【正文】 小。 逆吸收電流法該方法為在對(duì)電纜施加直流電壓后，檢測(cè)導(dǎo)體對(duì)屏蔽層短路時(shí)的電流。殘余電荷法是先對(duì)電纜施加直流電壓一段時(shí)間(一般為10分鐘)，接著線芯接地(5分鐘)后再在線芯和屏蔽層之間施加交流電壓，這時(shí)測(cè)量流過的過渡直流電流Id(t)對(duì)時(shí)間t在1分鐘內(nèi)的積分值Q，Q即為殘留電荷。 電位衰減法給電纜施加電壓后，斷開電源，由于電纜絕緣體的絕緣電阻作用，導(dǎo)體與屏蔽層之間的電位差將衰減。當(dāng)交聯(lián)電纜絕緣層含有水樹枝的時(shí)候，水樹枝和電纜導(dǎo)電線芯(導(dǎo)線)或者銅屏蔽層就構(gòu)成了針和板，兩個(gè)放電電極。直流法包括直流成分法和直流疊加法兩種具體方法。經(jīng)過小波理論和信號(hào)處理從干擾信號(hào)中來辨識(shí)XLPE電纜的局部放電量。XLPE電力電纜的在線監(jiān)測(cè)場(chǎng)所是一個(gè)包含許多變壓器、發(fā)電機(jī)、電容器等電氣設(shè)備的龐大的電力系統(tǒng)，其中，包含許多信號(hào)較大、波形較復(fù)雜的背景噪音和外界電磁干擾噪聲，例如，其周圍的電氣設(shè)備——發(fā)電機(jī)的局部放電量就高達(dá)幾千個(gè)PC，并且波形復(fù)雜，頻域較寬。近來，有研究發(fā)現(xiàn)在同時(shí)對(duì)含水樹枝XLPE電纜施加兩個(gè)頻率相近或相似呈倍數(shù)關(guān)系的正弦電壓時(shí)，檢測(cè)回路中會(huì)有超低頻水樹劣化特征電流信號(hào)產(chǎn)生，據(jù)此可對(duì)電纜絕緣的水樹枝老化狀態(tài)進(jìn)行在線診斷，這就是差頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。差頻技術(shù)的主要難點(diǎn)在于研制一個(gè)有利于研究并且能工作在現(xiàn)場(chǎng)的頻段可調(diào)的變頻電源和尋找有效的變頻信號(hào)疊加位置以及大小。進(jìn)一步的研究表明，該特征電流只在老化的電纜上產(chǎn)生，對(duì)于新電纜并不產(chǎn)生特征電流，特征電流達(dá)到最大值。研究表明，諧波分量能很好地表征電纜的老化程度。由于奇次諧波通常會(huì)給損耗電流測(cè)量帶來誤差，該方法通過對(duì)調(diào)制而產(chǎn)生的偶次諧波的測(cè)量，可避免這一問題，并且在很大程度上不受雜散電流的影響，很值得借鑒。 直流高壓發(fā)生器的設(shè)計(jì) 直流高壓發(fā)生器的幾種產(chǎn)生方式 半波整流半波整流是獲得直流高電壓最方便、使用最早的一種方式。特別是在作對(duì)地電容值很大的高壓電纜及發(fā)電機(jī)定子線圈的泄漏電流測(cè)量時(shí)，泄漏電流數(shù)值不穩(wěn)定，難以正確讀數(shù)。電壓降ΔU正比于倍壓級(jí)數(shù)n的3次方，脈動(dòng)電壓δU正比于倍壓級(jí)系數(shù)n的平方。此種設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)很不方便，60年代，我國(guó)進(jìn)口英國(guó)BICC制造的一套600kV，5mA直流高壓發(fā)生器，重量達(dá)1600kg之多。但是工頻倍壓整流方式與半波整流方式一樣受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響較大，輸出直流高壓難以穩(wěn)定，較難滿足《ZBF2400390》的規(guī)定輸出直流高壓的穩(wěn)定性要達(dá)到1%的要求，尤其是在做高壓電纜的泄漏電流測(cè)量及氧化鋅避雷器lmA直流參考電壓時(shí)，泄漏電流值擺動(dòng)很大，難以正確讀數(shù)。70年代初，中頻倍壓整流的JGS型直流高壓試驗(yàn)器(60kV、1mA)投入批量生產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)便攜式直流高壓試驗(yàn)電源發(fā)展到第三階段。