【正文】 .......................................... 37 短路性故障疊加波形仿真 ........................................ 37 開路性故障疊加波形仿真 ........................................ 388 結論 ................................................................. 39參考文獻 ............................................................... 40致謝................................................................... 41電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究1緒論 課題背景及目的隨著社會經濟的發(fā)展和現(xiàn)代化建設步伐的加快，工農業(yè)以及人民生活的用電量日益增加，對電力的需求量越來越大，要求電網的安全運行也越來越高。它的主要功能與架空導線一樣，在電力系統(tǒng)中傳輸和分配大容量的電用能。電力電纜經常用作發(fā)電廠、變電所以及工礦企業(yè)的動力引入（或引出）線，當線路在過江、過近海、過鐵路處，也常采用電力電纜。上世紀 80 年代末，沈陽電纜廠用 2+2 懸鏈工藝制造出我國第一根 100KV 交聯(lián)電纜，90 年代初，上海電纜廠開始用立式交聯(lián)土藝生產 110KV 交聯(lián)電纜，鄭州電纜（集團）股份有限公司在試制成功 110KV交聯(lián)電纜后，1996 年首次用立式全干法工藝生產的 220KV 交聯(lián)電纜通過兩部鑒定，填補國內空白，相繼已有十一多條生產線具備冶，獲交聯(lián)電纜的生產條件。在進一步加強企業(yè)內部管理，穩(wěn)定產品質量，合理選擇電纜種類和參數，提高與整個線路相關的技第 1 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究術水平的前提下，高壓交聯(lián)電纜線路的安全性、可靠性、經濟性就會不斷提高。根據國家電網2003 年的的運行經驗表明，隨著電網改造進入一定的階段，電纜運行了一定的年限，故障率有逐年升高的趨勢。傳統(tǒng)的電纜絕緣老化的診斷方法有絕緣電阻試驗，直流耐壓泄漏電流試驗，介質損耗角正切試驗，局部放電試驗，耐壓試驗，直流放電試驗，殘余電荷等方法。顯然，這種在運行狀態(tài)下對絕緣老化的檢測(稱為在線檢測)具有很大的優(yōu)越性，它不但可以保證了供電的連續(xù)性，同時由于它檢測到的實驗數據是設備運行狀態(tài)下的信息，因而更具有合理性。1導線；2導線屏蔽層；3交聯(lián)乙烯絕緣；4絕緣屏蔽層；5保護帶；6銅線屏蔽；7螺旋銅帶；8塑料帶；9中心填芯；10填料；11內護套；12扁鋼帶鎧裝；13鋼帶；14外護套圖 電力電纜結構示意圖如今油紙絕緣電纜已經逐步退出運行，橡塑絕緣電纜使用量逐年增加，特別是交聯(lián)聚乙烯電纜，由于其電氣性能和耐熱性能都很好，傳輸容量較大，結構輕便，易于彎曲，附件接頭簡單，安裝敷設方便，不受高度落差的限制，特別是沒有漏油和引起火災的危險，因此受到用戶的廣泛歡迎。 絕緣老化電纜絕緣長期在電和熱的作用下運行，其物理性能會發(fā)生變化，從而導致其絕緣強度降低或介質損耗增大而最終引起絕緣崩潰為絕緣老化。 過電壓電力電纜因雷擊或其它沖擊過電壓而損壞的情況在電纜線路上并不多見。（3） 電纜絕緣已嚴重老化。過負荷是電纜過熱的重要原因。 產品質量缺陷電纜及電纜附件是電纜線路中不可缺少的兩種重要材料。因此在選用時應該慎之又慎。也稱短路故障。若按故障性質來分為下列五種。一般接地電阻在 20～100 W 以下者為低阻故障，以上者為高阻故障。其中也可分為低阻短路或高阻短路故障。 