【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(jié)論 ................................................................. 39參考文獻(xiàn) ............................................................... 40致謝................................................................... 41電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究1緒論 課題背景及目的隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，工農(nóng)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(wǎng)的安全運(yùn)行也越來越高。它的主要功能與架空導(dǎo)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(jīng)常用作發(fā)電廠、變電所以及工礦企業(yè)的動(dòng)力引入（或引出）線，當(dāng)線路在過江、過近海、過鐵路處，也常采用電力電纜。上世紀(jì) 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(chǎn) 110KV 交聯(lián)電纜，鄭州電纜（集團(tuán)）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(chǎn)的 220KV 交聯(lián)電纜通過兩部鑒定，填補(bǔ)國內(nèi)空白，相繼已有十一多條生產(chǎn)線具備冶，獲交聯(lián)電纜的生產(chǎn)條件。在進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部管理，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，合理選擇電纜種類和參數(shù)，提高與整個(gè)線路相關(guān)的技第 1 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究術(shù)水平的前提下，高壓交聯(lián)電纜線路的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性就會(huì)不斷提高。根據(jù)國家電網(wǎng)2003 年的的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，隨著電網(wǎng)改造進(jìn)入一定的階段，電纜運(yùn)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(yàn)，直流耐壓泄漏電流試驗(yàn)，介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)，局部放電試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)，直流放電試驗(yàn)，殘余電荷等方法。顯然，這種在運(yùn)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(shí)由于它檢測到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的信息，因而更具有合理性。1導(dǎo)線；2導(dǎo)線屏蔽層；3交聯(lián)乙烯絕緣；4絕緣屏蔽層；5保護(hù)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(nèi)護(hù)套；12扁鋼帶鎧裝；13鋼帶；14外護(hù)套圖 電力電纜結(jié)構(gòu)示意圖如今油紙絕緣電纜已經(jīng)逐步退出運(yùn)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(jié)構(gòu)輕便，易于彎曲，附件接頭簡單，安裝敷設(shè)方便，不受高度落差的限制，特別是沒有漏油和引起火災(zāi)的危險(xiǎn)，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(yùn)行，其物理性能會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其絕緣強(qiáng)度降低或介質(zhì)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(yán)重老化。過負(fù)荷是電纜過熱的重要原因。 產(chǎn)品質(zhì)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(shí)應(yīng)該慎之又慎。也稱短路故障。若按故障性質(zhì)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(luò)性故障這類故障絕大多數(shù)在預(yù)防性試驗(yàn)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(shí)具有上述兩種或兩種以上性質(zhì)的故障稱為混合性故障。通過這兩項(xiàng)測量可以判斷絕緣是否已經(jīng)受潮。當(dāng)被測電纜較長時(shí)，充電電流很大，因而兆歐表開始指示的數(shù)值很小，這并不表示絕緣不良，必須經(jīng)過較長時(shí)間遙測才能得到正確的結(jié)果。一般電纜缺陷在直流耐壓試驗(yàn)持續(xù)的 5min 內(nèi)都能暴露出來?，F(xiàn)場采用兩端同時(shí)測量的方法，即在非高壓電源增加一個(gè)測量微安表，同時(shí)記錄兩端的泄漏電流值。測量時(shí)將開關(guān) K2 打開，K3 打到接地側(cè)，開關(guān) K1 合向試驗(yàn)電源，使被試電纜充上直流電壓。該測試方法受外部感應(yīng)、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(nèi)電流對時(shí)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(yàn)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(xué)、物理變化，導(dǎo)致絕緣性能和機(jī)械性能等不斷下降，則產(chǎn)生一種不可逆的變化，將最終導(dǎo)致電力設(shè)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(qiáng)，放電量和放電重復(fù)率均增加，導(dǎo)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(yīng)、雜質(zhì)的混入、制造時(shí)產(chǎn)生的氣孔、材料的不均勻形成的凸起產(chǎn)生的電極效應(yīng)等等。熱老化的本質(zhì)是絕緣材料在熱量的影響下發(fā)生了化學(xué)變化，所以熱老化也被稱為化學(xué)老化。第 10 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究 機(jī)械老化機(jī)械老化是指固體絕緣系統(tǒng)在運(yùn)行過程中受到各種機(jī)械應(yīng)力的作用發(fā)生的老化?？傊?