7、电力电缆的试验、监测与诊断

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1、第七章第七章 电力电缆的试验、监测与诊断电力电缆的试验、监测与诊断 方瑞明方瑞明 博士博士/教授教授 Email: 什么是电力电缆？什么是电力电缆？ 架空线架空线 电力电缆电力电缆 电力传输通道电力传输通道 电力电缆的使用至今已有百余年历史电力电缆的使用至今已有百余年历史: : 1879年年 爱迪生首次使用电缆实现地下输电。爱迪生首次使用电缆实现地下输电。 1911年年 德国敷设德国敷设60kV高压电缆。高压电缆。 1913年年 霍希施泰特研制成分相屏蔽电缆。霍希施泰特研制成分相屏蔽电缆。 1981年年 研制成研制成1000kV的特高压电力电缆。的特高压电力电缆。 为什么使用电缆？为什么使用

2、电缆？ 输电通道小输电通道小 不受环境污染影响不受环境污染影响 可靠性高可靠性高 对人身及周围环境干扰小对人身及周围环境干扰小 特殊应用环境特殊应用环境 使用电缆的优点使用电缆的优点 制造工艺复杂制造工艺复杂 造价高造价高 施工维修麻烦施工维修麻烦 使用电缆的缺点使用电缆的缺点 电缆的种类电缆的种类 油纸绝缘电缆油纸绝缘电缆 气体绝缘电缆气体绝缘电缆 塑料绝缘电缆塑料绝缘电缆 聚氯乙烯电缆聚氯乙烯电缆 聚乙烯电缆聚乙烯电缆 XLPE（交联聚乙烯电缆）（交联聚乙烯电缆） 塑料绝缘电缆塑料绝缘电缆 铜量铜量/1000t 50 100 150 66 70 74 78 82 86 1 2 3 1. 电

3、力电缆合计电力电缆合计 2. XLPE电缆电缆 3. 油纸电缆油纸电缆 交联聚乙烯交联聚乙烯电缆电缆 XLPE， cross linked polyethylene 30余年历史余年历史 性能优良、工艺简单、安装方便性能优良、工艺简单、安装方便 得到广泛应用得到广泛应用 XLPE电缆的基本结构电缆的基本结构 交联聚乙烯绝缘电缆结构示意图交联聚乙烯绝缘电缆结构示意图 1、导体、导体 2、导体屏蔽、导体屏蔽 3、交联聚乙烯绝缘、交联聚乙烯绝缘 4、绝缘屏、绝缘屏蔽蔽 5、金属屏蔽、金属屏蔽 6、填充、填充 7、内衬层、内衬层 8、铠装层、铠装层 9、外护套外护套 1. 导电线芯：高导电率材料，绞线

4、承圆形或扇形截面。导电线芯：高导电率材料，绞线承圆形或扇形截面。 2. 绝缘层：高电阻率材料，绝缘层：高电阻率材料，tg 、 低而电气强度低而电气强度Eb高的油高的油浸纸、橡皮或塑料。浸纸、橡皮或塑料。 3. 密封护套：保护绝缘线芯免受机械、水分、化学等的损伤，密封护套：保护绝缘线芯免受机械、水分、化学等的损伤，有时外部还有保护覆盖层。有时外部还有保护覆盖层。 4. 半导体层的作用：均匀电场，它可以克服电晕及游离放电，半导体层的作用：均匀电场，它可以克服电晕及游离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡。使芯线与绝缘层之间有良好的过渡。 固体电介质树枝化劣化固体电介质树枝化劣化 在高电场强度作用下

5、，固体介质内常出现树枝在高电场强度作用下，固体介质内常出现树枝状局部损坏。在电场的持续作用下，这些树枝状微通状局部损坏。在电场的持续作用下，这些树枝状微通道就可能沿电场方向贯穿整个绝缘，导致击穿。所以道就可能沿电场方向贯穿整个绝缘，导致击穿。所以树枝现象也是预击穿现象。树枝现象也是预击穿现象。 电树枝电树枝 水树枝水树枝 1. 电树枝电树枝 电极尖端处或微小空气隙、杂质等处电场较电极尖端处或微小空气隙、杂质等处电场较强，发生的放电逐渐发展，形成较细的沟状放电通强，发生的放电逐渐发展，形成较细的沟状放电通道的碳化痕迹。道的碳化痕迹。 电树枝通常笼廓电树枝通常笼廓较清晰较清晰 2. 水树枝水树枝

6、水树枝通常笼廓较模糊水树枝通常笼廓较模糊 水浸入绝缘层，在电场作用下形成的树枝状物。水浸入绝缘层，在电场作用下形成的树枝状物。 制造过程中残留在绝缘中的微水。制造过程中残留在绝缘中的微水。 运行中因机械损伤水分逐渐侵入。运行中因机械损伤水分逐渐侵入。 电场长期作用下绝缘中形成由微小的水滴及连电场长期作用下绝缘中形成由微小的水滴及连接它们的水丝组成的水树枝。接它们的水丝组成的水树枝。 电场电场 水份水份 环境因素环境因素 时间时间 半导体层半导体层 绝缘层绝缘层 内部半导体层内部半导体层 电缆芯电缆芯 “残留水树残留水树 “外部浸入水树外部浸入水树 导致水树发展的条件导致水树发展的条件 水树一般