閃絡性故障這類故障絕大多數在預防性試驗中發(fā)生，并多出現(xiàn)在電纜中間接頭和終端頭。 混合性故障同時具有上述兩種或兩種以上性質的故障稱為混合性故障。通過這兩項測量可以判斷絕緣是否已經受潮。當被測電纜較長時，充電電流很大，因而兆歐表開始指示的數值很小，這并不表示絕緣不良，必須經過較長時間遙測才能得到正確的結果。一般電纜缺陷在直流耐壓試驗持續(xù)的 5min 內都能暴露出來?，F(xiàn)場采用兩端同時測量的方法，即在非高壓電源增加一個測量微安表，同時記錄兩端的泄漏電流值。測量時將開關 K2 打開，K3 打到接地側，開關 K1 合向試驗電源，使被試電纜充上直流電壓。該測試方法受外部感應、雜音干擾影響較小。而“吸收電荷” Q 在這里定義為從 3min 到 33min，30min 內電流對時間的積分值。圖 反向吸收電流法測量圖第 9 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究4 電力電纜絕緣老化 電纜絕緣老化原因絕緣系統(tǒng)在各種因素的長期作用下發(fā)生一系列的化學、物理變化，導致絕緣性能和機械性能等不斷下降，則產生一種不可逆的變化，將最終導致電力設備絕緣擊穿，這種過程即為老化。隨著外施電壓的增加，絕緣系統(tǒng)中的放電加強，放電量和放電重復率均增加，導致電老化速度加快，絕緣壽命降低。這其中的原因是多種的，比如厚度效應、雜質的混入、制造時產生的氣孔、材料的不均勻形成的凸起產生的電極效應等等。熱老化的本質是絕緣材料在熱量的影響下發(fā)生了化學變化，所以熱老化也被稱為化學老化。第 10 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究 機械老化機械老化是指固體絕緣系統(tǒng)在運行過程中受到各種機械應力的作用發(fā)生的老化。總之，電纜絕緣老化是電場、熱、機械力、環(huán)境（水分、陽光等）等眾多因素綜合作用的結果，是一個非常復雜的過程，在推算絕緣材料使用壽命時應該盡量綜合以上因素考慮。按“樹枝”形成的原因及其所起的絕緣破壞作用，可分為“電樹枝”及“水樹枝”兩種，“水樹枝”也有叫做“電化樹枝”的。電樹枝一般分枝清晰、枝管連續(xù)，內無水分，管壁有焦化炭粒痕跡。無論是電荷釋放或局部放電所形成的電樹枝，都會逐步按電場方向導致絕緣局部擊穿，從而形成一條樹枝形通道。當內半導電層是包帶式的情況下，在半導電帶邊緣或有毛刺等的結構不均勻部分容易產生水樹。（3） 蝴蝶形水樹：以絕緣層中的雜質和氣隙為起點的一種水樹枝。第 12 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究5電力電纜故障在線檢測方法 直流分量法由于交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜存在著樹枝化(水樹枝、電樹枝)的絕緣缺陷，它們在交流正、負半周表現(xiàn)出不同的電荷注入和中和特性，導致在長時間交流工作電壓的反復作用下，水樹枝的前端積聚了大量的負電荷，樹枝前端所積聚的負電荷逐漸向對方漂移，這種現(xiàn)象稱為“整流效應”。研究表明，這些干擾主要來自被測電纜的屏蔽層與大地之間的雜散電流，因雜散電流及真實的由水樹枝引起的電流，均通過直流分量測量裝置，以至造成很大誤差。但絕緣電阻與電纜絕緣剩余壽命的相關性并不好，分散性相當大。試驗表明，在給老化電纜屏蔽層上疊加不同頻率的交流電壓時，當電壓頻率為 100Hz 時，會產生一個比較大的特征電流，進一步的研究表明，該特征電流只在老化的電纜上產生，對于新電纜并不產生特征電流，并且當疊加電壓的頻率為 時，特征電流達到最第 14 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究大值。另外，交流疊加法所測的特征電流的線性化程度要比直流疊加法好得多。如施加 50Hz 工頻電壓疊加上去的話，形成的信號會淹沒在工頻供電的系統(tǒng)中，所以采用 100Hz 左右的低頻低壓電源供電。