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1、35/110KV XLPEXLPE 电缆绝缘在线监测技术研究电缆绝缘在线监测技术研究Research on Soulution of On-line Monitoring of 35/110KV XLPE Cable Insulation葛颢济南钢铁集团有限公司能源动力厂HaoGeEnergy Power Plant Of Jigang Group Co.,Ltd摘要：摘要：交联聚乙烯（XLPE）的应用应用越来越广泛，电缆状态检修需要采用在线监测方法对电缆运行状况进行判断评估，介绍几种在线监测的方法，并对在线监测的前景进行展望。关键词关键词：交联聚乙烯电缆 绝缘 在线监测 接地电流法Abstr
2、act：With the development of XLPE，On-line monitoring for power cable is now used to evaluate the operation condition in cable condition-based maintenance. inThe paper .some on-line monitoring method was described, and the development trend of on-line monitorin technique were pointed outKey words:XLPE
3、 cable insulation on-line monitoring earth line current method0前言前言XLPE电缆因其良好的电性能和热性能，结构简单、敷设方便，在济钢高压供电系统中广泛的应用，特别是在35/110KV电力线路中。 XLPE电缆试验主要采取停电预防性试验方法，鉴于XLPE绝缘电力电缆电容量较大，要求试验设备具有很大的电源容量，不易对电缆进行交流试验，而直流耐压试验向电缆绝缘介质注入大量的空间电荷过程，空间电荷限于XLPE介质良好的绝缘性能而不能够及时地泄漏。这些残留空间电荷积聚形成的局部电场与外施工频电场迭加，畸变介质内部电场分布，严重损伤电缆绝缘
4、，往往使得试验合格的XLPE电力电缆在投入运行后几小时或几十小时内就发生电缆绝缘击穿故障，甚至发生多点击穿故障。同时直流耐压试验的电压取值很高，试验时间较长，直流电场促使介质中的水树枝向电树枝转变，耐压试验不仅不能够及时发现电缆运行缺陷，反而使XLPE电力电缆的绝缘损伤较大，缩短电缆运行寿命1。而计划安排的日常检修不仅浪费了人力物力，同事还可会给供电用户带来生产上的影响，为此业界正在寻求一种有效的在线监测方法。1. 在线检测的研究现状随着XLPE电力电缆的广泛使用，针对XLPE电力电缆安全运行和管理，电力电缆绝缘在线监测技术获得了快速发展。国外特别是在日本等发达国家在电缆绝缘监测方面注入很大的
5、力量，在直流成分、脉动法(工频);直流电压叠加法(直流与工频)等积累了一些经验，国外投人的在线运行监测系统为XLPE电缆的老化发展过程提供了大量的监测结果，丰富了对电缆缺陷和老化的判据2-4。目前，国内外已开发或研究中的XIPE电缆在线检测方法有多种，但真正进入实用化推广的还比较少见，因此XIPE电缆绝缘在线监测技术的应用还有很长的路要走。2. 绝缘在线监测技术2.1 接地电流法单芯电缆其线芯与金属护套的关系，可看作一个空心变压器，当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链金属护套，使它的两端出现感应电压，XLPE电缆主绝缘在运行过程中将流过一定的电容电流，随着水树的产生与发展，电缆的水分含量增
6、加，同时产生OH基和碳酞基(-CO-;OC =)3。因此，对水树劣化的电缆施加交流电压后，在原来的电容电流基础上又加上基于水分增加的电容电流分量和基于极性基介质极化引起的损耗电流分在老化过程中其电容量将呈增加趋势，接地线电流也将增大，加速老化试验证明这种变化是明显的，同时交流击穿电压与接地线电流增量I有较好的相关性9，故可以排除掉与老化信息关系不大的干扰信号。通过在线监测单相电力电缆的接地电容或三相电力电缆的接地不平衡电流，即可实时监测电缆的运行状态，防止电缆绝缘事故的发生。这种利用系统设备在线监测接电线电流来综合评估电缆绝缘老化状况的方法，我们称为接地线电流法。其原理图如下1：首端信号处理单