7、在电气强度较强的区域得到进一步的水树一般在电气强度较强的区域得到进一步的发展发展 水树的老化过程通常较缓慢。水树的老化过程通常较缓慢。 水树是交联聚乙烯电缆事故的主要原因，约占水树是交联聚乙烯电缆事故的主要原因，约占事故的事故的71%，多发生于自然劣化。，多发生于自然劣化。 水树枝一般是从内半导电层、屏蔽层与绝缘层水树枝一般是从内半导电层、屏蔽层与绝缘层界面上引发出来。若绝缘体内存有气隙或杂质，界面上引发出来。若绝缘体内存有气隙或杂质，则会在电场方向产生并加剧蝶形领结状水树枝。则会在电场方向产生并加剧蝶形领结状水树枝。这些水树枝不仅受电缆结构的影响，而且还受这些水树枝不仅受电缆结构的影响，而且

8、还受半导作层性能和形状、含水率、电压等级、电半导作层性能和形状、含水率、电压等级、电缆芯温度以及浸水条件等因素的影响。缆芯温度以及浸水条件等因素的影响。 水树枝延伸最主要的条件是高温和浸水，有时水树枝延伸最主要的条件是高温和浸水，有时水树枝的长度可以达到绝缘厚度的一半以上。水树枝的长度可以达到绝缘厚度的一半以上。 水树枝延伸的时间特性水树枝延伸的时间特性 3 6 kV级级XLPE电缆交流击穿场强电缆交流击穿场强 与水树长度的关系与水树长度的关系 水树引起的绝缘故障发展过程水树引起的绝缘故障发展过程 水树枝具有消失和重现的特点，有的水树枝受水树枝具有消失和重现的特点，有的水树枝受热、干燥、抽真空

9、后会消失形态，浸入热水中又会热、干燥、抽真空后会消失形态，浸入热水中又会重现。水树枝不会直接导致击穿，但会使绝缘强度重现。水树枝不会直接导致击穿，但会使绝缘强度降低，促进老化作用，缩短寿命。长期逐步发展最降低，促进老化作用，缩短寿命。长期逐步发展最终将导致绝缘损坏终将导致绝缘损坏. 根据现场运行经验，水树枝劣化特性如下：根据现场运行经验，水树枝劣化特性如下： （l）仅发生在）仅发生在6kV以上的高压交联聚乙烯电缆中。以上的高压交联聚乙烯电缆中。 （2）从投运到破坏的时间需要数年至十几年，大多数在）从投运到破坏的时间需要数年至十几年，大多数在10年以上。年以上。 （3）贯通绝缘体的水树枝状劣化，

10、大部分能维持正常工作）贯通绝缘体的水树枝状劣化，大部分能维持正常工作电压以上的电压值，只有在发生脉冲电压等异常电压时才产电压以上的电压值，只有在发生脉冲电压等异常电压时才产生破坏。生破坏。 （4）环境温度高时，劣化进程加快。）环境温度高时，劣化进程加快。 因此对电力电缆绝缘本体进行故障监测是可行的，也是因此对电力电缆绝缘本体进行故障监测是可行的，也是必要的。必要的。 电缆线路的薄弱环节 电缆线路的薄弱环节是终端和中间接头，这往往由于设计不良或制作工艺、材料不当而带来缺陷。有的缺陷在施工过程和验收试验中检出，更多的是在运行电压下受电场、热、化学的长期作用而逐渐发展，劣化直至暴露。除电缆头外，电缆

11、本身也会发生一些故障，如机械损伤、铅包腐蚀、过热老化及偶尔有制造缺陷等。所以新敷设电缆时，要在敷设过程中配合试验；在制作终端头或中间头之前应进行试验，电缆竣工时应做交接试验。运行中的电缆要按电力设备交接和预防性试验规程规定的项目、周期、要求和说明进行试验。 一、胶联电缆五阻值测量 （一）测量主绝缘电阻 （二二）测量外护套绝缘电阻 （三）测量内衬层绝缘电阻 （四）铜屏蔽层电阻和导体电阻比 （一）测量主绝缘电阻 绝缘介质在直流电压作用下的电流包含充电电流、吸收电流和电导电流。如图1所示。 图1 绝缘介质在直流电压作用下各电流与时间的关系 RO加压瞬间的绝缘电阻；R测量过程终了时的绝缘电阻； i1充

12、电电流；i2吸收电流；i3电导电流；i总电流。 充电电流i1：决定于被试绝缘的几何尺寸、形状和材料，这部分电流开始最大，但在10-15s10-2s之内下降至可略去地步。 吸收电流i2：主要是不均匀介质内部较为缓慢的极化形成的，极化时间从10-2s至几十分钟甚至几小时以上，这部分电流随着时间逐渐减小，通常在一分钟之内可降至可略去地步。 电导电流i3：它又可分为两部分。一是绝缘表面的泄漏电流，其大小与绝缘表面的脏污、受潮程度有关；二是绝缘内部的电导电流，与绝缘内部杂质的含量、是否分层或开裂有关，其电流不随时间而 降低。 总电流I：是随时间衰减的，因此试品实际的绝缘电阻随着时间的增加而逐渐上升，并趋

13、向稳定。这一过程可用吸收比来表示，下式： 电缆绝缘受潮时或有贯穿性的缺陷，电导电流较大，则/的比值就小，由于总的电流衰减过程很长，实际上要测出/是有困难的，因此现场均采用R60S/R15S的比值，并称吸收比。应用这一原理，测量电缆绝缘电阻及吸收比，可初步判断电缆绝缘是否受潮、老化、并可检查耐压后的绝缘是否损伤。所以，耐压前后均应测量绝缘电阻。测量时，额定电压为1千伏及以上的电缆应使用2500伏兆欧表进行。 3211iiiRRO 测量电缆绝缘电阻的步骤及注意事项如下： （1 1）拆除对外联线，并用清洁干燥的布擦净电缆头，然后将非被试相缆芯与铅皮一同接地，逐相测量。试验前电缆要充分放电并接地，方法

