绝缘类型电缆的试验方法

发布时间:15-03-25 16:21分类:技术文章 标签:电缆振荡波,局部放电
随着城市电网电缆化率的程度不断提高,社会发展和进步对供电可靠性的要求也不断提高,如何准确掌握配电电缆的健康状态,制定正确的检修对策,避免因电缆本身质量问题导致的突发性事故的发生,变得尤为重要。研究发现,电缆的局部放电量与其绝缘状况密切相关,局部放电量的变化预示着电缆绝缘可能存在危害电缆安全运行的缺陷。目前,国际上应用比较广泛的OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位技术,能够有效检测和定位10kV配电电缆局部放电的位置且检测本身不对电缆造成伤害。本文主要从该系统的电源技术、抗干扰技术、定位技术、典型案例等方面进行介绍,为该技术的进一步推广应用、改进创新提供技术参考。
1、前言
近十年来,挤塑型电力电缆特别是XLPE电力电缆由于其绝缘性能好、易于制造、安装方便、供电安全可靠、有利于城市和厂矿布局等优点,在城市电网中得到广泛使用。但是这种电缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质,或者由于工艺原因在绝缘介质与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出,在这些气隙和杂质*处极易产生局部放电,同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。由于XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差,在局部放电的长期作用下,绝缘材料不断老化*终导致绝缘击穿,造成重大事故。
北京市电力公司相关统计资料表明,电缆老化、附件质量和工艺不良在10kV电缆故障中占有较大比重。随着电缆运行时间的不断增长,潜伏的局部缺陷对城市电网可靠性的危害将会越来越突出,对供电质量和公司形象造成的危害也会越来越大。因此,引进*进技术及时检测出电缆潜伏性缺陷的要求也越来越迫切。
2、OWTS振荡波电源技术
电力电缆由于其电容量大,很难在现场进行工频电压下的局部放电检测。过去充油电缆采用直流试验,可以大大降低电源的要求。但对XLPE电力电缆,由于其绝缘电阻较高,且交流和直流下电压分布差别较大,直流耐压试验后,在XLPE电缆中,特别是电缆缺陷处会残留大量空间电荷,电缆投运后,这些空间电荷常造成电缆的绝缘击穿事故。采用超低频(0.1Hz)电源进行试验,要求试验时间长,电缆绝缘损伤较大,可引发电缆中新的缺陷。振荡波电压是近年来国内外研究较多的一种用于XLPE电力电缆局部放电检测和定位的电源。该电源与交流电源等效性好,作用时间短、操作方便、易于携带,可有效检测XLPE电力电缆中的各种缺陷,且试验不会对电缆造成伤害。OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置如图1所示。检测时可以灵活施加0-28kV的直流电压,合上半导体开关后,被试电缆与电感产生阻尼振荡。该装置可以检测的电力电缆电容范围为0.05uF-2uF。
3、抗干扰技术
由于电缆的电容量大(近uF级),局部放电要求严(几pC),而电力电缆局部放电测量中不可避免的存在着环境噪声和外部干扰,局部放电信号往往湮没于这些噪声和干扰中,使测量变得非常困难,抗干扰手段的提高显得尤为重要。这些干扰按其时域和频域特征的不同,可分为窄带干扰、脉冲型干扰和背景噪声三类。由于干扰强弱、频域特性的不同,抗干扰技术要有一定的针对性。
(1)对于窄带干扰,由于其频域特征与局部放电信号的频域特征有较大差异,而且频带十分窄,故大多采用频域滤波的方法进行抑制。
(2)对于脉冲型干扰,由于它和局部放电信号非常相似,从单个波形上很难将它们区分开来。目前主要采取时延鉴别法进行鉴别。时延鉴别法是利用外来干扰脉冲及发射波到达测量点的时间差与内部放电及反射波到达测量点的时间差的不同进行鉴别。
(3)对于背景噪声,由于其在时域中表现为无规律的随机脉动,在频域中则表现为在整个频带上均匀分布,因而单从频域或时域都不能有效地抑制。在小波去噪算法提出之前,往往采用时域平均的方法来抑制这种随机性的背景噪声,但效果并不理想。小波去噪算法的出现可以比较有效地解决这个问题。
OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置具有带通滤波、小波分析、时延分析等抗干扰功能,可根据信号特点,方便的进行放电脉冲的取舍,如图2所示。该装置还可以生成清晰的局部放电图形(如电压波形与局部放电信号关系图、三维谱图等),以便确定局部放电的类型,如图3所示。
4、定位技术
对于电力电缆局部放电的定位,早期*有对电缆实行扫描式检测查找局部放电点的技术,现在实际中采用的是70年代发展起来利用局部放电脉冲在电缆上的传播特性,用10MHz以上的高频扫描示波器进行定位测量的方法,该法也叫行波法或TDR法,其原理如图4所示。
其中,Ck为高压电容,Zk为检测阻抗,同时也做匹配阻抗,消除脉冲在高压端的反射。设在t0时,在电缆x处发生放电,送出的两个脉冲按相反方向沿电缆传播,t1时刻*个脉冲到达测试仪,第二个脉冲在电缆远端反射后在t2时刻到达测试仪(如图4)。由于电缆中电脉冲的传播速度相对于确定的电缆绝缘型式是已知的常数,所以根据式(1)*可以算出放电点离电缆近端(高压端)的距离x。
其中L为电缆长度,V为脉冲波在电缆中的速度,τ为两个脉冲的时延。OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位装置采用该原理对电力电缆局部放电进行定位,如图5所示。

现行电缆线路的电气试验大致有:直流耐压和泄漏电流试验、工频耐压试验、测量绝缘电阻、绝缘油试验、局部放电试验、0.1Hz超低频试验、交流变频谐振试验等。目前,电力部门对于不同电压等级和不同类型的电力电缆线路的试验方法和试验内容也不尽相同。

