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1、第十章 电力电缆的试验与状态分析,第一节 电力电缆的绝缘试验,电力电缆主要由导电线芯、绝缘层和护套组成，规程将电力电缆分成三类，即纸绝缘电力电缆、橡塑绝缘电力电缆（聚氯乙烯绝缘电力电缆、交联聚乙烯绝缘电力电缆、乙丙橡皮绝缘电力电缆）、电容式充油电缆，它们的预防性试验见表10-1。 表10-1 电力电缆预防性试验项目,注 “”表示正常试验项目，“”表示不进行该项目试验，“”表示大修后进行，“”表示必要时进行。,一、绝缘电阻测量 测量电力电缆的主绝缘电阻可以检查电缆绝缘是否老化、受潮，以及 耐压试验中暴露出来的绝缘缺陷。 对1000V以下的电缆测量时用1000V兆欧表，对1000V及以上的电缆用
2、2500V兆欧表，对6kV及以上电缆用5000V兆欧表。 像塑绝缘电力电缆的绝缘电阻很低时，应用万用表正、反接线分别测屏 蔽层对铠装、铠装层对地的直流电阻，以检查它们是否受潮。当绝缘确实 受潮时，应安排检修。 当电缆埋于地下后，测量钢铠甲对地的绝缘电阻，可检查出外护套有 无损伤；同理，测量铜屏蔽层对钢铠甲间的绝缘电阻也可以检查出内护套 有无损伤。通过这两项测量可以判断绝缘是否已经受潮。当电缆敷设在电 缆沟、隧道支架上时，其外护套的损伤点不在支点处且又未浸泡在水中或 置于特别潮湿的环境中，则外护套的操作很难通过测量绝缘电阻来发现， 此时测量铜屏蔽层对钢铠甲的绝缘电阻则更为重要。 电缆终端或套管表
3、面脏污、潮湿对绝缘电阻有较大的影响。除擦拭干净 外，还应加屏蔽环，将屏蔽环接到兆欧表的“屏蔽”端子上，当电缆为三芯 电缆时，可利用非测量相作为两端屏蔽环的连线，见图10-1。,图 10-1 测量绝缘电阻时的屏蔽接线 （a）单芯电缆；（b）三芯电缆 当被测电缆较长时，充电电流很大，因而兆欧表开始指示的数值很小，这并不表示绝缘不良，必须经过较长时间遥测才能得到正确的结果。 测量中若采用手动兆欧表，则转速不得低于额定转速的80%，且当兆欧表达到额定转速后才能接到被试设备上并记录时间，读取15s和60s的绝缘电阻值。兆欧表停止摇动时，更应进行充分放电，放电时间最少不少于2min。,二、直流耐压和泄漏电
4、流试验 直流耐压试验 交流电力电缆之所以用直流来进行耐压试验，主要是由于电力电缆具有很大的电容，现场采用大容量试验电源不现实，所以改为直流耐压试验，以显著减小试验电源的容量。直流耐压试验一般都采用半波整流电路，由于电缆电容量较大，故不用加装滤波电容。对于35kV以上的电缆，试验电源采用倍压整流方式。试验中测量泄漏电流的微安表可接在低电位端，也可接在高电位端。 通常直流试验所带来的剩余破坏也比交流试验小得多（如交流试验因局部放电、极化等所引起的损耗比直流时大）。直流试验没有交流真实、严格，串联介质在交流试验中场强分布与其介电常数成反比，而施加直流时却与其电导率成反比，因此在直流耐压试验时，一是适
5、当提高试验电压，二是延长外施电压的时间。正常的电缆绝缘在直流电压作用下的耐电强度约为400600kV/cm，比交流作用下约大一倍左右，所以直流试验电压大致为交流试验电压的两倍，试验时间一般选为510min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min内都能暴露出来，GB5015091规定了最长的持续试验时间为15min。纸绝缘电力电缆、橡塑绝缘电力电缆和充油电缆的直流耐压和泄漏电流试验电压标准见表10-2。,表10-2 电力电缆直流耐压和泄漏电流试验电压（kV）,2、泄漏电流测量技术 绝缘良好的电缆泄漏电流很小，一般只有几到几十微安。由于试验设 备用高压引线等杂散电流的影响，当将微安表接入低电位端