14、是将电缆导体及电缆金属护套接地。 （2 2）根据被试电缆额定电压选择适当兆欧表。 （3 3）若使用手摇式兆欧表，应将兆欧表放置在平稳的地方，不接线空测，在额定转速下指针应指到“”；再慢摇兆欧表，将兆欧表L、E端用引线短接，兆欧表指针应指零。这样说明兆欧表工作正常。 （4 4）兆欧表有三个接线端子：接地端E、线路端子L、屏蔽端子G。为了测得准确，应在缆芯端部绝缘上或套管部装屏蔽环并接于兆欧表的屏蔽端子G，如图2所示。应注意线路L端子上引线处于高压状态，应悬空，不可拖放在地上。 图2 测量电缆绝缘电阻接线图 1导体；2套管或绕包绝缘；3电缆终端头；4兆欧表 运行中的电缆，其绝缘电阻应从各次试验数值

15、的变化规律及相间的相互比较来综合判断，其相间不平衡系数一般不大于22.5。电缆绝缘电阻的数值随电缆温度和长度而变化。为便于比较，应换算为20时每公里长的数值。如式（1）所示。 (1) 式中： 电缆在20时，每公里长的绝缘电阻； 电缆长度为L，t时的绝缘电阻； L 电缆长度（公里）； 温度系数，如表1。 表1 电缆绝缘的温度换算系数K 温度 / 0 5 10 15 20 25 30 35 40 K 0.48 0.57 0.70 0.85 1.0 1.13 1.41 1.66 1.92 停止时间较长的地下电缆可用土壤温度为准，运行不久的应测量导体直流电阻计算缆芯温度。良好电缆的绝缘电阻通常很高，其

16、最低数值可按制造厂规定 对0.6/1kV电缆用1000V兆欧表；0.6/1kV以上电缆用2500V兆欧表；其中6/6kV及以上电缆可用5000V兆欧表。 状态检修规程：修订为状态检修规程：修订为3年。年。 20iRitRK20iitRR KL （5 5）手摇并用清洁干燥的布擦净电缆头，然后将非被试相缆芯与铅皮一同接地，到达额定转速后(每分钟120转)，再搭接到被测相导体上。由于电缆电容很大，操作时兆欧表的摇动速度要均匀，如果转速不衡定，会使兆欧表指针摆动不定，带来测量误差。测量完毕，应先断开火线再停止摇动，以免电容电流对摇表反充电，每次测量都要充分放电，操作均应采用绝缘工具，防止电击。 （6

17、6）当电缆较长充电电流较大时，兆欧表开始时指示数值很小，应继续摇动。一般测量绝缘电阻的同时测定吸收比，故应读取15s和60s时的绝缘电阻值。并逐相测量。 （7 7）每次测完绝缘电阻后都要将电缆放电、接地。电缆线路越长，电容越大，则接地时间越长，一般不少于1min。 （二二）测量外护套绝缘电阻 本项目只适应于三芯电缆的外护套，进行测试时，采用500V兆欧表，电压加在金属护套与外护层表面的石墨导电层之间，当每千米的绝缘电阻低于0.5M时，应采用下述方法判断外护套是否进水： 直埋橡塑电缆的外护套，特别是聚氯乙烯外护套，受地下水的长期浸泡吸水后，或者受到外力破坏而又未完全破损时，其绝缘电阻均有可能下降

18、至规定值以下，因此不能仅根据绝缘电阻值降低来判断外护套破损进水。为此,提出了根据不同金属在电解质中形成原电池原理进行判断的方法。 橡塑电缆的金属层、铠装层及其涂层用的材料有铜、铅、铁、锌和铝等。这些金属的电极电位如表2所示： 表2 金属的电极电位 金属种类 铜Cu 铅Pb 铁Fe 锌Zn 铝Al 电位(V) +0.334 -0.122 -0.44 -0.76 -1.33 当橡塑电缆的外护套破损并进水后，由于地下水是电解质，在铠装层的镀锌钢带上会产生对地-0.76V的电位，如内衬层也破损进水后，在镀锌钢带与铜屏蔽层之间形成原电池，会产生0.334-(-0.76)1.1V的电位差，当进水很多时，测

19、到的电位差会变小。在原电池中铜为“正”极，镀锌钢带为“负”极。 当外护套或内衬层破损进水后，用兆欧表测量时，每千米绝缘电阻值低于0.5M时，用万用表的“正”、“负”表笔轮换测量铠装层对地或铠装层对铜屏蔽层的绝缘电阻，此时在测量回路内由于形成的原电池与万用表内干电池相串联，当极性组合使电压相加时，测得的电阻值较小；反之，测得的电阻值较大。因此上述两次测得的绝缘电阻值相差较大时，表明已形成原电池，就可判断外护套和内衬层已破损进水。 外护套破损不一定要立即修理，但内衬层破损进水后，水分直接与电缆芯接触并可能会腐蚀铜屏蔽层，一般应尽快检修。 状态检修规程：修订为3年。 要求值为每千米绝缘电阻值不应低于

20、0.5M. 对单芯电缆，由于其金属层（电缆金属套和金属屏蔽的总称）采用交叉互联接地方法，所以应按交叉互联系统试验方法进行试验。 （三三）测量内衬层绝缘电阻 电压加在铜屏蔽与金属护套之间，周期及要求值同（二）。 （四四）铜屏蔽层电阻和导体电阻比 在电缆投运前、重做终端或接头后、内衬层破损进水后，应在相同温度下测量铜屏蔽电阻和导体电阻比。可用电桥法测量，也可用压降法测量。测量一相电缆导体的直流电阻时，可用其他两相电缆导体作为另一端被试相导体的引线。铜屏蔽电阻试验接线如图3，导体电阻试验接线如图4。当前者与后者之比与投运前相比增加时，表明铜屏蔽层的直流电阻增大，铜屏蔽层有可能被腐蚀；当该比值与投运前