根據(jù)理論公式: ()式中:u0為輸出電壓；n為倍壓的級(jí)數(shù)；K為變壓器的變比；uin為輸人的正弦電壓。但是輸出電壓的紋波大，其原因是串聯(lián)放電。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮最佳工作頻段。圖44(a)只畫出了一個(gè)方向的電路，Vin是逆變器輸出正弦電壓，電容最好選擇CH85型高壓聚笨乙烯電容器，耐壓60kV。倍壓整流電路可以等效為如圖44(b)所示電路，其充電電路由支路并聯(lián)組成，假設(shè)所有電容值為C，其總的等效電容值C=C1//C3//C5//C7 同理，輸人正半周分析方法與負(fù)半周一樣。參數(shù)中包括變壓器原、副邊漏感、分布電容和級(jí)間電容。串聯(lián)等效電阻為R，且容抗是大于感抗的。由于需要升壓到4000V，所以選擇倍壓級(jí)數(shù)n=4。通過以往實(shí)驗(yàn)得知：（1）.電力電纜絕緣電阻的電容電流C1在剛加電壓瞬間很大，電流維持的時(shí)間比電機(jī)和變壓器等其它高壓電氣設(shè)備長(zhǎng)，然后隨著時(shí)間推移較快的下降到零，如圖47所示。如果電力電纜絕緣內(nèi)部導(dǎo)電粒子增加，可以引起傳導(dǎo)電流急劇增加，絕緣電阻就變小了。測(cè)試時(shí)可以清楚地看到這種情況。圖410 絕緣電阻的等值回路 參數(shù)選擇根據(jù)電纜的特性，電纜絕緣電阻可以等效成為電阻與電容并聯(lián)的電路，但對(duì)于理想電纜是不包含電容的，所以根據(jù)以上特性先把電纜絕緣電阻等效為純電阻電路，以此選擇電容參數(shù)。對(duì)于一定的輸出電流，確定的電容量C和電源頻率f并不是串接級(jí)數(shù)越多，平均輸出電壓越高，而且電壓脈動(dòng)系數(shù)卻隨串接級(jí)數(shù)的增加而迅速增加。 當(dāng)電壓平穩(wěn)時(shí)，加入電阻R=200KΩ，為電纜分布電阻。所以繼續(xù)改變電容值，觀察波形。當(dāng)R=2000 KΩ時(shí)，取C=500μF電壓波動(dòng)最??；當(dāng)R=4000 KΩ時(shí)，取C=100μF電壓波動(dòng)最小；當(dāng)R=20000 KΩ時(shí)，取C=80 μF電壓波動(dòng)最小。本直流高壓升壓器由于用于電纜絕緣檢測(cè)，所以功率不大，電流又是毫安級(jí)別的，所以要是使體積減小，容量及耐壓水平是考慮的關(guān)鍵。圖416 實(shí)驗(yàn)圖在電阻上串接一個(gè)毫安表，通過電流讀數(shù)以及電阻值計(jì)算出所生電壓值。在升壓過程中會(huì)有很多因素影響從而產(chǎn)生這種誤差，但卻沒有明白是什么因素導(dǎo)致的升壓倍數(shù)增加，所以還要在日后的研究中仔細(xì)考慮。 后續(xù)工作 由于時(shí)間倉促，作者水平有限，還有很多問題需要日后解決。從論文的選題、理論研究和模型試驗(yàn)的整個(gè)過程中，處處滲透著導(dǎo)師的心血和辛勞。本文同時(shí)感謝那些時(shí)刻關(guān)懷著我的老師，同學(xué)以及家人，對(duì)他們表示最誠(chéng)摯的謝意。還要特別感謝的幫助指導(dǎo)，使我的實(shí)驗(yàn)工作能夠順利完成。使檢測(cè)系統(tǒng)更加完善。并選擇附加直流電源法檢測(cè)電纜絕緣特性，選擇對(duì)直流高壓發(fā)生器進(jìn)行研制。這中間有許多與實(shí)際不符的方面。 圖415 實(shí)物圖在實(shí)驗(yàn)板上焊有不同阻值的電阻，以此等效不同的電纜絕緣電阻的阻值。所以根據(jù)實(shí)際檢測(cè)電纜，選擇C=550μF，由于需要升壓到4000V，各個(gè)電容的耐壓值是平均分，所以選擇電容耐壓值為1000V。