1=C0R4/（R3+△R3）
当检流计反接时测得：tgδ2 = ω(C4－△C4)R4
CX2 = C0R4/（R3－△R3)
绝缘诊断与绝缘试验主要内容
1 绝缘测试和诊断的基本概念 2 绝缘电阻和泄漏电流的测量 3 介质损耗角正切的测量 4 局部放电的测量 5 耐压试验与预防性试验方法的特点总结 6 绝缘的在线监测
1、绝缘测试和诊断的基本概念
绝缘的测试和诊断技术概念：电力设备绝缘
在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因 素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷， 造成故障，引起供电中断。通过对绝缘的试验和 各种特性的测量，了解并评估绝缘在运行过程中 的状态，从而能早期发现故障的技术称为绝缘的 监测和诊断技术
1 1 1 1 G xj C x G 4j C 4 j C 0 G 3
解之得：
GxG4 – ω2CxC4 = 0
(1)
G4Cx + GxC4 = G3C0
(2)
由（2）得：
tgδ = IRx/ICx=Gx/ ωCx
= ωC4/G4= ωR4C4 取R4=104/л Ω ω=100 л 则 tgδ = 106C4（F）=C4（μF） 将 Gx=ωCx tgδ ; C4 = G4tgδ/ω 代入（3）得：
（5）绝缘油脏污解、决劣办法化是等将整体绝缘分解后分部测量 （如分别
测量介损不易对变发压器现线的圈和局套管部的性tgδ 进缺行陷测量：）
（1）非穿透性局部损坏（测介损时没有发生局部放电） （2）很小部分绝缘的老化劣化 （3）个别的绝缘弱点
5）测量介损时的注意事项
（1）尽可能地分部测试 （2）与温度的关系：
当检流计正接时测得：tgδ1=ω(C4+△C4)R4
CX1=C0R4/（R3+△R3）
当检流计反接时测得：tgδ2 = ω(C4－△C4)R4
CX2 = C0R4/（R3－△R3)
《电气设备绝缘试验》PPT课件
第六章 电气设备绝缘试验（二）
工频高压试验 直流高压试验 雷电冲击高压试验 操作冲击高压试验
整理ppt
12
§6-1 工频高压试验
交流耐压：是交流设备的基本耐压方式。适用于 ≤220kV以下的电力设备。 Key words: 累积效应，幅值（变压器85%）、时间 (1min)
整理ppt
13
一、工频高压的产生
耐压试验 （破坏性试验）
1.绝缘电阻与吸收比的测量 2.泄漏电流的测量 3.介质损耗角正切的测量 4.局部放电的测量
1.工频高压试验 2.直流高压试验 3.冲击高压试验
整理ppt
3
绝缘的监测和诊断技术分类对比
分类
优势
耐压试验 有效、可信
不足
可能导致绝缘破坏 (绝缘缺陷已较严重) 不能揭示缺陷的性质和根源
二、局部放电的危害
不影响电气设备的短时绝缘强度。但若在运行电压下长期 存在局部放电现象，这些微弱的放电能量和由此产生的一 些不良效应，如不良化合物的产生，就可以慢慢地损坏绝 缘，日积月累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生电气设 备的突发性故障。
整理ppt
5
三、局部放电特点 当介质内部发生局部放电时，伴随着发生许多现象。有些 属于电的：如电脉冲的产生，介质损耗的增大和电磁波放 射；有些属于非电的：如光、热、噪音、气体压力的变化 和化学变化等。
C
理想情况可获得空载输出 电压等于2nUm(n为级数)
~ 串级直流高压发生器原理图
整理ppt
26
§6-3 冲击高压试验
雷电冲击高压试验
雷电冲击耐压考验电力设备承受雷电过电压 的能力。只在制造厂进行本项试验，因为试验会 造成绝缘的积累效应，所以在规定的试验电压下 只施加3次冲击。 国家标准规定额定电压≥220kV，容量≥120MVA 的变压器出厂时应进行本项试验。