1、油浸纸绝缘电缆的直流耐压实验

直流耐压反映电缆绝缘的泄漏和耐压特性。理论分析和实用效果均表明,油浸纸介质电缆、充油电缆或充气电缆的直流、交流耐压特性基本相同。

对油纸绝缘电力电缆的试验,除制造厂在进行例行试验时采用交流电压外,安装和运行单位对电缆线路进行交接验收和预防性试验或故障修复后试验时,都采用直流耐压,因为直流耐压试验具有下列优点。

a.直流试验设备携带轻便,适合现场使用。对电缆作直流耐压试验时一般以半波整流获得试验电压,并应用多倍压整流技术,故可用体积容量都较小的试验设备,获得对较长电缆线路进行直流高压试验的电压。

b.交流耐压试验有可能在绝缘空隙中产生游离放电,从而导致绝缘的永久性损坏,采用直流耐压试验则避免了这种情况发生。

c.在进行直流耐压试验时,可以同时测量泄漏电流。根据泄漏电流的数值及其随时间的变化、泄漏电流和试验电压的关系,可以判断电缆的绝缘状况。

澳门蒲京赌场手机版,d.对电缆进行直流耐压试验时,按规程规定采用负极性接线,即将导体接负极。这种接法的好处是,如果纸绝缘已经受潮,由于水带正电,在直流电压下,有明显电渗现象,会使水分子从表层移向导体,从而使泄漏电流增大,甚至形成贯穿性通道,有利于暴露纸绝缘中已经局部受潮的缺陷。

e.直流耐压试验加压时间可以较短,如规程规定对6~35kV电缆进行交接和预防性试验时每相加压时间为5min。这是因为直流击穿电压与加压时间关系不大,如有缺陷,一般在直流电压下几分钟内就可以发现,无需长时间加压。

油纸绝缘电力电缆直流试验的电压标准如表1所示。其中,电缆故障修理和改接后试验时,6~35kV电缆同预防性试验,110~220kV电缆同交接试验;110~220kV电缆外护套交接试验的电压为直流10kV,加压时间为1min。

在进行直流耐压试验时测泄漏电流,实际上和用兆欧表测电缆绝缘电阻的道理是完全相同的。但由于直流耐压试验时施加电压和使用的仪表准确度都高于兆欧表,而且可以在加压过程中观察泄漏电流的变化,所以泄漏电流试验比测量绝缘电阻更能有效地发现绝缘缺陷。

电缆在直流电压下,流过绝缘内部的电流是电容电流、吸收电流和传导电流的叠加。流过绝缘的泄漏电流随时间而变化,它同电缆绝缘的品质、所含杂质、气泡、水分等含量有关:绝缘完好的电缆,随着加压时间延长,泄漏电流减少,并趋于一个稳定数值;绝缘较差的电缆,泄漏电流很快趋向稳定值,而且稳定后的数值与初始值很接近;绝缘存在严重缺陷时,泄漏电流不随时间延长而下降,反而出现上升趋势,如果延长加压时间或提高直流电压,泄漏电流增加的趋势可能继续发展直到绝缘击穿。

为使所测得的泄漏电流反映电缆绝缘的真实状况,应采取措施消除外来因素对泄漏电流的影响。如果测得的泄漏电流数值不稳定,泄漏电流随时间延长而上升,或随试验电压增加而急剧上升,必须查明原因。

一般把电缆直流耐压试验后和耐压试验前测得的泄漏电流的比值称为吸收比。所谓耐压试验前的泄漏电流是指在直流耐压试验加到规定电压后1min时的泄漏电流I1,耐压试验后的泄漏电流是指耐压持续到4min或14min时的泄漏电流I2。规程规定,电缆泄漏试验的合格标准是,吸收比I2/I11。

2、交联聚乙烯电缆的耐压试验

在我国,直流电压目前仍然是交联聚乙烯电缆进行试验的主要电源,XLPE电缆直流试验的电压标准如表2所示。在IEC标准中明确规定,额定电压150kV以上的XLPE电缆及其附件安装后的电气试验采用交流电压试验,即施加电力系统相间电压,经1h试验,或施加正常运行电压,经24h试验,不推荐采用直流电压试验。

我国使用高压XLPE电缆始于1984年。随着城市电网建设和改造的发展,从1985年以后,广州、上海、北京等大城市相继从国外进口高压XLPE电缆及其附件。正是从这时候开始,一些国家对高压XLPE电缆采用直流耐压试验的结果和电缆运行情况进行了研究分析,得出了一个共同的结论,即高压XLPE电缆不宜采用直流耐压试验,认为XLPE电缆在进行直流耐压试验时,主要存在以下几方面的问题。

a.XLPE电缆绝缘层在直流和交流电压下,内部电场分布情况完全不同。在直流电压下,电场按绝缘电阻系数呈正比例分配,而XLPE绝缘材料存在电阻系数不均匀性,导致在直流电压下电场分布的不均匀性。交流电压下,电场按介电系数呈反比例分配,XLPE为整体绝缘结构,其介电系数为2.1~2.3,且一般不受温度变化的影响。因此,在交流电压下,XLPE绝缘内部电场分布是比较稳定的。这样,往往造成在交流工作电压下有缺陷的部位在直流试验时不被击穿,反过来,在直流试验时被击穿的部位,在交流工作电压下却不会产生问题。

b.XLPE绝缘内部如果有了水树枝,在交流工作电压下,水树枝的发展是很缓慢的,而在直流耐压试验时会加速水树枝的发展,甚至转变为电树枝,即直流试验会导致XLPE绝缘产生积累效应,加速绝缘老化,缩短使用寿命。