第 15 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究圖 差頻檢測法原理第 16 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究6 電力電纜的故障測距與定點方法 確定故障性質當對某一故障電纜進行故障測試時，首先要做的就是確定故障性質，掌握其故障是接地、短路、斷線，還是它們的混合；是單相、兩相，還是三相故障；是高阻、低阻，還是泄漏性或閃絡性故障。 經典法（電橋法）經典法作為電纜故障的診斷技術，已逐漸被新技術取代，但在某些地區(qū)與單位尚不具備條件，所以仍需要它，包括電阻電橋法、電容電橋法、燒穿降阻法、高壓電橋法。根據電橋平衡原理，有：R3R4RR2（71）R1 、 R2 為已知電阻，設 R1 / R2 = K,則有： R3 / R4 =K設電纜導體電阻率為 R0 、L全長 代表電纜全長， L X 、L0 分別代表電纜故障點到測量端及末端的距離。 現(xiàn)代法（脈沖反射法）脈沖反射法又稱為行波法?？偟膩碚f，行波離線測距法有四類。他是通過觀察發(fā)射脈沖和故障點反射脈沖之間的時間差 T (ms)來測取故障距離。其測距系統(tǒng)原理圖如下：第 19 頁 共 41 頁L X = VT= t 將測試故障距離LX換算成圖紙上的故電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究圖 脈沖反射法測距系統(tǒng)原理圖低壓脈沖反射法的優(yōu)點是簡單、直觀，不需要詳細的電纜原始資料，如電纜導體截面、長度、電阻率等，還可以根據反射脈沖的極性分辨故障類型。②用該方法測距時，高壓電容對脈沖信號呈短路狀態(tài)，需要串入電阻或者電感以便產生電壓信號，這樣就降低了高壓電容放電時加在電纜上的電壓，使故障點不容易擊穿。線性電流耦合器產生的電流脈沖信號也比較容易分辨。通過調壓器和一個高壓試驗變壓器對儲能電容器充電，電容器串聯(lián)一個電阻與電纜連接形成回路，線性電流耦合器與該回路耦合，檢測信號。但是由于電容器本身以及電纜存在雜散電感，使得本來應是負脈沖的波形上出現(xiàn)一個小的正脈沖，影響測距精度。對充電電容充電，電壓到達一定數值后，球型放電問隙會擊穿放電，電纜線路得到一個瞬時高壓，當該高電壓大于故障點臨界擊穿電壓時，就使故障點擊穿放電，產生電流電壓信號向兩端傳播。原理是由回波儀釋放一個發(fā)射脈沖，在高阻或間歇性電纜故障點不能被反射，儀器將顯示整個電纜長度的波形存儲起來，此波形圖叫“完好軌跡”。這個發(fā)散點就是故障點的反射波形點。當把電纜路徑用線段畫出以后，這條線段必將與 R=Lx 的圓相交于一點，這一點就是我們要找的故障點。因為粗測出的故障距離有一定的誤差，故障距離的丈量也有誤差，所以要精確定出故障點所在位置，就必須要精測定位?；驹砺暅y法是利用直流高壓試驗設備向故障點進行放電．在放電過程中故障點在放電時會產生機械振動，這時用定點儀的拾音探頭在故障點附近反復聽測．找到地面振動最大、聲音最大處，即為實際故障點位置：斷路故障聲音更大，不用定點儀直接就能聽到放電的振動聲。G 放電，此時根據放電電壓的高低。在粗測所得到的電纜故障點附近進行聽測。在地面上尋找這樣聲音，只憑人的聽覺是非常困難的。 在預先測定的近似處，將聽診器的傳聲器緊貼在地面上．慢慢地移動傳聲器，直到找出火花放電聲。電容器的接地線必須單獨和電纜鉛包地線直接相連 ，不應接試驗設備的公用地線。如仍有放電聲，則為電磁感應引起 ，如無放電聲。第 23 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗與故障檢測方法研究(4)為了便于區(qū)別聲測的放電聲和外來的干擾聲，可用兩套聽測設備由兩人同時進行，一人用探頭定點。 感應法用感應法進行電纜故障點的定位測量，在故障測量中，通常作為輔助方法被采用。其周圍將產生如圖 4 所示的磁場。則可聽到兩邊聲音大 中間沒有聲音(或者聲音很小)的一條無聲路線 這就是電纜的具體埋設位置圖 2