21、相比减小时，表明附件中的导体连接点的接触电阻有增大的可能。 图3 铜屏蔽电阻试验接线 图4 导体电阻试验接线 （五）附录： 为了实现上述项目的测量，橡塑电缆附件中金属层的接地应按以下方法接地。 1 终端 终端的铠装层和铜屏蔽层应分别用带绝缘的绞合导线单独接地。铜屏蔽层接地线的截面不得小于25mm2；铠装层接地线的截面不应小于10mm2。 2 中间接头 中间接头内铜屏蔽层的接地线不得和铠装层连在一起，对接头两侧的铠装层必须用另一根接地线相连，而且还必须与铜屏蔽层绝缘。如接头的原结构中无内衬层时，应在铜屏蔽层外部增加内衬层，而且与电缆本体的内衬层搭接处的密封必须良好，即必须保证电缆的完整性和延续性

22、。连接铠装层的地线外部必须有外护套而且具有与电缆外护套相同的绝缘和密封性能，即必须确保电缆外护套的完整性和延续性。 二、交流耐压试验 电力电缆在运行中，主绝缘要承受长期的额定电压，还要承受大气过电压、操作过电压、谐振过电压、工频过电压。因此电力电缆安装竣工后，投入运行前必需考核耐受电压水平，只有在规定的试验电压和持续时间下，绝缘不放电、不击穿，才能保证投入后的安全运行。 由于电缆线路的电容很大，若采用工频电压试验，必须有大容量的工频试验变压器，现场很难实现；所以传统的耐压试验方法是采用直流耐压试验。因为电缆的绝缘电阻很大（一般在10G以上），所以在作直流耐压是充电电流极小，具备试验设备容量小、

23、重量轻、可移动性好等优点；但直流耐压试验方法对于XLPE交联电缆，无论从理论还是实践上却存在很多缺点。主要体现在： （一）直流耐压试验存在的主要问题 1 1、试验等效性差 2 2、直流和交流下的电场分布不同 3 3、放电难以完全 4 4、会造成击穿的连锁反应 5 5、对水树枝的发展影响巨大 1、试验等效性差： 高压试验技术的一个通用原则是试品上施加的试验电压场强应模拟高压电器的运行工况。高压试验得出的通过的结论要代表高压电器中薄弱点是否对今后的运行带来危害。这就意味着试验中的故障机理应与电缆运行中的机理应该相同的物理过程。以武高所、西交大、上海供电局所做的研究数据为例，如表3。 表3 击穿电压

24、试验等效性比较结果 试验电压类型（UX） 等效性K=UX/Uac 缺陷类型 直流 工频 0.1Hz 振荡波 针尖缺陷 4.3 1 1.5 1.5 切痕缺陷 2.8 1 2.6 1.1 金具尖端缺陷 3.9 1 2.2 1.6 进潮和水树枝缺陷 2.6 1 1.2 1.4 从上表可以看出：针对不同缺陷，直流耐压的击穿电压的分散性非常大，从2.64.3倍不等。因此无法做为判断电缆绝缘好坏的依据。 2 2、直流和交流下的电场分布不同： 直流电压下，电缆绝缘的电场分布取决于材料的体积电阻率，而交流电压下的电场分布取决于各介质的介电常数，特别是在电缆终端头、接头盒等电缆附件中的直流电场强度的分布和交流电

25、场强度的分布完全不同，而且直流电压下绝缘老化的机理和交流电压下的老化机理不相同。因此，直流耐压试验不能模拟XLPE电缆的运行工况。 3 3、放电难以完全： XLPE电缆在直流电压下会产生“记忆”效应，存储积累性残余电荷。一旦有了由于直流耐压试验引起的“记忆性”，需要很长时间才能将这种直流偏压释放。电缆如果在直流残余电荷未完全释放之前投入运行，直流偏压便会叠加在工频电压峰值上，使得电缆上电压值远远超过其额定电压，从而有可能导致电缆绝缘击穿。 4、会造成击穿的连锁反应： 直流耐压时，会有电子注入到聚合物质内部，形成空间电荷，使该处的电场强度降低，从而易于发生击穿，XLPE电缆的半导体凸出处和污秽点

26、等处容易产生空间电荷。但如果在试验时电缆终端头发生表面闪络或电缆附件击穿，会造成电缆芯线上产生波振荡，在已积聚空间电荷的地点，由于振荡电压极性迅速改变为异极性，使该处电场强度显著增大，可能损坏绝缘，造成多点击穿。 5、对水树枝的发展影响巨大： XLPE电缆致命的一个弱点是绝缘易产生水树枝，一旦产生水树枝，在直流电压下会迅速转变为电树枝，并形成放电，加速了绝缘老化，以致于运行后在工频电压下形成击穿。而单纯的水树枝在交流工作电压下还能保持相当的耐压值，并能保持时一段时间。 图5 典型的树枝状放电照片 实践也证明，直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷，如电缆附件内，绝缘若有机械损伤或应力

