【正文】 .......................... 27 測(cè)距............................................................ 27 定點(diǎn)............................................................ 28 低壓電力電纜故障探測(cè) .............................................. 29 超高壓電力電纜故障的探測(cè) .......................................... 297 電力電纜故障仿真 ..................................................... 32 電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 .............................................. 32 電纜故障檢測(cè)波形算法仿真 .......................................... 33 短路性故障仿真 ................................................ 33 開路性故障仿真 ................................................ 34 首段及其附近故障點(diǎn)的仿真 ...................................... 36 電纜故障波形仿真 .................................................. 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(cè)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(duì)電力的需求量越來(lái)越大，要求電網(wǎng)的安全運(yùn)行也越來(lái)越高。電力電纜是在電力系統(tǒng)中用于傳輸和分配電能的電纜。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。但電力電纜的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造工序多，產(chǎn)品價(jià)格要比較空導(dǎo)線高出幾十倍；因此一般應(yīng)用不適應(yīng)采用架空線路的場(chǎng)合，如城市中暑配電線路和工礦企業(yè)的動(dòng)力引入與廠區(qū)的主干電力線路中；以及跨越江河鐵路戰(zhàn)場(chǎng)，貫穿地下隧道等。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(guò)江、過(guò)近海、過(guò)鐵路處，也常采用電力電纜。1957 年美國(guó) GE 公司率先開發(fā)了交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜，1959 年和 1960 年日本的住友公司和昭和公司采用美國(guó)專利，也先后研制出這種電纜。上世紀(jì) 80 年代末，沈陽(yáng)電纜廠用 2+2 懸鏈工藝制造出我國(guó)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(guò)兩部鑒定，填補(bǔ)國(guó)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?？梢哉f(shuō)高壓交聯(lián)電纜的批量使用促進(jìn)了制造行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，而制造技術(shù)和工藝裝備的發(fā)展又不斷滿足了電力工業(yè)的需要。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(yè) 共 41 頁(yè)電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測(cè)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。目前 XLPE 電纜已被廣泛使用于中高壓配電線路中，并且隨著城網(wǎng)改造的深入發(fā)展，呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)國(guó)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(shì)。電纜發(fā)生故障時(shí)，由于埋在地下，查找比架空線困難，若故障測(cè)距不準(zhǔn)，電纜路徑不清楚，耽誤了大量時(shí)間，造成無(wú)法估量的損失。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。而隨著社會(huì)對(duì)電力需求的日益增大和電氣設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)大，尤其是現(xiàn)代大型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，要求盡量減少停電次數(shù)，甚至不能停電。顯然，這種在運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)絕緣老化的檢測(cè)(稱為在線檢測(cè))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(cè)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。 本文的研究?jī)?nèi)容本課題在熟悉電力電纜絕緣常規(guī)試驗(yàn)與檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，理解水樹概念及水樹枝放電現(xiàn)象及其放電機(jī)理，根據(jù)故障類型提出相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)方法，提出電纜故障定位方法，具體內(nèi)容如下：⑴ 分析電纜故障的原因、故障性質(zhì)和分類；⑵ 電纜故障常規(guī)試驗(yàn)內(nèi)容和原理，電力電纜的測(cè)距方法；⑶ 電纜故障測(cè)試中誤差分析；⑷提出有效的電纜絕緣在線檢測(cè)及診斷方法；⑸設(shè)計(jì)電力電纜在線檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)故障檢測(cè)波形分析算法進(jìn)行仿真。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(jiǎn)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。（1） 安裝時(shí)損傷：在安裝時(shí)不小心碰傷電纜，機(jī)械牽引力過(guò)大而拉傷電纜，或電纜過(guò)度彎曲而損傷電纜；（2） 直接受外力損傷：在安裝后電纜路徑上或電纜附近進(jìn)行城建施工，使電纜受到直接的外力作用；（3） 行駛車輛的震動(dòng)或沖擊性負(fù)荷會(huì)造成地下電纜的鉛（鋁）包裂損；（4） 因自然現(xiàn)象造成的損傷：如中間接頭或終端頭內(nèi)絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護(hù)套因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷；因土地沉降引起過(guò)大拉力，拉斷中間接頭或?qū)w。 絕緣老化電纜絕緣長(zhǎng)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。