【正文】 與發(fā)射波同相)。這些損壞和劣化主要是由于機械力的作用、熱的作用、電場的 作用、化學(xué)腐蝕等因素綜合作用產(chǎn)生的。用于絕緣的高分子有機材料會在熱的長期作用下發(fā)生熱降解，主要是氧化反應(yīng)，這種反應(yīng)也被稱為自氧化游離基連鎖反應(yīng)，如聚乙烯的氧化反應(yīng)就是從CH鍵中H的脫離開始的。熱氧化老化是熱和空氣中氧長期聯(lián)合作用所引起的一種老化形式。各種高分子材料的本征擊穿場強都在MV/cm的數(shù)量級。在絕緣設(shè)計時必須將工作場強選得比局部放電起始場強低，以保證電氣設(shè)備有足夠長的壽命。但是實際上，σ總會呈現(xiàn)一個很小的值，就是說，介質(zhì)中有少量自由的帶電粒子存在。 損耗絕緣介質(zhì)在電場的作用下會產(chǎn)生電能的損耗，這些損耗主要來自以下三個方面：（1）電導(dǎo)損耗；（2）極化損耗；（3）游離損耗。直流電壓加上瞬間，電流很大，回路電流主要由電容電流分量組成。第一部分為傳導(dǎo)電流Ig，其大小與試品總的絕緣電阻（R1+R2）成反比；第二部分為吸收電流Ia，其大小與試品絕緣的均勻程度密切相關(guān)，如試品為均勻介質(zhì)，或R1C1≈R2C2,則吸收電流很小，吸收現(xiàn)象便不明顯。顯然，對于不均勻試品的絕緣，如果絕緣狀況良好，則吸收現(xiàn)象明顯，Ka值遠大于1，PI值也較大。第3章 電纜絕緣診斷技術(shù) 概況對運行電纜實施絕緣檢測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，進而評估其殘余壽命。（1） 日本：日本用基于高壓XLPE電纜線路運行實際性能的評估來考慮實施必要的絕緣檢測，主要有：①電纜本體。為此，他們開發(fā)出了適合現(xiàn)場用的高頻PD（HFPD）或超高頻PD（VHFFD）新型檢測儀。圖31 兆歐表的使用對于使用兆歐表的注意事項有以下：（1）.測量前須將被測試對象之額定電壓了解清楚，相應(yīng)地選擇搖表之電壓等級，使二者額定電壓相適應(yīng)。反之，則說明搖表有問題。搖表的轉(zhuǎn)動，即便到了規(guī)定的測量時間1分鐘或更長的時間后，除觀看指示數(shù)值外，應(yīng)先斷開“L”測試導(dǎo)線，再停止搖表轉(zhuǎn)動，切莫反其道而行之。與吸收電流相比，絕緣材料受潮后泄露電流會增加。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。一般殘余電荷越少表示絕緣性能越優(yōu)良。由于棒板放電的過程中，棒極為正極性和負(fù)極性時的放電情況是不對稱的，加上交流電壓時會產(chǎn)生整流效應(yīng)，這就是含有水樹枝的電纜在運行中產(chǎn)生直流分量的原因。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行壽命的缺陷。該方法可以用在不同電壓等級的電纜線上，根據(jù)電力電網(wǎng)的實際接線方式，不同的電壓等級需要在不同的部位疊加低頻信號。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出電纜老化信號；另外，交流疊加法所測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電纜的一個新方法。由于直流高壓發(fā)生器是高壓試驗儀器中主要測試設(shè)備之一，在高壓試驗中應(yīng)用廣泛，如避雷器、電力電纜、電力電容器、電動機定子繞組的直流耐壓試驗等。 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。將工頻倍壓整流直流高壓電源引入便攜式直流高壓試驗器中，是我國直流高壓試驗設(shè)備發(fā)展的第二階段。則負(fù)載上電壓為兩個電容串聯(lián)相加，輸出電壓為2U2。倍壓電路的頻率特性與負(fù)載特性如圖43所示，輕載時，不論輸人電壓高低，在低頻段內(nèi)都有兩個諧振峰，且諧振峰尖銳，在整個頻段內(nèi)明顯出現(xiàn)高于理論值的附加電壓。這樣可以保證元器件安全和電源的穩(wěn)定。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。圖46仿真電路圖 電纜的實驗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?？