27、锥放错等缺陷。在交流电压下绝缘最易发生击穿的地点，在直流电压下往往不能击穿。直流电压下绝缘击穿处往往发生在交流工作条件下绝缘平时不发生击穿的地点。 国际大电网会议第21研究委员会CIGRE SC21 WG21-09工作组报告高压挤包绝缘电缆竣工验收试验建议导则和IEC SC 20A的新工作项目提案文件额定电压150kV(Um=170kV)以上至500kV(Um=525kV) 挤包绝缘电缆及附件试验不推荐采用直流耐压试验作为交联聚乙烯电缆的竣工试验而改用交流耐压试验。 结论： 橡塑绝缘电力电缆不宜采用直流耐压试验作为橡塑绝缘电力电缆不宜采用直流耐压试验作为交接和例行试验。交接和例行试验。 橡塑绝

28、缘电缆原则上采用交流耐压试验作为交橡塑绝缘电缆原则上采用交流耐压试验作为交接和例行试验。接和例行试验。 采用工频或接近工频的交流耐压试验作为挤包绝缘电缆线路竣工试验存在的最大困难是长线路需要很大容量的试验设备。 目前主要采用0.1Hz作为试验电源和变频串联谐振试验电源。 试验周期： 新敷设的电缆线路投入运行新敷设的电缆线路投入运行3-12个月，一般应个月，一般应作作1次耐压试验，以后再按正常周期试验。次耐压试验，以后再按正常周期试验。 试验结果异常，但根据综合判断允许在监视条试验结果异常，但根据综合判断允许在监视条件下继续运行的电缆线路，其试验周期应缩短，件下继续运行的电缆线路，其试验周期应缩

29、短，如在不少于如在不少于6个月时间内，经连续个月时间内，经连续3次以上试验，次以上试验，试验结果不变坏，则以后可以按正常周期试验。试验结果不变坏，则以后可以按正常周期试验。 试验注意事项： 对金属屏蔽或金属套一端接地，另一端装有护层过电压对金属屏蔽或金属套一端接地，另一端装有护层过电压保护器的单芯电缆主绝缘作保护器的单芯电缆主绝缘作交流交流耐压时，必须将护层过耐压时，必须将护层过电压保护器短接，使之一端的电缆金属屏蔽或金属套临电压保护器短接，使之一端的电缆金属屏蔽或金属套临时接地。时接地。 耐压试验后，使导体放电时，必须通过每耐压试验后，使导体放电时，必须通过每kV约约80k的的限流电阻反复几

30、次放电直至限流电阻反复几次放电直至没有没有火花后，才允许直接接火花后，才允许直接接地放电。地放电。 电缆线路在停电后投运之前，必须确认电缆的绝缘状况电缆线路在停电后投运之前，必须确认电缆的绝缘状况良好。如有疑问时，必须进行耐压试验以考核主绝缘。良好。如有疑问时，必须进行耐压试验以考核主绝缘。 对额定电压为对额定电压为0.6/1kV的电缆线路可用的电缆线路可用1000V或或2500V兆欧表测量导体对地绝缘电阻代替直流耐压试验。兆欧表测量导体对地绝缘电阻代替直流耐压试验。 （二二）交流耐压试验装置 （1 1）用0.1Hz作为试验电源 理论上可以将试验变压器的容量降低到1/500，试验变压器的重量可

31、大大降低，可以较容易地移动到现场进行试验，目前此种方法主要应用于中低压电缆的试验，又试验条件的真实性毕竟不如近工频交流电压(30300Hz)，由于电压等级偏低，还不能用于110kV及以上的高压电缆试验。 （2 2）变频串联谐振试验电源 通过改变试验电源的输出频率，使回路中固定电感量的电抗器L与被试品CX发生谐振（谐振频率30300Hz），使被试品承受合适的高电压具有以下优点： 调频、调幅电源采用电力电子设备控制，且省去用于调压的调压器，使系统体积小、重量轻，适合于现场使用； 产品磁路无需调节、噪音小、结构简单；品质因素高（一般70150），电源输出为正弦波，谐振时波形失真度极小； 试品试验电流

32、受系统谐振条件的制约，因此当试品击穿或发生短路时，系统的谐振条件被破坏，试验电压迅速降低，短路电流很小，只有试品电流的十分之一以下，因此即使试品被击穿也不会对试验装置和试品造成危害； 电抗器为固定电感，不需要调节机构，便于运输到现场安装； 经过试验方法的对比，建议采用变频串联谐振交流耐压试验装置。 （三三）电力电缆变频串联谐振交流耐压试验原理 电缆交流耐压试验装置通常有三种形式：工频串联谐振电源、变频串联谐振电源、0.1Hz电源。以下就变频串联谐振交流耐压试验装置进行介绍。变频串联谐振交流耐压试验装置由变频电源、励磁变、避雷器、串联电抗器、调谐电容或电缆自身电容和用于高压测量的电容分压器组成。

33、如图6所示，对应的等值电路如图7所示。 图5 电力电缆变频串联谐振交流耐压试验原理接线 图6 变频串联谐振交流耐压试验等值电路 (1)变频电源 变频电源通常是交直交电路。即交流电源经过半导体整流后变换成直流，然后通过半导体逆变电路变换成交流，通过控制逆变电路可以改变逆变输出的频率和电压。 在交流电源变换成直流时，通常采用全桥（可控）整流，通过电容组滤波。直流变换交流有多钟控制方式，但逆变电路相同，如图8是正弦脉宽（SPWM）控制输出的电路。 （2）励磁变压器 励磁变压器的作用是将变频电源的输出电压升到合适的试验电压，满足电抗器、负载在一定品质因数下的电压要求（励磁变压器的容量一般与变频电源相同