《电气设备绝缘试验 》PPT课件
7
绝缘的监测和诊断技术分类
分类
优势
不足
耐压试验 有效、可信
可能导致绝缘破坏 (绝缘缺陷已较严重)
不能揭示缺陷的性质和 根源
检查性试验
可采用多种试验揭 示揭示绝缘缺陷的 不同性质和根源
不能直接得出设备绝缘 的耐电强度
互为补充、不能相互代替
应先做检查性试验，且据此确定耐压试验的时间和条件
a
8
➢ 按照设备是否带电的方式分类（两类）
包含的种类
交流耐压试验、直流耐压试验、雷电
冲击耐压试验及操作冲击耐压试验
a
6
检查性试验(非破坏性试验)，亦 称绝缘特性试验：
在较低电压下或用其它不会损伤绝 缘的方法测量绝缘的各种情况，从 而判断绝缘内部的缺陷
包含的种类：
绝缘电阻试验、介质损耗角正切试
验、局部放电试验、绝缘油的气相
色谱分析(DGA)等a
离线：要求被试设备退出运行状态，通常 是周期性间断地施行，试验周期由电力设 备预防性试验规程（DL/T 596）规定
特点：可采用破坏性试验和非破坏性试验两
种方式，两种方式是相辅相成的。耐压试验
往往是在非破坏性试验之后才进行。缺点是
对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于
周期性的离线试验更不易判断准确
a
的变化趋势，从而显著提高了其
判断的准确性a
16
绝缘预防性试验概念：为了 对绝缘状态作出判断，需对 绝缘进行各种试验和监测， 通称为绝缘预防性试验
a
17
绝缘监测和诊断技术的三个基本环节
传感器与测量方法
正确选用各种传感器及测量手段，检 测或监测被试对象的种种特性，采集 各种特性参数
数据处理
电缆绝缘电阻的测量PPT课件
精品课件
23
四：关于绝缘电阻测量 的几个问题
精品课件
24
在高压高阻的测试环境中，为什么要求仪表接“G”端连 线？
在被测试品两端加上较高的额定电压，且绝缘阻值较 高时，被测试品表面受潮湿，污染引起的泄漏较大， 示值误差就大，而仪表“G”端是将被测试品表面泄漏的 电流旁路，使泄漏电流不经过仪表的测试回路，消除 泄漏电流引起的误差。
精品课件
27
精品课件
28
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
精品课件
8
二：兆欧表的使用方法
及接线
精品课件
9
1、测量前先将兆欧表进行一次开路和短 路试验，检查兆欧表是否正常。具体操作为 ：将两连接线开路，摇动手柄指针应指在无 穷大处，再把两连接线短接一下，指针应指 在零处。
精品课件
10
2、被测电缆必须与其他电源断开，测量 完毕一定要将被测设备充分放电（约需2~3分 钟），以保护设备及人身安全。
在测量绝缘前后，必须将被试设备对地放电 。
精品课件
21
4、测量电缆绝缘必须把另外两项短路接地。
5、电缆另一端不能与任何导体接触，避免造 成短路接地。
精品课件
22
6、在带电设备附近测量绝缘电阻时，测量人 员和摇表安放位置，必须选择适当，保持安 全距离，以免摇表引线或引线支持物触碰带 电部分。移动引线时，必须注意监护，防止 工作人员触电。
兆欧表由一个手摇发电机、表头和三个 接线柱（即l：线路端、e：接地端、g：屏蔽 端）组成。
精品课件
7
电力设备的在线监测与故障诊断PPT课件
运输中的冲击
变压器绕组变形的监测
变压器绕组变形的监测
离线检测方法：短路阻抗测量法、频响分析法、低 压脉冲法、径向漏磁场测试法
在线监测方法：短路电抗法、振动信号分析法、频 响分析法
短路电抗法
振动法
变压器本体振动来源
硅钢片磁滞伸缩引起铁芯振动 硅钢片接缝处和叠片之间存在因漏磁引起的电磁吸引力，
电气设备状态监测与故障诊断的意义
电气设备的组成：绝缘材料、导电材料、导磁材料等。