圖414 C=550μF時(shí)，加入以及切掉R后的電壓波形通過多次試驗(yàn)，選擇不同的分布電阻，當(dāng)R=2000 KΩ時(shí)，R=4000 KΩ時(shí)，R=20000 KΩ時(shí)，得到規(guī)律：當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的電容值時(shí)，無論怎么改變電容值波形都不會(huì)有波動(dòng)了。不能滿足被測(cè)試品的要求，所以應(yīng)該改變電容的值。 電容值選擇由于n=4，f=50Hz已知，一般脈動(dòng)系數(shù)要求小于5%，輸出電流要求小于5mA，所以根據(jù)以上公式可以計(jì)算出一個(gè)電容值，但此電容值并不是最合適的，因?yàn)橐紤]直流高壓發(fā)生器小型化，以及電纜絕緣電阻并不是單純的電阻電路，所以要找到一個(gè)最合適的電容值。輸出電壓的平均值為： （） 式中，ΔUa為平均電壓降落， 。圖49電容電流及傳導(dǎo)電流與時(shí)間關(guān)系如果抽象地用等值回路來代替電力電纜絕緣電阻，可以綜合成如圖410所示的等值回路?？傠娏鱥0是電容電流i1與吸收電流i2之和，即i0=i1+i2。圖47 電容電流與時(shí)間關(guān)系（2）. 電力電纜的絕緣電阻在測(cè)試中存在一個(gè)很小的傳導(dǎo)電流i2，如圖48所示，它與時(shí)間無關(guān)。圖46仿真電路圖 電纜的實(shí)驗(yàn)特性在一定直流電壓作用下，電力電纜的絕緣電阻可以反映流過它的穩(wěn)定傳導(dǎo)電流的大小。 倍壓電路參數(shù)選擇根據(jù)要求，選擇工頻倍壓整流電路。這樣變壓器原、副邊繞組多，特別是副邊繞組承受很高的電壓與尖峰電壓，為了絕緣的需要，原、副邊之間有較厚的絕緣層，漏感較大，副邊電壓較高，層間電壓梯度高。產(chǎn)生附加電壓的原因是由于變壓器的非線性工作的一些參數(shù)。這樣可以保證元器件安全和電源的穩(wěn)定。電路4電壓跌落 ；輸出電壓U=理論值ΔU，輸出電壓紋波 較小，但是電路復(fù)雜。倍壓電路的頻率特性與負(fù)載特性如圖43所示，輕載時(shí)，不論輸人電壓高低，在低頻段內(nèi)都有兩個(gè)諧振峰，且諧振峰尖銳，在整個(gè)頻段內(nèi)明顯出現(xiàn)高于理論值的附加電壓。且高階倍壓整流電路帶載能力很差，輸出很小功率就會(huì)導(dǎo)致大的電壓跌落，其跌落幅度為: （）式中， 為倍壓的階數(shù)；f為輸人電壓頻率；C為倍加電容容量。則負(fù)載上電壓為兩個(gè)電容串聯(lián)相加，輸出電壓為2U2。因此增加倍壓回路的工作頻率就有很大的吸引力，如將倍壓整流回路供電的頻率由50Hz提高到5000Hz，則在相同電壓降ΔU的條件下，倍壓電容C的電容量就可減小100倍，可使倍壓整流回路的重量與體積大為減小。將工頻倍壓整流直流高壓電源引入便攜式直流高壓試驗(yàn)器中，是我國(guó)直流高壓試驗(yàn)設(shè)備發(fā)展的第二階段。當(dāng)在高壓試驗(yàn)室中需要固定式直流高壓發(fā)生器時(shí)，選用工頻倍壓整流設(shè)備的較多。 工頻倍壓整流60年代初，在便攜式直流高壓發(fā)生器中引入工頻倍壓整流電路。因此在進(jìn)行小電容值試品的泄漏試驗(yàn)時(shí)，一般都規(guī)定要在直流高壓側(cè)并聯(lián)大電容，以減小直流高壓的脈動(dòng)分量。由于直流高壓發(fā)生器是高壓試驗(yàn)儀器中主要測(cè)試設(shè)備之一，在高壓試驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，如避雷器、電力電纜、電力電容器、電動(dòng)機(jī)定子繞組的直流耐壓試驗(yàn)等。隨著電纜老化程度的增加，損耗電流波形畸變?cè)酱?，即含有的諧波分量越來越大。與直流疊加法相比，交流疊加法所需電源的幅值較小，通常疊加5V的交流電壓就可得到明顯的特征電流，這使得交流疊加法能更容易地檢測(cè)出電纜老化信號(hào)；另外，交流疊加法所測(cè)得的特征電流的線性化程度要比直流疊加法好得多，因而，交流疊加法不失為在線檢測(cè)電纜的一個(gè)新方法。