，電纜絕緣老化是電場、熱、機(jī)械力、環(huán)境（水分、陽光等）等眾多因素綜合作用的結(jié)果，是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，在推算絕緣材料使用壽命時(shí)應(yīng)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(nèi)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(huì)逐步按電場方向?qū)е陆^緣局部擊穿，從而形成一條樹枝形通道。當(dāng)內(nèi)半導(dǎo)電層是包帶式的情況下，在半導(dǎo)電帶邊緣或有毛刺等的結(jié)構(gòu)不均勻部分容易產(chǎn)生水樹。（3） 蝴蝶形水樹：以絕緣層中的雜質(zhì)和氣隙為起點(diǎn)的一種水樹枝。第 12 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)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(fù)半周表現(xiàn)出不同的電荷注入和中和特性，導(dǎo)致在長時(shí)間交流工作電壓的反復(fù)作用下，水樹枝的前端積聚了大量的負(fù)電荷，樹枝前端所積聚的負(fù)電荷逐漸向?qū)Ψ狡疲@種現(xiàn)象稱為“整流效應(yīng)”。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(shí)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(guān)性并不好，分散性相當(dāng)大。試驗(yàn)表明，在給老化電纜屏蔽層上疊加不同頻率的交流電壓時(shí)，當(dāng)電壓頻率為 100Hz 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較大的特征電流，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，對于新電纜并不產(chǎn)生特征電流，并且當(dāng)疊加電壓的頻率為 時(shí)，特征電流達(dá)到最第 14 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)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(hào)會(huì)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(yàn)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(yàn)與故障檢測方法研究6 電力電纜的故障測距與定點(diǎn)方法 確定故障性質(zhì)當(dāng)對某一故障電纜進(jìn)行故障測試時(shí)，首先要做的就是確定故障性質(zhì)，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(luò)性故障。 經(jīng)典法（電橋法）經(jīng)典法作為電纜故障的診斷技術(shù)，已逐漸被新技術(shù)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(jù)電橋平衡原理，有：R3R4RR2（71）R1 、 R2 為已知電阻，設(shè) R1 / R2 = K,則有： R3 / R4 =K設(shè)電纜導(dǎo)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(diǎn)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(diǎn)反射脈沖之間的時(shí)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(yàn)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(diǎn)是簡單、直觀，不需要詳細(xì)的電纜原始資料，如電纜導(dǎo)體截面、長度、電阻率等，還可以根據(jù)反射脈沖的極性分辨故障類型。②用該方法測距時(shí)，高壓電容對脈沖信號(hào)呈短路狀態(tài)，需要串入電阻或者電感以便產(chǎn)生電壓信號(hào)，這樣就降低了高壓電容放電時(shí)加在電纜上的電壓，使故障點(diǎn)不容易擊穿。線性電流耦合器產(chǎn)生的電流脈沖信號(hào)也比較容易分辨。通過調(diào)壓器和一個(gè)高壓試驗(yàn)變壓器對儲(chǔ)能電容器充電，電容器串聯(lián)一個(gè)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(hào)。但是由于電容器本身以及電纜存在雜散電感，使得本來應(yīng)是負(fù)脈沖的波形上出現(xiàn)一個(gè)小的正脈沖，影響測距精度。對充電電容充電，電壓到達(dá)一定數(shù)值后，球型放電問隙會(huì)擊穿放電，電纜線路得到一個(gè)瞬時(shí)高壓，當(dāng)該高電壓大于故障點(diǎn)臨界擊穿電壓時(shí)，就使故障點(diǎn)擊穿放電，產(chǎn)生電流電壓信號(hào)向兩端傳播。原理是由回波儀釋放一個(gè)發(fā)射脈沖，在高阻或間歇性電纜故障點(diǎn)不能被反射，儀器將顯示整個(gè)電纜長度的波形存儲(chǔ)起來，此波形圖叫“完好軌跡”。這個(gè)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。當(dāng)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(diǎn)，這一點(diǎn)就是我們要找的故障點(diǎn)。因?yàn)榇譁y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(diǎn)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(yàn)設(shè)備向故障點(diǎn)進(jìn)行放電．在放電過程中故障點(diǎn)在放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，這時(shí)用定點(diǎn)儀的拾音探頭在故障點(diǎn)附近反復(fù)聽測．找到地面振動(dòng)最大、聲音最大處，即為實(shí)際故障點(diǎn)位置：斷路故障聲音更大，不用定點(diǎn)儀直接就能聽到放電的振動(dòng)聲。G 放電，此時(shí)根據(jù)放電電壓的高低。在粗測所得到的電纜故障點(diǎn)附近進(jìn)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(yù)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(dòng)傳聲器，直到找出火花放電聲。電容器的接地線必須單獨(dú)和電纜鉛包地線直接相連 ，不應(yīng)接試驗(yàn)設(shè)備的公用地線。如仍有放電聲，則為電磁感應(yīng)引起 ，如無放電聲。第 23 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)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(shè)備由兩人同時(shí)進(jìn)行，一人用探頭定點(diǎn)。 感應(yīng)法用感應(yīng)法進(jìn)行電纜故障點(diǎn)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(chǎn)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(shè)位置圖 2