绝缘材料大多为有机材料：矿物油、绝缘纸、各种有机合成 材料，运行中受电、热、机械、环境等各种因素的作用，容 易发生劣化，造成设备故障。——设备绝缘结构性能的好坏， 成为决定整台设备寿命的关键。
由于大型电气设备发生故障而造成突发性停电事故，会造成 巨大的经济损失和不良的社会影响。
局部放电监测的意义
局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的主 要原因。这是一个“日积月累”的过程，可谓“冰冻 三尺非一日之寒”。
刷形树枝
丛林状树枝
变压器中局部放电类型
气隙放电
（1）密封于固体内的气泡。例如：铁芯环氧绑扎带内的气泡。 （2）油和固体包围的气泡。例如：纸板夹层的气泡。
悬浮放电
不同故障类型产生的气体组分
故障类型
主要气体成分
油过热 油和纸过热
CH4、C2H4 CH4、C2H4、CO、CO2
油纸绝缘中局部放电
H2、CH4、C2H2、CO
油中火花放电
C2H2、H2
油中电弧
H2、C2H2
油和纸中电弧
H2、C2H2、CO、CO2
次要气体成分
H2、C2H6 H2、C2H6 C2H6、CO2
动触头的行程可以通过旋转编码器进行监测。
变压器绕组变形的监测
变压器绕组变形的监测
离线检测方法：短路阻抗测量法、频响分析法、低 压脉冲法、径向漏磁场测试法
在线监测方法：短路电抗法、振动信号分析法、频 响分析法
短路电抗法
振动法
变压器本体振动来源
硅钢片磁滞伸缩引起铁芯振动 硅钢片接缝处和叠片之间存在因漏磁引起的电磁吸引力，
电气设备状态监测与故障诊断的意义
电气设备的组成：绝缘材料、导电材料、导磁材料等。
绝缘材料大多为有机材料：矿物油、绝缘纸、各种有机合成 材料，运行中受电、热、机械、环境等各种因素的作用，容 易发生劣化，造成设备故障。——设备绝缘结构性能的好坏， 成为决定整台设备寿命的关键。
由于大型电气设备发生故障而造成突发性停电事故，会造成 巨大的经济损失和不良的社会影响。
局部放电监测的意义
局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的主 要原因。这是一个“日积月累”的过程，可谓“冰冻 三尺非一日之寒”。
刷形树枝
丛林状树枝
变压器中局部放电类型
气隙放电
（1）密封于固体内的气泡。例如：铁芯环氧绑扎带内的气泡。 （2）油和固体包围的气泡。例如：纸板夹层的气泡。
悬浮放电
不同故障类型产生的气体组分
故障类型
主要气体成分
油过热 油和纸过热
CH4、C2H4 CH4、C2H4、CO、CO2
油纸绝缘中局部放电
H2、CH4、C2H2、CO
油中火花放电
C2H2、H2
油中电弧
H2、C2H2
油和纸中电弧
H2、C2H2、CO、CO2
次要气体成分
H2、C2H6 H2、C2H6 C2H6、CO2
动触头的行程可以通过旋转编码器进行监测。
高压电力设备在线监测技术电力电缆在线监测与诊断ppt文档
●Detection of un-bridged water tree
Off-line diagnostic methods Insulation layer
Insulation layer
Bridged water tree Un-bridged water tree
根据现场运行经验，水树枝劣化特性如下：
§5.3 电缆绝缘的在线监测
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
对已运行油纸电力电缆的试验项目
项目
周期
标准
测量绝缘电阻 1～3 年一次
绝缘电阻的标准自行规定
直流耐压试验 并测量泄漏电
流
主干线每年 一次
试验电压标准
类型 额定电压 U0（kV） 试验电压
铜量/1000t 50 100 150