34、）。 高低压绕组之间设静电屏蔽层，频率满足30300Hz要求。有26个绕组抽头，满足不同电压等级、不同容量的试验要求，通常励磁变绕组个数与电抗器个数相同，在使用时则根据电抗器使用情况而定，电抗器串联则励磁绕组也串联，电抗器并联则励磁变绕组也并联。 图8 正弦脉宽（SPWM）控制输出的电路 图6中：R为电抗器L的内阻； 感抗： 容抗： 串联回路总阻抗： 串联回路电流： 电容上的电压： 当 时，回路发生串联谐振，此时阻抗有最小值： 由： 得谐振固有频率： fLXL2fCCXC21122)(CLXXRZ22)(CLXXRUZUICXCXIUfCXfLXCL212RZ fCfL212LCf21当电路处

35、于谐振状态时,电缆上电容的电压为： 为品质因素， QURXURXUXXRUXXIULCCLCCXC22)(QRXRXQLC 由上式可以看出在电容上的电压UC高于电源输入电压U的Q倍，在工程应用中，电抗器品质因素Q一般取几十到几百。 当串联回路在谐振状态时， ，回路成阻性，电感上的电流IL和电容上电流IC方向相反，大小相等，相互抵消。回路中的 视在功率为：S=UI 有功功率为：P=I2R 无功功率为：Q=I2（XL-XC） 谐振回路的有功损耗还有电晕损耗、频率损耗等，故有功率损耗将会大于I2R。谐振回路中的电阻是等效出来的，其实是电抗器的内阻rL和电容器的等效损耗电阻rC之和，所以工程中所测电压

36、和电流之积为电抗器或电容器上的视在功率。谐振回路中电源提供的容量（有功功率等于视在功率），为电抗器上所产生容量的1/Q。 RXXRZCL22)( （四） 变频高压交流耐压装置的选择 变频高压交流电源容量的选择，要根据系统最长电缆的型号、试验电压、长度和截面，估算试验电压下的电容电流，计算出变频高压交流电源容量。 1 1、电缆的电容参数 电缆不同型号、不同截面在1km长度下的电容如表4、表5、表6。 表4 电缆导体截面面积 （mm2） 电容（ F/km） YJV、YJLV YJV、YJLV YJV、YJLV YJV、YJLV YJV、YJLV 6/6kV、6/10kV 8.7/10kV、8.7/

37、15kV 12/35kV 21/35k 26/35k 135 0.212 0.173 0.152 150 0.237 0.192 0.166 0.118 0.144 170 0.270 0.217 0.187 0.131 0.125 195 0.301 0.240 0.206 0.143 0.135 1120 0.327 0.261 0.223 0.153 0.143 1150 0.358 0.284 0.241 0.164 0.153 1185 0.388 0.307 0.267 0.180 0.163 1240 0.430 0.339 0.291 0.194 0.176 1300 0.47

38、2 0.370 0.319 0.211 0.190 1400 0.531 0.418 0.352 0.231 0.209 1500 0.603 0.438 0.388 0.254 0.232 1600 0.667 0.470 0.416 0.287 0.256 表5 电缆导体截面面积 （mm2） 电容（ F/km） YJV、YJLV YJV、YJLV YJV、YJLV YJV、YJLV YJV、YJLV 6/6kV、6/10kV 8.7/10kV、8.7/15kV 12/35kV 21/35k 26/35k 135 0.212 0.173 0.152 150 0.237 0.192 0.166

39、 0.118 0.144 170 0.270 0.217 0.187 0.131 0.125 195 0.301 0.240 0.206 0.143 0.135 1120 0.327 0.261 0.223 0.153 0.143 1150 0.358 0.284 0.241 0.164 0.153 1185 0.388 0.307 0.267 0.180 0.163 1240 0.430 0.339 0.291 0.194 0.176 1300 0.472 0.370 0.319 0.211 0.190 1400 0.531 0.418 0.352 0.231 0.209 1500 0.60

40、3 0.438 0.388 0.254 0.232 1600 0.667 0.470 0.416 0.287 0.256 表6 电缆导体 截面面积 （mm2） 电容（F/km） YJV、YJLV YJV、YJLV 64/110kV 128/220kV 3240 0.129 3300 0.139 3400 0.156 0.118 3500 0.169 0.124 3630 0.188 0.138 3800 0.214 0.155 31000 0.231 0.172 31200 0.242 0.179 31400 0.259 0.190 31600 0.273 0.198 31800 0.284

41、0.297 32000 0.296 0.215 32200 0.221 32500 0.232 2 2、胶联电缆的试验电压 胶联电缆各电压等级的30300Hz谐振耐压试验电压如表7。 表7 联绝缘电缆不同电压等级的交流试验电压 电缆额定电压 交接试验电压 例行试验电压 U0/U 倍数 电压值（kV） 倍数 电压值（kV） 1.8/3 2U0 3.6 1.6U0 3 3.6/6 2U0 7.2 1.6U0 6 6/6 2U0 12 1.6U0 10 6/10 2U0 12 1.6U0 10 8.7/10 2U0 17.4 1.6U0 14 12/20 2U0 24 1.6U0 19 21/35

42、2U0 42 1.6U0 34 26/35 2U0 52 1.6U0 42 64/110 2U0 128 / / 127/220 1.4U0 178 / / 3 3、变频电源容量选择示例 )(293610695. 13214. 3212116fCCXCLCXX)(58.153014. 322936);(29362LfLXL则电感)(93. 5104 .1710695. 13214. 32236AfCUCUIIICL)(10393. 54 .17KVAUIS)(78.443214. 3290002HfXLL例：某电业局有YJV（YJLV）8.7/10kV型电缆、截面240mm2、最长的有5km；

