【正文】 本文同時感謝那些時刻關懷著我的老師，同學以及家人，對他們表示最誠摯的謝意。從論文的選題、理論研究和模型試驗的整個過程中，處處滲透著導師的心血和辛勞。 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。在升壓過程中會有很多因素影響從而產生這種誤差，但卻沒有明白是什么因素導致的升壓倍數增加，所以還要在日后的研究中仔細考慮。圖416 實驗圖在電阻上串接一個毫安表，通過電流讀數以及電阻值計算出所生電壓值。本直流高壓升壓器由于用于電纜絕緣檢測，所以功率不大，電流又是毫安級別的，所以要是使體積減小，容量及耐壓水平是考慮的關鍵。當R=2000 KΩ時，取C=500μF電壓波動最小；當R=4000 KΩ時，取C=100μF電壓波動最??；當R=20000 KΩ時，取C=80 μF電壓波動最小。所以繼續(xù)改變電容值，觀察波形。 當電壓平穩(wěn)時，加入電阻R=200KΩ，為電纜分布電阻。對于一定的輸出電流，確定的電容量C和電源頻率f并不是串接級數越多，平均輸出電壓越高，而且電壓脈動系數卻隨串接級數的增加而迅速增加。圖410 絕緣電阻的等值回路 參數選擇根據電纜的特性，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。測試時可以清楚地看到這種情況。如果電力電纜絕緣內部導電粒子增加，可以引起傳導電流急劇增加，絕緣電阻就變小了。通過以往實驗得知：（1）.電力電纜絕緣電阻的電容電流C1在剛加電壓瞬間很大，電流維持的時間比電機和變壓器等其它高壓電氣設備長，然后隨著時間推移較快的下降到零，如圖47所示。由于需要升壓到4000V，所以選擇倍壓級數n=4。串聯(lián)等效電阻為R，且容抗是大于感抗的。參數中包括變壓器原、副邊漏感、分布電容和級間電容。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半周一樣。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。在實際應用時應考慮最佳工作頻段。但是輸出電壓的紋波大，其原因是串聯(lián)放電。根據理論公式: ()式中:u0為輸出電壓；n為倍壓的級數；K為變壓器的變比；uin為輸人的正弦電壓。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，標志著我國便攜式直流高壓試驗電源發(fā)展到第三階段。但是工頻倍壓整流方式與半波整流方式一樣受電網電壓波動的影響較大，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)定性要達到1%的要求，尤其是在做高壓電纜的泄漏電流測量及氧化鋅避雷器lmA直流參考電壓時，泄漏電流值擺動很大，難以正確讀數。此種設備在現(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。電壓降ΔU正比于倍壓級數n的3次方，脈動電壓δU正比于倍壓級系數n的平方。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，泄漏電流數值不穩(wěn)定，難以正確讀數。 直流高壓發(fā)生器的設計 直流高壓發(fā)生器的幾種產生方式 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。由于奇次諧波通常會給損耗電流測量帶來誤差，該方法通過對調制而產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。研究表明，諧波分量能很好地表征電纜的老化程度。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，特征電流達到最大值。差頻技術的主要難點在于研制一個有利于研究并且能工作在現(xiàn)場的頻段可調的變頻電源和尋找有效的變頻信號疊加位置以及大小。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關系的正弦電壓時，檢測回路中會有超低頻水樹劣化特征電流信號產生，據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)測技術的理論基礎。XLPE電力電纜的在線監(jiān)測場所是一個包含許多變壓器、發(fā)電機、電容器等電氣設備的龐大的電力系統(tǒng)，其中，包含許多信號較大、波形較復雜的背景噪音和外界電磁干擾噪聲，例如，其周圍的電氣設備——發(fā)電機的局部放電量就高達幾千個PC，并且波形復雜，頻域較寬。經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。直流法包括直流成分法和直流疊加法兩種具體方法。當交聯(lián)電纜絕緣層含有水樹枝的時候，水樹枝和電纜導電線芯(導線)或者銅屏蔽層就構成了針和板，兩個放電電極。 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，導體與屏蔽層之間的電位差將衰減。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分鐘內的積分值Q，Q即為殘留電荷。 逆吸收電流法該方法為在對電纜施加直流電壓后，檢測導體對屏蔽層短路時的電流。如果I與IC間的相位角為δ，則絕緣介質的損耗W為 （） 式中，C為絕緣介質的電容；ω為交流電壓的角頻率；tgδ被稱為介質損失角正切，它是交流電壓作用下電介質中電流的有功分量和無功分量的比值，是一個無量綱的數，反映的是電介質內單位體積中能量損耗的大小。可根據下面的極化指數和泄露指數來判斷受潮程度。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。 