1 2
3 66 70 74 78 82 86
1. 电力电缆合计 2. XLPE电缆 3. 油纸电缆
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
XLIE电缆的基本结构
（l）仅发生在6kV以上的高压交联聚乙烯电缆中。
（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。
• 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
电气绝缘测试技术专题课件.ppt
适用于： 灵敏度要求不高 的场合，测量范 置0~100MΩ。 电压等级： 500V、1000V、 2500V
三、检流计法
电压范围：100~1000V 检测电流：10-10A/mm 检测电阻：1012Ω。
三、高阻计法
Rx
U Ix
SURN IP
检测电流：>10-10A 检测电阻：>1014Ω。
1.4 比较法测量测量绝缘电阻 分为：电桥法和电流比较法 电桥法
（2）湿度
绝缘材料吸湿后，电阻率要明显下降。
（3）电场强度
在电场不高时，电阻率几乎与电场强度无关。当电场强 度很高时，电子电导起明显作用，此时电导随电场率度增高 而明显增加。同时，当电压升高时，绝缘体中的某些缺陷， 如裂纹或气泡将产生放电，绝缘电阻也会有所下降。
nfq2 2
6KT
A
e kT
1
q2 2E 2
绪论
电气绝缘测试
高电压或强电场电工、电子产品在研究、设计、制造和运行中， 绝缘性能的测试。其目的可概括如下：
1）科学研究工作
研究介电性能（传统四大参数ρ或γ、εr、tanδ和Eb）与材料 组份、微观结构的关系。
2）工程领域（绝缘材料、电气设备制造业、电子器件制造业）
产品开发和设计时，模型实验中绝缘性能的测试；制造过程中， 材料、半成品和成品绝缘性能的测试判断产品合格与否；电力系统电 气设备运行过程中，绝缘状态的检测和监测判断设备的运行状态是否 满足运行要求及其可靠性等。
Rx
RN
RB RA
优点：可测电阻1014Ω、量程广，准确度高。 缺点：操作麻烦
1.5 充放电法测量绝缘电阻 分为：充电法和自放电法 充电法
Ix C0U0 / t
高压电力电缆绝缘电阻测试PPT课件
.
21
验电
请在已知带电的设备上检查验电器，完好。
（验电器完好。）
请对教培线高压电缆各相验电
（教培线A\B\C相均无电压。）
.
22
放电
请对教培线A\B\C三相充分放电。 （教培线A\B\C三相放电完毕）
.
23
装设接电线
请在教培线A\B\C三相装设接地线。 （教培线A\B\C三相接地线完毕）
.
24
.
28
钢铠对地绝缘测试（500V）
• 1、接线完成后，先驱动兆欧表至额定转速 （120转/分钟），此时，兆欧表指针应指向 “∞”，再将火线接至钢铠上，读取60S绝缘
电阻的数值，做好记录。
• 读取绝缘电阻的数值后，先断开接至被试品的 火线，然后再将兆欧表停止运转。
• 将钢铠充分放电并接地（操作应采用绝缘工
• 不平衡系数等于同一电缆各芯线的绝缘电阻值中 最大值与最小值之比，绝缘良好的电缆，其不平 衡系数一般不大于2.5。
• 标准不小于1000兆欧
.
33
• 1.6 测量结果分析判断 • 运行中电缆，其绝缘电阻值应从各次试验数据的变化规律
及相间的相互比较来综合判断。 • 1.6.1电力电缆的绝缘电阻值与电缆的长度和测量时的温度
有关，所以应进行温度和长度的换算，公式为：
• Ri20=RitKL • 式中 Ri20表示温度为20℃时的单位绝缘电阻值，（
MΩ.km）; • Ri表示电缆长度为L,在温度为t℃时的绝缘电阻值，MΩ; • L为电缆长度（km）； • K为绝缘电阻温度换算系数，见下表
.