43、还有YJV（YJLV）26/35kV型电缆、截面240mm2、最长的有1km，要选择能同时满足这两条电缆的30300Hz谐振耐压试验，需选择多大容量变频试验电源？ （1 1）先计算8.7/10kV等级 由已知电缆参数查表1可知1km长的电容量为0.339F，则5km长时为1.695F； 设谐振频率32Hz，则 容抗： 因谐振时 查表7可知YJV（YJLV）8.7/10kV形电缆的试验电压为17.4kV，因电抗器的电阻很小，若忽略不计，则谐振时的电流为： 则所需的电源容量为： 电抗器可做成3台并联，每台的额定电压选18kV，则三台并联时的额定电流为I=108/18=6A，每台的额定电流为2A。每

44、台32Hz时的电抗为9000欧，则电感为： ，即感抗： ，可配置为108（KVA） fCfL212)(8 .3210176. 03 .13414. 321216HzLCf)(885. 1105210176. 08 .3214. 32236AfCUCUIIICL)(98885. 152KVAUIS （2 2）验算能否满足YJV（YJLV）26/35kV型电缆试验的需要 查表3可知YJV（YJLV）26/35kV型电缆的试验电压为52kV，必须把3台电抗器串联才能满足试验电压，则3台电抗器串联后的电感为：L=134.3(H)。 由已知电缆参数查表4可知1km长时的电容为：C=0.176F 由： 得

45、谐振固有频率： 谐振时的电流为： 不超过电抗器的额定电流；则所需的电源容量为： 不超过配置容量。 配置容量108KVA，能满足这两个电压等级30300Hz谐振耐压试验的需要。 ，符合频率范围； （五）变频高压交流电源装置的验收 为了保证交流耐压时，人身和被试设备的安全，新购置的变频高压交流电源装置应进行验收。 1、测量电感值，应符合标称值。 2、励磁变的变比应符合标称值。 3、选一适当高压补偿电容器，调节输出电流达额定值，持续30min，电抗器的温升值不应超过65k，这是检查其容量是否符合要求的有效办法。 4、在额定负载下，调节仪器输入电源电压，使之变化10%，输出电压要保持稳定。 5、在额定

46、负载下，模拟高压端对地放电，这时谐振条件被破坏，输出电压应能迅速降低，并能自动降压或跳闸。 6、在负载下，调节输出电压达到过压保护整定值，装置能可靠动作。 （六）（六）试验步骤和注意事项 1 1、被试电缆已安装到位，达到验收条件。运行中电缆的预防性试验应把电缆与其它设备的连接解开。 2 2、交流耐压试验属于高压工作，要根据安全规程的有关规定做好安全准备工作。在试验地点周围要采取安全措施，防止与试验无关的人员靠近。 3 3、应逐相试验，非被试相应连同被试相屏蔽层一起接地。 4 4、电缆屏蔽层过电压保护器应短接，并使这一端电缆屏蔽或金属层临时接地。 5 5、胶联绝缘电缆不同电压等级的交流试验电压如

47、表4，根据试验电压调节过电压保护值。 6 6、根据试验电压和估算的输出电流，选择适当的电抗器，通常试验装置配有三个电抗器，可通过串联或并联来满足试验电压或试验容量的要求。 7 7、为交流耐压试验有较好的等效性，应尽量把谐振频率控制在4060Hz，这可通过调节附加电容的电容量来实现。尤其是短电缆电容量小，所需的谐振频率高，甚至超过试验装置最高的谐振频率，使之无法调谐，这时必须附加并联电容。 8 8、试验接线完毕应经检查，确认无误，方可升压试验。 9 9、试验完毕应通过80k限流电阻反复放电几次直至无火花，才允许直接接地。 1010、不同厂家生产的试验装置操作步骤有所差别，具体操作步骤应按试验装置

48、的使用说明书进行。 （七）（七）试验周期和要求 试验周期。交接时、新安装投运后1年内、新做终端或接头后、运行中110kV及以上6年、35kV及以下3年或必要时应进行交流耐压试验。 （八）（八）试验结果判断 胶联电缆交流耐压中，绝缘不发生闪络、击穿，交流耐压后测量绝缘电阻与交流耐压之前比较无明显变化，说明没造成绝缘损伤，试验合格。 (九) 交流耐压试验的缺点 胶联电缆交流耐压，只要绝缘不发生闪络、击穿就判为合格，这样发现不了绝缘的发展性缺陷。开展电缆绝缘的变频介质损耗测量、开展离线或在线的局部放电试验、开展热成像测温或电缆温度的在线监测，应是今后监测电缆绝缘缺陷的发展方向。 三、三、电缆护层的试

49、验 1/电缆外护套、绝缘接头外护套与绝缘夹板的直流耐压试验 电缆线路敷设安装后，聚氯乙烯外护套应进行直流耐压试验，护层绝缘应不击穿。电压加在金属护套与外护层表面的石墨导电层之间。试验时，首先将护层过电压保护器断开。在互联箱中将另一侧的三段电缆金属都接地，使绝缘接头的绝缘夹板也能结合在一起试验，然后在每段电缆金属屏蔽或金属套与地之间施加5kV直流电压，加压时间为1min，若不击穿为符合要求。除对外护套进行直流耐压试验外，如在交叉互联大段内发生故障，则应对该大段进行试验。如在交叉互联系统内直接接地的接头发生故障时，则与该接头连接的相邻两个大段都应进行试验。 （二）非线性电阻型护层过电压保护器试验

