XLPE电缆绝缘性能参数测量

XLPE电缆绝缘性能参数测量

【摘要】

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，于是我们针对交联聚乙烯的绝缘性能的测量进行了论述。

【关键词】交联聚乙烯电线电缆绝缘性能参数测量方法

0.引言

近20年来，大量引进的66—220kV级和国产的66—220kV级的XLPE电缆已广泛应用于城网送电系统中。随着时间的推移，如今运行的66kV及以上高压的XLPE电缆，有些已逐渐进入电缆及其附件预期寿命“中年期”。电缆系统在实际使用状况下，能够继续长时期可靠工作或因绝缘老化加速而缩减使用寿命是运行管理部门十分关注的问题。

1.XLPE电力电缆劣化机理

交联聚乙烯绝缘电力电缆由线芯、半导体屏蔽层、XLPE绝缘、铠甲、护套等结构组成，在实际运行中，XLPE绝缘会由于老化造成绝缘性能劣化。XLPE 电力电缆劣化机理包括：

⑴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；

⑵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；

⑶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；

⑷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

2.绝缘性能测量

2.1绝缘电阻测量

测量电力电缆的主绝缘电阻可以检查电缆绝缘是否老化、受潮，以及耐压试验中暴露出来的绝缘缺陷。根据不同的机理，可以得出不同的诊断方法。

2.1.1停电诊断方法

我国《规程》规定的停电诊断方法有：

（1）测量电缆主绝缘绝缘电阻

对 0． 6／1kV电缆用 1000V绝缘电阻表； 0.6/1kV以上电缆用2500V绝缘电阻表；其中6kV及以上电缆也可用5000V绝缘电阻表。对重要电缆，其试验周期为1年；对一般电缆，3．6／6kV及以上者为3年，3．6／6kV以下都为5年，要求值自行规定。

（2）测量电缆外户套绝缘电阻

这个项目只适用三芯电缆的外护套。对单芯电缆，由于其金属层（电缆金属套和金属屏蔽的总称）采用交叉互联接地方法，所以应按交叉互联系统试验方法进行试验，即除对外护套进行直流耐压试验外，如在交叉互联大段内发生故障，则应对该大段进行试验。如在交叉互联系统内直接接地的接头发生故障时，则与该接头连接的相邻两个大段都应进行试验。

对三芯电缆外护套进行测试时，采用500V绝缘电阻表，当每千米的绝缘电阻低于0．5MΩ时，应采用下述方法判断外护套是否进水。

当外护套或内衬层破损进水后，用绝缘电阻表测量时，每千米绝缘电阻值低于0．5MΩ时，用万用表的“正”、“负”表笔轮换测量销装层对地或销装层对铜屏蔽的绝缘电阻，此时在测量回路内由于形成的原电池与万用表内干电池相串联，当极性组合使电压相加时，测得的电阻值较小；反之，测得的电阻值较大。因此上述两次测得的绝缘电阻值相差较大时，表明已形成原电池，就可判断外护套和内衬层已破损进水。

外护套破损不一定要立即检修，但内衬层破损进水后，水分直接与电缆芯接触并可能会腐蚀铜屏蔽层，一般应尽快检修。

对重要电缆，试验周期为1年；一般电缆，3．6/6kV及以上者为3年，3．6/6kV 以下者为5年。要求值为每千米绝缘电阻值不应低于0．5MΩ。

（3）测量电缆内衬层绝缘电阻。测量方法、周期及要求值同（2）

（4）测量铜屏蔽层电阻和导体电阻比。在电缆投运前、重作终端或接头后、内衬层破损进水后，应测量钢屏蔽电阻和导体电阻比

其测量方法是：

1）用双臂电桥测量在相同温度下的铜屏蔽和导体的直流电阻。

2）当前者与后者之比与投运前相比增加时，表明钢屏蔽层的直流电阻增大，铜屏蔽层有可能被腐蚀；当该比值与投运前相比减少时，表明附件中的导体连接点的接触电阻有增大的可能。

2.1.2在线诊断方法

在国外（主要是日本），交联聚乙烯电缆在线诊断方法主要有直流法、工频法、低频法及复合判断法等四大类。目前国外仍处于研究阶段，国内处于起步阶段。由于国内的研究是以上述方法为基础的，主要介绍直流叠加法。其基本原理如图1所示。利用在接地的电压互感器的中性点处加进一低压直流电源（常用50V）：即将此直流电压叠加在电缆绝缘原已施加的交流相电压上，从而测量通过电缆绝缘层的微弱的直流电流（一般为nA级以上）或其绝缘电阻。

图1 直流叠加法测量原理图

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。

直流叠加法在国内已有应用，但因积累数据及经验还不多，尚无判断标准，目前日本利用直流叠加法测出绝缘电阻的判据，但判断时要了解被试电缆的长度、材料及原始数据等。

2.2介质损耗测量

电缆与架空线相比受气候的影响小,安全可靠,隐藏耐用,是绝缘结构比较简单的传输线之一。介质的功率损耗与介质损耗角正切tanδ成正比,tanδ是绝缘

品质的重要指标,因此测量tanδ值是判断电气设备和电缆绝缘状况的一种较灵敏和有效的方法,特别对受潮、老化等分布性缺陷较为有效。同轴电缆和高速数字通讯电缆的芯线电容，是影响电缆传输性能的重要参数，将同轴电缆单位长度电容控制在允许范围之内，可以保证电缆传输阻抗的均匀。

tanδ和c测量使用的是DEL TA22000 测试仪,其基本电路基于西林电桥。

西林电桥电路如图2 所示

图2 西林电桥电路

它由四个桥臂组成,臂1 为试样用Cx 和Rx 的并联等值电路表示;臂2 为标

准电容C

N ;臂3 和臂4 为装在电桥本体内的操作调节部分,包括可调电阻R

3

,可调

电容C

4及与其并联的固定电阻R

4

。外加的交流电源接在电桥的对角线CD 上,在

另一对角线A B 上接入平衡指示仪表G, G 一般为振动式检流计。根据电桥平衡

原理有:Zx Z

4 = Z

N

Z

3

(1)式中Zx , Z

N

, Z

3

, Z

4

分别为电桥的臂1 、臂2 、臂3

和臂4 的阻抗。则tanδ为:

当tanδ< 0. 1 时,试样电容可近似按下式计算,其误差一般不大于1 %。