傠娏鱥0是電容電流i1與吸收電流i2之和，即i0=i1+i2。輸出電壓的平均值為： （） 式中，ΔUa為平均電壓降落， 。不能滿足被測試品的要求，所以應(yīng)該改變電容的值。所以根據(jù)實際檢測電纜，選擇C=550μF，由于需要升壓到4000V，各個電容的耐壓值是平均分，所以選擇電容耐壓值為1000V。這中間有許多與實際不符的方面。使檢測系統(tǒng)更加完善。本文同時感謝那些時刻關(guān)懷著我的老師，同學(xué)以及家人，對他們表示最誠摯的謝意。 后續(xù)工作 由于時間倉促，作者水平有限，還有很多問題需要日后解決。圖416 實驗圖在電阻上串接一個毫安表，通過電流讀數(shù)以及電阻值計算出所生電壓值。當(dāng)R=2000 KΩ時，取C=500μF電壓波動最?。划?dāng)R=4000 KΩ時，取C=100μF電壓波動最??；當(dāng)R=20000 KΩ時，取C=80 μF電壓波動最小。 當(dāng)電壓平穩(wěn)時，加入電阻R=200KΩ，為電纜分布電阻。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)。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。由于需要升壓到4000V，所以選擇倍壓級數(shù)n=4。參數(shù)中包括變壓器原、副邊漏感、分布電容和級間電容。圖44(a)只畫出了一個方向的電路，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。但是輸出電壓的紋波大，其原因是串聯(lián)放電。70年代初，中頻倍壓整流的JGS型直流高壓試驗器(60kV、1mA)投入批量生產(chǎn)，標(biāo)志著我國便攜式直流高壓試驗電源發(fā)展到第三階段。此種設(shè)備在現(xiàn)場使用時很不方便，60年代，我國進口英國BICC制造的一套600kV，5mA直流高壓發(fā)生器，重量達1600kg之多。特別是在作對地電容值很大的高壓電纜及發(fā)電機定子線圈的泄漏電流測量時，泄漏電流數(shù)值不穩(wěn)定，難以正確讀數(shù)。由于奇次諧波通常會給損耗電流測量帶來誤差，該方法通過對調(diào)制而產(chǎn)生的偶次諧波的測量，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。進一步的研究表明，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，特征電流達到最大值。近來，有研究發(fā)現(xiàn)在同時對含水樹枝XLPE電纜施加兩個頻率相近或相似呈倍數(shù)關(guān)系的正弦電壓時，檢測回路中會有超低頻水樹劣化特征電流信號產(chǎn)生，據(jù)此可對電纜絕緣的水樹枝老化狀態(tài)進行在線診斷，這就是差頻監(jiān)測技術(shù)的理論基礎(chǔ)。經(jīng)過小波理論和信號處理從干擾信號中來辨識XLPE電纜的局部放電量。當(dāng)交聯(lián)電纜絕緣層含有水樹枝的時候，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，兩個放電電極。殘余電荷法是先對電纜施加直流電壓一段時間(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，這時測量流過的過渡直流電流Id(t)對時間t在1分鐘內(nèi)的積分值Q，Q即為殘留電荷。如果I與IC間的相位角為δ，則絕緣介質(zhì)的損耗W為 （） 式中，C為絕緣介質(zhì)的電容；ω為交流電壓的角頻率；tgδ被稱為介質(zhì)損失角正切，它是交流電壓作用下電介質(zhì)中電流的有功分量和無功分量的比值，是一個無量綱的數(shù)，反映的是電介質(zhì)內(nèi)單位體積中能量損耗的大小。讀取泄露電流值的時間，一般規(guī)定為達到試驗電壓后1分鐘。有的人忽視或做不到這一點，這將導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的誤差，應(yīng)引起注意。然后將端鈕“L”與“E”端短封，再慢速搖動手柄，此時觀察搖表指針是否指“0”位置。對于電纜線路,除了E接纜殼L接纜芯外,還需將電纜殼芯之間的內(nèi)層絕緣接于G端鈕上,以消除因表面漏電而引起的誤差。如今，對66～500kV XLPE電纜線路主要實施的是PD檢測。