7、元末 端信号滤波 及 A/D 转 换单元数据采集处理单元后台处理诊断系统 统显 示图1：接地电流法原理该测试方法不必要对线路进行较大的改动，只要在护层接地线上连接穿心式电流互感器，从而把接地电流信号转化成计算机能采集的电压信号，再通过信号调理、低通滤波和量化处理后有DSP进行处理以及基波分量的计算，最后够过通信接口把数据传递给后台的微机进行进一步的信号处理和诊断。2.2电缆本体及接头温度当交联聚乙烯电缆工作温度超过允许值的8时，其寿命将减半，如果超过15电缆寿命将只剩下25%7所以，必须对电缆的运行温度进电缆绝缘水平下降，从而导致护层接地感应电流升高，突然升高的电流会产生大量的热量，进一步降低
8、电缆的绝缘。温度升高是引起电缆事故的一个因素，因此也可作为反映电缆运行情况的参量。相对而言，由于温度是一个非电气物理量，防电磁干扰和电气隔离措施较易实现，可靠性较高。下图2是电缆绝缘表面在线温度测量的方法。光源驱动器光纤光脉冲触发数字中和器反存储存储通讯机主机哈曼散射放大器图2：电缆本体及接头测温原理这种可测量电缆纵向温度的分布式温度传感器，使用单根光纤就可同时测量电缆多点故障时的温度。光纤本身可作为传感器，即使被加入电缆也不受分布电流的影响，而且还不需要维护，其测温原理是电缆线路温度随着由激光脉冲送人光纤产生的喇曼散射光的亮度而变化。该方法利用热电效应，能够连续产生与其长度所及范围内最高温度
9、点温度相对应的毫伏信号，不仅能测定温度异变的幅度，而且能确定温度异变的地点。目前，有的电缆厂家在生产高压或超高压电缆产品时，已将感温光纤直接安放在电缆内部，对电缆温度进行全线监测8。2.3交流叠加法交流叠加法在电缆金属护层上叠加(2倍工频+1)Hz的交流电压，检测由劣化引起的1Hz劣化信号。设施加的工频电压为U(t)，水树的交流损耗电流为，则瞬时交流电导为)(tIL,U(t)代人U(t)=Uosinwt,G(t)为以2wt振荡的周期函数。交流叠加)(/ )()(tDUtDItGL电压为。经推导可知:当n为偶数时，产生)sin()(tnwUtUSOS分量的电流(交流叠加电流)。交流叠加电流，对水
10、树劣化的电缆叠加上述(2倍工频+l)2/cos()2/()2/(sinntUGISOnHz电压时，测出的劣化信号最大。因此，本方法采用叠加(2倍工频+1)Hz的电压，检测1 Hz的劣化信号。图3为交流叠加法测量示意图。开关装置交流叠加电源电流测量 器图3 ：交流叠加法测量原理图此方法是在电缆金属护层叠加交流电压;不需进行与高压部分连接的作业，故容易实现在线检测。当改变叠加在金属护层的电压频率时，测出的电流幅值与频率(为叠加电源频率)有对应的关系，水树劣化的电缆在101.4Hz时测出的电流幅值最大5，即对应于工频(50 Hz)的两倍加上差频。新电缆则测不出低频信号。此方法的特点是能检出电缆的局部
11、劣化,同时交流叠加法不大受杂散电流及电缆头污秽的影响,这是因为劣化信号(1 Hz)是由水树的非线性特性产生，在通常线性电阻情况下不产生这种信号总结XLPE电缆绝缘监测技术已经有了长期的发展，但离大规模的应有还有很多路要走，随着现场数据的积累和经验判据的完善，智能控制算法的提高，抗干扰技术、微电子、传感器的发展，35/110KV XLPE高压绝缘在线监测技术一定有广阔的发展前景。参考文献1江日洪 .交联聚乙烯电力电缆线路M. 中国电力出版社.1997.2郑晓泉，屠德民.采用直流法对XLPE电缆进行在线检测的抗干扰技术研究J. 电线电缆,1998,(4):33-3 3段建东，陈天翔，张保会.用接地
12、线电流法进行电力电缆绝缘在线监测的 仿真计算J.高压电器，2005,41(1). 4刘英曹晓珑电力电缆在线测温及载流量测的研究进展与应用J电 网与水力发电进展2007。23(8)：1114 5 霍振星.电力电缆在线诊断技术研究现状J.绝缘材料，2008,41（3）. 6郭仿军.应用用光纤传感器定位电缆故障的方法J.电线电缆，2000：31. 7陈巧勇等 .交联聚乙烯电缆绝缘在线检测直流叠加法的研究J.绝缘材 料，2002. 8 张晓虹，蒋雄伟，王振华，等.分布式光纤温度传感器在交联聚乙烯绝缘 地下电缆故障检测中的应用J.电网技术 ，1999 ,23(12):36一38,42 9屠德民.直流耐压试验对交联聚乙烯电缆绝缘的危害性J .电线电缆， 1997,(5 ):33-37.