6、测量时，往往 使测量结果不准，有时误差竟达到真实值的几倍到几十倍。 在实际测量中应尽量将微安表接在高电位端的接线，这时对测量微安 表、引线及电缆两头，应该严格地屏蔽，对于整盘电缆可以采用如图10-2所 示屏蔽接线方式。这里微安表采用金属屏蔽罩屏蔽，微安表到被试品的引 线采用金属屏蔽线屏蔽，对电缆两端头则采用屏蔽帽和屏蔽环屏蔽。屏蔽 和引线之间只有很小的电位差，所以并不需要很高的绝缘。,图 10-2 测量直流泄漏电流时的屏蔽方法 1微安表屏蔽罩；2屏蔽线；3端头屏蔽帽；4屏蔽环,在现场试验时，由于电缆两头相距很远，无法实现连接，所以上述方法是 不可行的。有的运行单位采用借用三相电缆中的另一相作为
7、两端屏蔽连线 ，但由于测量的泄漏电流包含了另一相的泄漏电流，且每相均承受两次耐 压，因此采用这种方法的等效性值得研究。 现场采用两端同时测量的方法，其接线如图10-3所示，即在非高压电源端 增加一个测量微安表，同时记录两端的泄漏电流值。这时高压电源端测得 的泄漏电流包含电缆绝缘的泄漏电流和表面泄漏电流、杂散电流，而另一 端测量的是表面泄漏电流和杂散电流，从而电缆的泄漏电流为两者的差。,图10-3 两端同时测量泄漏电流的接线,另一种简便有效的方法是在施加电压相和非施加电压相之间放置一个 绝缘板，或将绝缘手套套在施加电压的那一相电缆终端上，以改善局部电 场分布，减小电晕的影响。 3、关于交联聚乙烯
8、电缆直流耐压试验的讨论 交联聚乙烯电缆绝缘直流耐压试验是一个有争议的试验项目，由于交 联聚乙烯绝缘性质十分特殊，进行直流耐压试验可能是不适合的。主要观 点有： （1）直流电压对交联聚乙烯绝缘有积累效应，当经过直流耐压试验后，将 在电缆绝缘中残余一定的直流电压，这时将电缆投入使用，大大增加了击 穿的可能。 （2）交联聚乙烯电缆在运行中，在主绝缘交联聚乙烯中逐步形成水树枝、 电树枝，这种树枝化老化过程，伴随着整流效应。由于有整流效应的存在 ，致使在直流耐压试验过程中，在水树枝或电树枝端头积聚的电荷难以消 散，并在电缆运行过程中加剧树枝化的过程。 （3）由于XLPE绝缘电阻很高，以致在直流耐压时所注
9、入的电子不易散逸 ，它引起电缆中原有的电场发生畸变，因而更易被击穿。 （4）由于直流电压分布与实际运行电压不同，直流试验合格的电缆，投入 运行后，在正常工作电压作用下也会发生绝缘故障。,三、其它试验方法 基于电力电缆的吸收过程的特点，国内外已研究出几种有一定特点的 停电试验方法，如残余电压法、反向吸收电流法、电位衰减法等，这些 方法在实际应用中取得了较好的效果，有的已与在线检测配合使用. 1、残余电压法测量原理如图10-4所示。测量时将开关K2打开，K3打到接 地侧，开关K1合向试验电源，使被试电缆充上直流电压。一般可按每毫 米绝缘厚度上的电压为1kV来施加电压。约经10min充电后，将K1及
10、K2先 后打到接地侧，经约10s后打开K1、K2，将开关K3合向试验电源，以测 量电缆绝缘上的残余电压，对XLPE电缆测得的残余电压与其tan值的相关 性较好。研究表明交联聚乙烯电缆不同老化过程阶段其残余电压明显不 同，电缆劣化越严重残余电压越高。,图10-4 残余电压法测量原理,2、反向吸收电流法 反向吸收电流法测量原理如图10-5所示。测量时先将开关K2闭合， K1打到电源侧，让电缆加上1kV直流电压10min，然后将K1打到接地侧 让电缆放电；3 min后打开K2，由电流表测量反向吸收电流。而“吸收电 荷”Q在这里定义为3min到33min，30min内电流对时间的积分值。 图10-5
11、反向吸收电流法测量原理 图10-6给出了运行中因老化而退下的6.6kV XLPE电缆的吸收电荷、 绝缘电阻及tan与该电缆交流击穿电压U的关系，可见其Q-U的相关性比 tan-U还要好，而绝缘电阻与U的相关性最差。由此可见当监测某电缆整 体劣化时，以测量Q及tan为宜。因两者均取决于绝缘的整体特性，而测 残余电荷时外界干扰也较小，测量比较准确。,图10-6 吸收电荷、绝缘电阻、tan和交流击穿电压相关性,电位衰减法 电位衰减法是在电缆放电后测量自放电的电压下降速度，其测量原理如图10-7所示。试验时先对电缆绝缘充电，再打开开关K1让它自放电。由于静电电压表的绝缘电阻远高于电缆的绝缘电阻，如电缆