（2） 電纜線路周圍靠近熱源，使電纜局部或整個(gè)電纜線路長(zhǎng)期受熱而過(guò)早老化。 過(guò)電壓電力電纜因雷擊或其它沖擊過(guò)電壓而損壞的情況在電纜線路上并不多見。從現(xiàn)場(chǎng)事故分析得知，這些擊穿點(diǎn)往往早已存在較為嚴(yán)重的某種缺陷，雷擊僅是較早的激發(fā)了它，其缺陷主要有：（1） 絕緣層內(nèi)含有氣泡、雜質(zhì)或絕緣油干枯。（3） 電纜絕緣已嚴(yán)重老化。（2） 火災(zāi)或鄰近電纜故障的燒傷。過(guò)負(fù)荷是電纜過(guò)熱的重要原因。橡塑絕緣電纜長(zhǎng)期過(guò)熱后，絕緣材料發(fā)生變硬、變色、失去彈性、出現(xiàn)裂紋等物理變化。 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。其有三方面，（1） 電纜制造問題，鉛（鋁）護(hù)層留下的缺陷：在包纏絕緣過(guò)程中，表面出現(xiàn)褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷；（2） 電纜附件制造上的缺陷，如鑄鐵件有砂眼，瓷件的機(jī)械強(qiáng)度不夠，其它零件不符合規(guī)格或組裝時(shí)不密封等；（3） 對(duì)絕緣材料的維護(hù)管理不善，造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。因此在選用時(shí)應(yīng)該慎之又慎。. 電力電纜故障類型及分類電力電纜的故障按其狀態(tài)可分為：接地故障、短路故障、斷線故障和混合故障；按故障的類別可分為：?jiǎn)蜗喙收?、兩相故障和三相故障等；按故障性質(zhì)分，主要有低阻故障和高阻故障。也稱短路故障。其中高阻泄露故障是指在電纜高壓絕緣測(cè)試時(shí)，當(dāng)試驗(yàn)電壓升高到額定值時(shí)(有時(shí)還遠(yuǎn)達(dá)不到額定值)，泄露電流超過(guò)允許值的高阻故障。若按故障性質(zhì)來(lái)分為下列五種。其中又可分為低阻接地或高阻接地。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。需要進(jìn)行燒穿或用高壓電橋測(cè)量的故障，稱為高阻故障。其中也可分為低阻短路或高阻短路故障。 斷線故障電纜一芯或數(shù)芯被故障電流燒斷或受機(jī)械外力拉斷，形成完全斷線或不完全斷線，其障點(diǎn)對(duì)地的電阻也可分為高阻或低阻故障，一般以 1M W 為分界線，小于 1M W 為低阻。 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。有時(shí)在特殊條件下，絕緣擊穿后又恢復(fù)正常。 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。橡膠絕緣電力電纜的主絕緣電阻值根基各廠家的規(guī)定執(zhí)行，而外護(hù)套的絕緣電阻和內(nèi)襯層的絕緣電阻規(guī)定當(dāng)采用 500V 兆歐表時(shí)為 .當(dāng)絕緣電阻很低時(shí)，應(yīng)用萬(wàn)用表正、反接線分別測(cè)屏蔽層對(duì)鎧裝、鎧裝層對(duì)地的直流電阻，以檢查它們是否受潮。通過(guò)這兩項(xiàng)測(cè)量可以判斷絕緣是否已經(jīng)受潮。誤差分析：電纜終端或套管表面臟污、潮濕對(duì)絕緣電阻有較大的影響。當(dāng)被測(cè)電纜較長(zhǎng)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(guò)較長(zhǎng)時(shí)間遙測(cè)才能得到正確的結(jié)果。直流耐壓試驗(yàn)一般都采用半波整流電路，由于電纜電容量較大，故不用加裝濾波電容。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(lái)。 泄漏電流試驗(yàn)絕緣良好的電纜泄漏電流很小，一般只有幾到幾十微安。現(xiàn)場(chǎng)采用兩端同時(shí)測(cè)量的方法，即在非高壓電源增加一個(gè)測(cè)量微安表，同時(shí)記錄兩端的泄漏電流值。誤差分析：由于試驗(yàn)設(shè)備及高壓引線等雜散電流的影響，當(dāng)將微安表接入低點(diǎn)位端測(cè)量時(shí)，往往使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)，有時(shí)誤差竟達(dá)到真實(shí)值的幾倍到幾十倍。測(cè)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。約經(jīng) 10min 充電后，將 K1 及 K2 先后打到接地側(cè)，約經(jīng) 10s 后打開 KK2,將開關(guān) K3 合向試驗(yàn)電源，以測(cè)量電纜絕緣上的殘余電壓，對(duì) XLPE 電纜測(cè)得的殘余電壓與其 tan d 值的相關(guān)性較好。該測(cè)試方法受外部感應(yīng)、雜音干擾影響較小。圖 殘余電壓法的測(cè)量示意圖第 8 頁(yè) 共 41 頁(yè)電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測(cè)方法研究 反向吸收電流法反向吸收電流法的測(cè)試原理如圖 所示。而“吸收電荷” Q 在這里定義為從 3min 到 33min，30min 內(nèi)電流對(duì)時(shí)間的積分值。測(cè)殘余電荷時(shí)外界干擾較小，測(cè)量比較準(zhǔn)確。圖 反向吸收電流法測(cè)量圖第 9 頁(yè) 共 41 頁(yè)電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測(cè)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(zhǎng)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(guò)程即為老化。絕緣材料老化的表現(xiàn)主要有絕緣電阻下降、介質(zhì)損耗增大等， 電老化電老化指的是在電場(chǎng)長(zhǎng)期作用下，電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)中發(fā)生的老化。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。各種高分子材料的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)都在 MV/cm 的數(shù)量級(jí)。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。有機(jī)絕緣材料在熱的作用下發(fā)生熱降解，導(dǎo)致絕緣材料的結(jié)構(gòu)變化，使其電氣性能和機(jī)械性能劣化。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。用于絕緣的高分子有機(jī)材料會(huì)在熱的長(zhǎng)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。第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè)電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測(cè)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(guò)程中受到各種機(jī)械應(yīng)力的作用發(fā)生的老化。機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的微裂縫在強(qiáng)電場(chǎng)作用下將引發(fā)局部放電，從而加速絕緣