34
• 电缆绝缘的温度换算系数
•
.
8
• 由于施加电压后，绝缘中存在着三种随时间而衰减
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
（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。
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
大于100 nA 绝缘不良
介于两者间 加强监测
直流成分电流监测
护层与地之间有化学电势Es
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
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 检测装臵 (nA级)
回路中流通微弱的直流成分电流
直流成分电流监测
微电流测量装臵
微电流测量仪
低通滤波器
衰减交流成分、检出直流成分 接地保护装臵 保证试验人员和装臵的安全
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
特殊应用环境
制造工艺复杂 使用电缆的缺点 造价高 施工维修麻烦
电缆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种类
油纸绝缘电缆 气体绝缘电缆 塑料绝缘电缆
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）
150
铜量/1000t
1 2 3 66 70 74 78 82 86
1. 电力电缆合计
100
2. XLPE电缆
3. 油纸电缆
水树枝延伸的时间特性
36 kV级XLPE电缆交流击穿场强 与水树长度的关系
水树引起的绝缘故障发展过程
水树枝具有消失和重现的特点，有的水树枝受
热、干燥、抽真空后会消失形态，浸入热水中又会
重现。水树枝不会直接导致击穿，但会使绝缘强度
降低，促进老化作用，缩短寿命。长期逐步发展最 终将导致绝缘损坏.
固体电介质树枝化劣化
在高电场强度作用下，固体介质内常出现树枝状 局部损坏。在电场的持续作用下，这些树枝状微通道 就可能沿电场方向贯穿整个绝缘，导致击穿。所以树 枝现象也是预击穿现象。 电树枝
水树枝
1. 电树枝
电极尖端处或微小空气隙、杂质等处电场较强， 发生的放电逐渐发展，形成较细的沟状放电通道的 碳化痕迹。
架空线 电力传输通道 电力电缆
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。
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。
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
电缆终端或中间接头出现放电点 电缆终端或中间接头出现过热点 电缆外护层绝缘不良导致的环流故障
对电缆在线监测技术的要求
实时报警
故障精确定位
综合监测（温度、烟雾、放电等）
杂散电流将影响诊断的可靠性
直流法 直流叠加法
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。
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
直流叠加法
6 kV XLPE电缆
直流叠加电流
1 50 Hz 0,1
60 C 80 C
60 Hz
0,01
0,001 0,001
0,01
0,1 1 Frequency [Hz]
10
100
1000
6 kV XLPE电缆交流击穿电压 与在线测得 tg 间的关系
统计分析表明 tg大于1% 绝缘不良
XLPE的 tan 标准
如果满足以下条件，电缆状态正常 : tan (2 U0) < 1.2 ‰ and [tan (2 Uo) - tan (Uo)] < 0.6 ‰ 如果发生以下情况，则电缆处于故障状态 (须立即更换） : tan (2 Uo) 2.2 ‰ or
对测量装臵要求较高
低频法 低频叠加法
避免直流微电流测量上的困难 将7.5 Hz、20 V的低频电压 在线叠加于电缆 在电缆接地线中串接入测量装臵
绝缘电阻值
低频叠加法6 kV电缆绝缘电阻
与工频击穿电压的关系
判断规则 绝缘电阻大于1 000 M
性能良好
绝缘电阻小于1 000 M 性能下降 绝缘电阻小于400 M 电缆应立即更换
R3之值并不参与计算
其他设备的绝缘电阻不影响测量结果
工频法 介损因数法
加于电缆的电压信号(通过电压互感器取出)
流过绝缘的电流信号(通过电流互感器取出) 通过数字化测量装臵
电缆绝缘的tg
什么是介质损耗角 ( tan ) ??