12、绝缘良好，则自放电很慢；如电缆绝缘品质已经下降，则放电电压下降速度很快，如图10-8所示的曲线。,图10-7 自放电法测量原理,图10-8 自放电电压的下降曲线,第二节 电力电缆的运行状态分析,目前预防性试验中规定的电缆试验项目不多，主要是绝缘电阻测量和直 流耐压试验，它们各有优缺点，表10-3给出了现在较常见的试验方法的 对比。 表10-3 常见电缆老化检测方法比较,上述这些方法可以从不同侧面研究电缆老化情况，具有一定的效果，但对于交联聚乙烯电缆普遍认为不适合进行高压直流试验，所以针对交联聚乙烯电缆发展了多种在线检测方法。 一、直流分量法 由于交联聚乙烯电缆中存在着树枝化（水树枝、电树枝）绝
13、缘缺陷，它们在交流正、负半周表现出不同的电荷注入和中和特性，导致在长时间交流工作电压的反复作用下，水树枝的前端积聚了大量的负电荷，树枝前端所积聚的负电荷逐渐向对方漂移，这种现象称为整流效应。由于“整流效应”的作用，流过电缆接地线的交流电流便含有微弱的直流成分，检测出这种直流成分即可进行劣化诊断。用图10-9所示的测量回路可在交联聚乙烯电缆系统中，检测到电缆线芯与屏蔽层的电流中极小的直流分量。,图10-9 直流分量在线监测回路,研究表明，水树枝发展得愈长，直流分量也就愈大，而且XLPE电缆的直流分量电流Idc与其直流泄漏电流及交流击穿电压间往往具有较好的相关性，如图10-10、图10-11。在线
14、检测出Idc增大时，常常说明水树枝的发展、泄漏电流的增大，这样的绝缘劣化过程会导致交流击穿电压的下降。,图10-10 泄漏电流与直流分量的相关性,直流分量法测得的电流极微弱，有时也不大稳定，微小的干扰电流就会引起很大误差。研究表明，这些干扰主要平自被测电缆的屏蔽层与大地之间的杂散电流，因杂散电流及真实的由水树枝引起的电流，均经过直流分量装置，以致造成很大误差。可以考虑采取旁路杂散电流或在杂散电流回路中串入电容将其阻断等方法。,图10-11 交流击穿电压与直流分量的相关性,二、直流叠加法 直流叠加法的基本原理是在接地的电压互感器的中性点处加进低压直流电源（通常为50V），使该直流电压与施加在电缆
15、绝缘上的交流电压叠加，从而测量通过电缆绝缘层的微弱的纳安级直流电流或其绝缘电阻，其测量原理如图10-12所示。,图10-12 直流叠加法测量原理图,三、电缆绝缘tan 对电缆绝缘层tan值的在线检测方法，与电容型试品的在线检测tan方法 很相似。对多路电缆进行tan巡回检测时，仍常由电压互感器处获取电源 电压的相位来进行比较，其原理框图如图10-13所示。,图10-13 多路巡回检测tan测量原理,通常认为，发现集中性的缺陷采用直流分量法较好，因为tan值往往反映的是普遍性的缺陷，个别的较集中的缺陷不会引起整根长电缆所测到的tan值的显著变化。由图10-14可见，电缆绝缘中水树枝的增长会引起t
16、an值的增大，但分散性较大。同样，在线测出tan值的上升可反映绝缘受潮、劣化等缺陷，交流击穿电压会降低，其间的关系如图10-15的实例所示，同样具有一定的分散性。,图10-14 水树枝长度与电缆tan的关系,图10-15 电缆tan与长时击穿电压的关系,在对已运行过的XLPE电缆进行加速老化试验，得出水树枝发生的个数以及最长的水树枝长度与电缆tan测量值的关系，如图10-16及图10-17所示，它们的趋势是明确的，但分散性很大。如将最长的水树枝长度与每单位长度电缆中的树枝数的乘积作为横坐标，则相关性，说明测得的tan值取决于整体损耗的变化。,图10-16 树枝数对tan影响图,10-17 最大树枝长度与tan的关系,四、其他在线检测方法 对于发现局部缺陷，局部放电检测是很有价值的。常见的电缆局部放电方法有局部放电检测仪、接地线脉冲电流法、电磁耦合法、超声波法等，可以对电缆及其附件进行检测，但由于电缆长、电容量大，对其进行在线检测时外界干扰的影响十分严重，在现场进行检测时有效分辨率一般为1001000pC。 由于交联聚乙烯电缆绝缘电