圖35 基于差頻法的測(cè)量原理圖 交流疊加法該方法是在電纜屏蔽層上疊加一個(gè)交流電壓(頻率=工頻頻率2+1)測(cè)檢出1Hz的特征電流信號(hào)，從而判斷電纜的老化程度，交流疊加法檢測(cè)原理見圖36所示。該方法可以用在不同電壓等級(jí)的電纜線上，根據(jù)電力電網(wǎng)的實(shí)際接線方式，不同的電壓等級(jí)需要在不同的部位疊加低頻信號(hào)。 差頻法差頻在線監(jiān)測(cè)法的檢測(cè)方式與直流法相似，在工頻交流電下疊加低頻電壓，觀察其對(duì)老化電纜的響應(yīng)程度。電力電纜局部放電量與電力電纜絕緣狀況密切相關(guān)，局部放電量的變化預(yù)示著電纜絕緣一定存在著可能危及電纜安全運(yùn)行壽命的缺陷。前者以在線檢測(cè)水樹枝在工頻交流電場(chǎng)下因“整流效應(yīng)”所產(chǎn)生的微弱直流電流作為絕緣老化的判據(jù)；后者是采用對(duì)運(yùn)行中的電纜絕緣疊加一個(gè)小直流電勢(shì)，然后在電纜屏蔽層接地回路中測(cè)出所產(chǎn)生的直流電流的方法來獲知電纜的直流絕緣電阻。由于棒板放電的過程中，棒極為正極性和負(fù)極性時(shí)的放電情況是不對(duì)稱的，加上交流電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)，這就是含有水樹枝的電纜在運(yùn)行中產(chǎn)生直流分量的原因。水樹枝多、貫穿程度大的電纜樣品電位衰減快，反之，則電位衰減較緩慢。一般殘余電荷越少表示絕緣性能越優(yōu)良。逆吸收電流的衰減情況和吸收電流一樣，也反映了絕緣介質(zhì)局部缺陷、發(fā)生水樹枝等老化現(xiàn)象的程度。tgδ可以有效地發(fā)現(xiàn)絕緣受潮、穿透性導(dǎo)電通道、絕緣內(nèi)含氣泡的游離、絕緣分層和脫殼以及絕緣有臟污或劣化等缺陷。I10為加電壓10min后的電流；ID10為開始放電10min后的電流。與吸收電流相比，絕緣材料受潮后泄露電流會(huì)增加。但當(dāng)用較高的電壓來測(cè)泄露電流時(shí)，就有可能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的絕緣損壞或弱點(diǎn)。搖表的轉(zhuǎn)動(dòng)，即便到了規(guī)定的測(cè)量時(shí)間1分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間后，除觀看指示數(shù)值外，應(yīng)先斷開“L”測(cè)試導(dǎo)線，再停止搖表轉(zhuǎn)動(dòng)，切莫反其道而行之。應(yīng)該使用專用的測(cè)量導(dǎo)線或者絕緣強(qiáng)度高的多芯軟導(dǎo)線，將搖表端鈕“L”連接至被測(cè)試對(duì)象的“相線”，端鈕“E”連接至被測(cè)試對(duì)象的外殼上。反之，則說明搖表有問題。（2）.測(cè)量前檢查搖表是否完好。圖31 兆歐表的使用對(duì)于使用兆歐表的注意事項(xiàng)有以下：（1）.測(cè)量前須將被測(cè)試對(duì)象之額定電壓了解清楚，相應(yīng)地選擇搖表之電壓等級(jí)，使二者額定電壓相適應(yīng)。兆歐表的接線柱有三個(gè)(見圖31):“線路”(L)、“接地”(E)、“保護(hù)環(huán)”(G)。為此，他們開發(fā)出了適合現(xiàn)場(chǎng)用的高頻PD（HFPD）或超高頻PD（VHFFD）新型檢測(cè)儀。②電纜附件。（1） 日本：日本用基于高壓XLPE電纜線路運(yùn)行實(shí)際性能的評(píng)估來考慮實(shí)施必要的絕緣檢測(cè)，主要有：①電纜本體。需要指出的是，耐壓試驗(yàn)可能會(huì)對(duì)試品產(chǎn)生某些損壞，從而影響絕緣壽命。第3章 電纜絕緣診斷技術(shù) 概況對(duì)運(yùn)行電纜實(shí)施絕緣檢測(cè)的目的是了解電纜及其附件的老化情況，以其判斷是否能繼續(xù)可靠工作，進(jìn)而評(píng)估其殘余