[10]非破壞性試驗又稱為絕緣特性試驗，是指在較低電壓下用其它不會損傷絕緣的方法來測量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣內(nèi)部有無缺陷。但是，我們應(yīng)該看到受到G值與材料絕緣優(yōu)劣關(guān)系的不確定性的影響，單純靠K或者PI來衡量材料絕緣性能好壞都是片面的，應(yīng)該結(jié)合絕緣電阻Rc的值等參數(shù)來綜合判斷。通常用吸收比Ka來表示 （）式中，I15,R15為加壓15s時的電流和對應(yīng)的絕緣電阻；I60,R60為加壓60s時的電流和對應(yīng)的絕緣電阻。[9]當(dāng)開關(guān)合上時，絕緣兩端突然有一個很大的電壓變化，在極短的時間內(nèi)（t=0+）介質(zhì)上的電壓按電容分壓，此時 （） （）當(dāng)達到穩(wěn)態(tài)后，介質(zhì)上的電壓將按電阻分壓，此時回路電流 （）而 （） （）由t=0+至電壓達到穩(wěn)態(tài)一般有一個過渡過程，例如，當(dāng)式（）中U1比式（）中的U1小時，在過渡過程中C1要放電，同時C2要進一步充電。 絕緣介質(zhì)的吸收現(xiàn)象許多電氣設(shè)備的絕緣都是多層的，多層介質(zhì)的特性可以粗略地用雙層介質(zhì)來分析，如下圖24所示。表征電導(dǎo)的參數(shù)是電導(dǎo)率γ，在高電壓工程中一般常用電阻率ρ（ρ=1/γ）來表征介質(zhì)的絕緣電阻。根據(jù)形成極化機理的不同，介質(zhì)極化可以分為以下四種: （1）電子和離子的位移極化；（2）熱離子位移極化；（3）偶極子極化；（4）夾層極化。和熱老化壽命類似，絕緣材料的電老化壽命t與電場強度E的關(guān)系滿足“n次方法則”，如式2. 2所示： （）前已提及，介質(zhì)電老化的主要原因是介質(zhì)中的局部放電。電老化機理很復(fù)雜，它包含因為絕緣擊穿產(chǎn)生的放電引起的一系列物理和化學(xué)效應(yīng)。大量實踐經(jīng)驗的積累表明絕緣材料的熱老化壽命與溫度的關(guān)系服從Arrhenius定律，: （）f(T):表示老化狀態(tài)的物理量；EA:引起老化所必須的能量；T:熱力學(xué)溫度；fC, k:常數(shù)，式中,fC, k和k由材料的特性決定。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。閃絡(luò)性故障多是在進行預(yù)防性試驗時發(fā)生，并多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端頭內(nèi)。圖21 電纜故障等效電路圖[8](2)根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障。由于地下酸堿腐蝕、雜散電流的影響，使電纜鉛包外皮受到腐蝕出現(xiàn)麻點、開裂或穿孔，致使水分進入電纜也可以造成故障。電力電纜故障的原因是多方面的，大致可分為以下幾種：[8](1)機械損傷。成纜時線間的空隙也用填料填充使其成圓形，再纏內(nèi)襯層將三芯固定，最后再擠壓外護套進行鎧裝。（2）橡皮電纜柔軟易彎曲且耐低溫性能好，適用于較低溫度下和變動頻繁的場合。自容式充油電纜具有以下特點：（1）電場分布與單相電纜相同，使絕緣層在最佳狀態(tài)下工作。半導(dǎo)體層外部包纏絕緣紙，絕緣紙外部纏一層半導(dǎo)體紙，然后包上鉛包護套和防腐層。統(tǒng)包型電纜結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省材料，價格也比較便宜，因此得到廣泛使用。高壓電力電纜在區(qū)域間傳輸大量電能的重要作用，是國民經(jīng)濟的動脈，人們對的它的絕緣檢測非常重視，已經(jīng)做了很多研究。對于絕緣水平比較薄弱的煤礦井下電網(wǎng)，如不及時斷開故障饋線，會引起系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)，嚴(yán)重時會引發(fā)電弧造成瓦斯和煤塵爆炸。國外，特別是歐美和日本等發(fā)達國家，這些方法己經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗，在監(jiān)測方法和技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，其研究開發(fā)的絕緣監(jiān)測及檢測裝