电压
电流
0 time/sec 10
介质损耗角 tan d =
受潮对tan的影响
1
50 Hz 0,1 60 Hz
0,01
0,001 0,001
0,01
0,1 1 Frequency [Hz]
10
100
1000
10
Dry paper (< 0.5%) at different temperatures
Tan
20 C 40 C
o o o o
温度对tan的影响
复合判断法
绝缘状态与特性参数间的统计分散性 仅用一种方法诊断绝缘 漏判和错判的可能
采用几种方法，互相配合进行复合诊断 可提高诊断的正确性
采用包含直流叠加法、tg法和局部放电法 的复合诊断 诊断的准确率高达95%以上
电缆故障的演变
早期电缆本体故障为主
近期电缆负荷过载性故障较多 目前电缆附件故障已成为重要故障原因。
[tan (2 Uo) - tan (Uo)] 1.0 ‰
对于 XLPE 电缆这一标准是非常重要的。
工频法 局部放电法
试验分析证明
绝缘中的电树枝达到0.5 mm时
局部放电量约100 pC 由-q、-n、q-n、或-q-n谱图 判断电缆状态
放电相位，q 放电量，n 重复率
有功功率
无功功率
U2 R 1 = 2 U C CR
水树的简化等效电路
wt
R2
C2
C1
>>
R1
Paper with different moisture contents 10 W.C.= 0.18% Temperature ca. 22C Tan
W.C.= 1.52% W.C.= 2.12% W.C.= 2.60% W.C.= 3.51%
课程的主要内容
(此处应相对展开，使学生对课程的主线有所了解)
背景知识
在线监测系统 基本结构及关键技术 传感技术
实际应用
在线监测综述 故障诊断概论 电气故障分析
电磁兼容及抗干扰
数据采集与处理 故障报警原理 智能诊断方法 可靠性评估及维修策略
电力电缆
电容型设备
电力变压器
电力电缆在线监测
Power cable on-line monitoring
直流法 直流电桥法
测量电缆绝缘电阻的电桥接线
直流电桥法
电桥平衡
Rx = (E1-V4) R2 / V4 设E1为20 V， V4为1 mV，R2为50 M Rx最大可测到100 000 M
防止直流电压对GPT的有害影响
直流电桥法
Es影响的消除
调节R4及E0
V0指示为零 其他设备的绝缘电阻与R3并联
导致水树发展的条件
“残留水树"
“外部浸入水树"
水树一般在电气强度较强的区域得到进一步的 发展
水树的老化过程通常较缓慢。
水树是交联聚乙烯电缆事故的主要原因，约占 事故的71%，多发生于自然劣化。
水树枝一般是从内半导电层、屏蔽层与绝缘层 界面上引发出来。若绝缘体内存有气隙或杂质， 则会在电场方向产生并加剧蝶形领结状水树枝。 这些水树枝不仅受电缆结构的影响，而且还受 半导作层性能和形状、含水率、电压等级、电 缆芯温度以及浸水条件等因素的影响。 水树枝延伸最主要的条件是高温和浸水，有时 水树枝的长度可以达到绝缘厚度的一半以上。
偏斜度s 在4个象限中 的分布 预测树枝的 延伸发展情况 P点进入第3象限 绝缘进入危险状态
低频法 低频成分法
水树
流经电缆绝缘
的电流也含有
低频成分
根据频谱分析 频率在10 Hz , 特别在3 Hz以下.
在电缆接地线中串接入测量装臵
由测得的低频电流诊断绝缘 低频电流也是纳安级
电树枝通常笼廓 较清晰
2. 水树枝 水浸入绝缘层，在电场作用下形成的树枝状物。 制造过程中残留在绝缘中的微水。
运行中因机械损伤水分逐渐侵入。
电场长期作用下绝缘中形成由微小的水滴及连 接它们的水丝组成的水树枝。
水树枝通常笼廓 较模糊
电场 水份 环境因素 时间
半导体层 绝缘层 内部半导体层 电缆芯
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。