高压电力设备在线监测技术-第5章-电力电缆在线监测与诊断

第五章电力电缆在线监测与诊断On-linemonitoringandfaultdiagnosisforpowercable1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2§5.1概述33什么是电力电缆？架空线电力电缆电力传输通道4为什么使用电缆？输电通道小不受环境污染影响可靠性高对人身及周围环境干扰小特殊应用环境使用电缆的优点5制造工艺复杂造价高施工维修麻烦使用电缆的缺点6电力电缆发展简史7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。8XLPE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9电缆的种类油纸绝缘电缆气体绝缘电缆塑料绝缘电缆10聚氯乙烯电缆聚乙烯电缆XLPE（交联聚乙烯电缆）塑料绝缘电缆铜量/1000t501001506670747882861231.电力电缆合计2.XLPE电缆3.油纸电缆11交联聚乙烯电缆XLPE，crosslinkedpolyethylene30余年历史性能优良、工艺简单、安装方便得到广泛应用12XLIE电缆的基本结构13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141.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。1516电缆敷设情况电压等级/kV电缆总长度/kmXLPE电缆所占比例/%1073,66498.23511,56995.3110(66)05,30390.7220(330)00,52857.950000,05642.717电缆故障率按电压等级18电缆故障率按运行时间19ABCD编号电缆故障原因比例A外力破坏58%B附件制造质量缺陷27%C敷设施工质量缺陷12%D电缆本体质量缺陷3%电缆故障原因§5.2电缆绝缘的劣化和诊断内容20水树枝劣化的监测方法：●DetectionofbridgedwatertreeOn-linediagnosticmethods●Detectionofun-bridgedwatertreeOff-linediagnosticmethods0246810510152025ACbreakdownvoltage(kV)No.ofBDsamples交联聚乙烯电缆的寿命额定电压电压寿命极限劣化条件3-6kVrmsRatedhighestvoltage+αafewyearsafterbridgedwatertreeinitiation11kVrmsAfterbridgedwatertreeinitiation(1yearormore?)morethan22kVrmsImmediatelyafterorbeforebridgedwatertreeinitiationBDVofcablewithbridgedWT电压寿命极限BridgedwatertreeUn-bridgedwatertreeBDV;10-20kVElectricaltreeInsulationlayerInsulationlayer21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。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。§5.3电缆绝缘的在线监测22离线方法直流法工频法低频法综合判断法电力电缆监测和诊断方法23对已运行油纸电力电缆的试验项目项目周期标准说明测量绝缘电阻1～3年一次绝缘电阻的标准自行规定1kV以上者用2.5kV兆欧表试验电压标准类型额定电压U0（kV）试验电压15～354U063～1102.6U02202.3U0油纸3302U0直流耐压试验并测量泄漏电流主干线每年一次橡塑2～352.5U0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电缆油的耐压2～3年一次运行中油不小于45kV，新油不小于50kV耐压试验用的标准油杯电缆油的tgδ2～3年一次1002℃时，运行中油不大于1%，新油不大于0.5%测tgδ用的标准油杯+-24XLPE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25XLPE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26回复电压的测量方法27回复电压实例28Tettex546229极化去极化电流测量原理30极化去极化电流典型曲线31PDC-ANALYSER-1MOD32绝缘连接盒两侧接成差分法以测量局放33一种电缆检测系统34水树枝检测方法对象测量条件方法实用情况针对形成桥的水树枝离线直流泄漏电流法DCleakagecurrentunderDChighvoltageapplicationismeasured.实际采用在线直流成分法DCcomponentcurrentinserviceismeasured.直流叠加法DCcomponentcurrentwhenlowDCvoltageissuperimposedonratedvoltageismeasured.交流叠加法1Hzcurrentwhenlowvoltageof2f+1Hzissuperimposedonratedvoltage(f)ismeasured.低频叠加法7.5Hzlosscurrentwhenlow7.5Hzvoltageissuperimposedonratedvoltageismeasured.针对未形成桥的水树枝离线残余电荷法ResidualchargeafterDCvoltageapplicationismeasured.研究中损耗电流法Harmoniccomponentcurrentinlosscurrentismeasured.试用中DCleakage＞ACsuperposition≒LFsuperposition＞DCsuperposition≫DCcomponent针对形成桥路的水树枝探测效果:35直流泄漏电流试验线路cableguardelectrodeterminalDCpowersupply(buttery)recorder判断标准状态良好损坏或值得注意泄漏电流值0.1μA0.1-1μA≧1μA电流波形-NormalPI(=I1/I10)1Existenceofkick-36直流泄漏电流(μA)Un-bridgedwatertreeBridgedwatertreeAppliedstress;1kV/mm0.0010.010.11Accumulationprobability(%)10205090●OnebridgedwatertreecanpasstheDCleakagecurrentofabout0.1μA.●Un-bridgedwatertreescanhardlypasstheDCleakagecurrent.直流泄漏电流37直流法直流成分电流监测直流叠加法直流电桥法38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。直流成分电流监测39TR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)回路中流通微弱的直流成分电流直流成分电流监测原理接线直流成分电流监测40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直流成分电流监测41直流成分电流监测6kVXLPE电缆交流击穿电压与直流分量的关系42判断规则直流成分电流小于1nA绝缘良好大于100nA绝缘不良介于两者间加强监测直流成分电流监测43护层与地之间有化学电势Es直流成分电流监测44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0.5V当护层绝缘电阻小于200500M杂散电流将影响诊断的可靠性45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。46防止影响GPT二次输出电压直流电压不能很高，约1050V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476kVXLPE电缆直流叠加电流与水树长度的关系直流叠加法48保证安全L、C调谐于50Hz杂散电流Es的影响正、反向叠加直流电压消除直流叠加法49判断规则测得绝缘电阻大于1000M绝缘良好小于10M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。直流叠加法50Testcircuit直流重畳法による絶縁抵抗（MΩ）直流漏れ電流法による絶縁抵抗（MΩ）DCpowersupplyMeasuringequipmentcable●DC5-50Vissuperimposedonthehighvoltageinservice.●DCcomponentinleakagecurrentismeasured.ResistancemeasuredbyDCsuperpositionmethod(MΩ)ResistancemeasuredbyDCleakagecurrent(MΩ)RelationshipbetweenDCsuperpositionmethodandDCleakagecurrent.DCSuperpositionMethod●DCleakagecurrentishighlysensitivity.51時間絶縁抵抗（MΩ）時間絶縁抵抗（MΩ）Resistance(MΩ)Resistance(MΩ)TimeTimeTimechangeofDCsuperpositioncurrentProblem●Thismethodtendstobeinfluencedbythestraycurrentorcorruptionoftheterminal.●Measuredvaluewillchangewithmeasurementtimeorhumidityverymuch.●Thetrendmanagementbyon-linediagnosisisrequired.DCSuperpositionMethod52直流法直流电桥法测量电缆绝缘电阻的电桥接线53电桥平衡Rx=(E1-V4)R2/V4设E1为20V，V4为1mV，R2为50MRx最大可测到100000M防止直流电压对GPT的有害影响直流电桥法54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直流电桥法55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)通过数字化测量装置电缆绝缘的tg工频法介损因数法56什么是介质损耗角(tan)??time/sec010电压电流=介质损耗角tanδ=有功功率无功功率CRCURU122570,0010,01