泄露電流的測量在直流電壓作用下測量泄露電流， 實際上也就是測量絕緣電阻。有的人忽視或做不到這一點，這將導致測量數據的誤差，應引起注意。測試前應將搖表放在干燥、清潔、平穩(wěn)、安全、離被測試設備距離適當并遠離磁場干擾的位置，這是使用搖表應具有的必要條件。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。與此同時，搖表的選擇還要考慮儀表的測量范圍(儀表的量程)是否合適，即搖表的測量范圍不應過多的超過被測試設備的絕緣電阻值，不然的話讀數誤差較大。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層絕緣接于G端鈕上,以消除因表面漏電而引起的誤差。 電纜絕緣停止運行診斷法 絕緣電阻的測量 絕緣電阻是反應絕緣性能的最基本指標之一，通常用兆歐表進行測量。如今，對66～500kV XLPE電纜線路主要實施的是PD檢測。東京電力公司近年來開發(fā)出了損失電流法來用于對長約1000km、無徑向防水層的66kV電纜水樹檢測。[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，從而判斷絕緣內部有無缺陷。 破壞性試驗又稱絕緣耐壓試驗，是指在高于設備工作電壓下進行的試驗，它是在特定波形電壓下使缺陷部位擊穿，以篩選出能繼續(xù)可靠運行的直接方法。但是，我們應該看到受到G值與材料絕緣優(yōu)劣關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，應該結合絕緣電阻Rc的值等參數來綜合判斷。推薦的K,PI與絕緣狀況的關系見下表所示：表21 K,PI與絕緣狀況的關系狀態(tài)KPI危險不良～～可疑～較好～～良好吸收比、極化指數與絕緣吸收系數G和吸收時間常數的關系式如下: () ()絕緣吸收系數G主要取決于介質的不均勻程度。通常用吸收比Ka來表示 （）式中，I15,R15為加壓15s時的電流和對應的絕緣電阻；I60,R60為加壓60s時的電流和對應的絕緣電阻。在相同的電壓下，不同設備的絕緣其總電流隨時間下降的曲線不同。[9]當開關合上時，絕緣兩端突然有一個很大的電壓變化，在極短的時間內（t=0+）介質上的電壓按電容分壓，此時 （） （）當達到穩(wěn)態(tài)后，介質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。當試品電容量較大時，這一過渡過程進行得很慢，甚至達數分鐘或更長。 絕緣介質的吸收現(xiàn)象許多電氣設備的絕緣都是多層的，多層介質的特性可以粗略地用雙層介質來分析，如下圖24所示。 圖22 介質在交流電壓作用下的電流相量圖由圖23所示，介質在交流電壓作用下的功率三角形可見，介質損耗P=Qtanδ=U2ωCtanδ （）圖23 介質在交流電壓作用下的功率三角形用介質損耗P表示介質品質好壞是不便的，因此P值和試驗電壓、試品電容量等因素有關，不同試品間難以相互比較，所以改用介質損失角的正切tanδ（介質損失角δ是功率因數角φ的余角）來判斷介質的品質。表征電導的參數是電導率γ，在高電壓工程中一般常用電阻率ρ（ρ=1/γ）來表征介質的絕緣電阻。介質中的載流子一般是自由離子，它們來源于介質本身，也有的來自外部雜質。根據形成極化機理的不同，介質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。當然絕緣老化是電場、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。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的關系滿足“n次方法則”，如式2. 2所示： （）前已提及，介質電老化的主要原因是介質中的局部放電。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。電老化機理很復雜，它包含因為絕緣擊穿產生的放電引起的一系列物理和化學效應。 機械老化機械老化是固體絕緣系統(tǒng)在生產、安裝、運行過程中受到各種機械應力的作用發(fā)生的老化。大量實踐經驗的積累表明絕緣材料的熱老化壽命與溫度的關系服從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:熱力學溫度；fC, k:常數，式中,fC, k和k由材料的特性決定。例如,XLPE材料被認為當拉伸率從初始的400%～600%降低到100%時壽命終止。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。電纜過負荷或散熱不良，安裝于電纜密集區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風不良處的電纜，穿在干燥管中的電纜以及與熱力管道接近的電纜，都會因過熱而使絕緣加速老化。閃絡性故障多是在進行預防性試驗時發(fā)生，并多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端頭內。有時把故障點殘余絕緣電阻接近零的故障稱為短路故障(低壓脈沖測試時，故障有反射且反射波與發(fā)射波反相)。圖21 電纜故障等效電路圖[8](2)根據故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡性故障。實際發(fā)生的故障絕大部分是單相對地絕緣下降故障。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。電纜絕緣的破壞是故障產生的主要原因，特別是塑料絕緣的電力電纜，絕緣在長期電場的作用下，就會發(fā)生樹枝化放電，使絕