50、1、碳化硅电阻片。首先将连接线拆开，然后分别测量三组电阻片伏安特性。这三组电阻片的直流电流值应在产品标准规定的最小和最大值之间。若试验时的温度不是20，则被测电流值应乘以修正系数： 100120t 2、氧化锌电阻片。对电阻片施加直流参考电流后测量其压降，即为直流参考电压，其值应在产品规定的范围内。 3、非线性电阻片及其引线的对地绝缘电阻。将非线性电阻片的全部引线并联在一起与接地的外壳绝缘后，用1000V兆欧表测量引线与外壳之间的绝缘电阻，其值不应小于10M。 其中t为电阻片的温度（）。 （三）互联箱试验 1、接触电阻。本试验在做完护层过电压保护器的上述试验后进行。将闸刀（或连接片）恢复到正常工

51、作位置后，用双臂电桥测量闸刀（或连接片）的接触电阻。其值不应大于20。 2、检查闸刀(或连接片)连接位置。本试验在以上交叉互联系统的试验合格后密封互联箱之前进行。连接位置应正确。如发现连接错误而重新连接后，则必须重测闸刀（或连接片）的接触电阻。 交叉互连系统除进行上述定期试验外，如在交叉互联大段内发生故障，则应对该大段进行试验。如交叉互联系统内直接接地的接头发生故障时，则与该接头连接的相邻两个大段都应该进行试验。 七、红外测温（南网推荐） 利用红外测温仪测量，对电缆终端接头和非直埋式中间接头进行； 500kV，1年2次；220kV及以下，1年1次 判据：参照DL/T 664-1999（带电设备

52、红外诊断技术应用导则）执行。 7.2 7.2 电力电缆监测和诊断方法电力电缆监测和诊断方法 直流法直流法 工频法工频法 低频法低频法 复合判断法复合判断法 直流法直流法 直流直流成分电流监测成分电流监测 直流叠加法直流叠加法 直流电桥法直流电桥法 直流直流成分法成分法机理机理 电缆中存在电缆中存在水树时，类似尖水树时，类似尖 板电极板电极具有具有整流作用整流作用。因此因此在工作电压下，电缆绝缘中将流过微小的直流电流。根据这在工作电压下，电缆绝缘中将流过微小的直流电流。根据这一电流的数值，既可判断电缆中水树的发展状况。一电流的数值，既可判断电缆中水树的发展状况。 直流直流成分电流监测成分电流监测

53、 TR 配电变压器配电变压器 GPT 接地保护用接地保护用 电压互感器电压互感器 M 直流微电流直流微电流 检测装置检测装置 (nA级级) 回路回路中流通微弱的直流成分电流中流通微弱的直流成分电流 直流直流成分电流监测原理接线成分电流监测原理接线 直流直流成分电流监测成分电流监测 微电流测量装置微电流测量装置 微电流测量微电流测量仪仪 低通滤波器低通滤波器 衰减交流成分、检出直流成分衰减交流成分、检出直流成分 接地保护装置接地保护装置 保证试验人员和装置的安全保证试验人员和装置的安全 直流直流成分电流监测成分电流监测 直流直流成分电流监测成分电流监测 6 kV XLPE电缆交流击穿电压与电缆交

54、流击穿电压与 直流分量的关系直流分量的关系 判断规则判断规则 直流成分电流直流成分电流 小于小于1 nA 绝缘良好绝缘良好 大于大于100 nA 绝缘不良绝缘不良 介于两者间介于两者间 加强监测加强监测 直流直流成分电流监测成分电流监测 护层与地之间护层与地之间有有化学电势化学电势Es 直流直流成分电流监测成分电流监测 护层与电缆绝缘护层的绝缘电阻下降护层与电缆绝缘护层的绝缘电阻下降 M中将流过杂散电流中将流过杂散电流 通常通常Es不超过不超过 0.5 V 当护层绝缘电阻小于当护层绝缘电阻小于200 500 M 杂散电流将影响诊断的可靠性杂散电流将影响诊断的可靠性 直流法直流法 直流直流叠加叠

55、加法法 借助电抗器借助电抗器将直流电压在线叠加于电缆绝缘测量将直流电压在线叠加于电缆绝缘测量直流直流叠加电流。叠加电流。 防止影响防止影响GPT二次输出电压二次输出电压 直流电压不能很高，约直流电压不能很高，约10 50 V 直流电压不高直流电压不高 电缆绝缘处于交流高压作用下电缆绝缘处于交流高压作用下 真实反映绝缘的实际状况真实反映绝缘的实际状况 直流直流叠加叠加法法 6 kV XLPE电缆电缆 直流叠加电流直流叠加电流 与与 水树长度水树长度 的关系的关系 直流直流叠加叠加法法 保证安全保证安全 L、C 调谐于调谐于50 Hz 杂散电流杂散电流Es的影响的影响 正、反向正、反向 叠加直流叠

56、加直流 电压消除电压消除 直流直流叠加叠加法法 判断规则判断规则 测得绝缘电阻测得绝缘电阻 大于大于1000 M 绝缘良好绝缘良好 小于小于10 M 绝缘不良绝缘不良 介于两者间介于两者间 加强监测加强监测 试验证明：用直流叠加法测得的绝缘电阻与停试验证明：用直流叠加法测得的绝缘电阻与停电后加直流高压时的测试结果很相近。电后加直流高压时的测试结果很相近。 直流直流叠加叠加法法 直流法直流法 直流直流电桥电桥法法 测量电缆绝缘电阻的电桥接线测量电缆绝缘电阻的电桥接线 电桥平衡电桥平衡 Rx = (E1-V4) R2 / V4 设设E1为为20 V， V4为为1 mV，R2为为50 M Rx最大可

57、测到最大可测到100 000 M 防止直流电压对防止直流电压对GPT的有害影响的有害影响 直流直流电桥电桥法法 Es影响的消除影响的消除 调节调节R4及及E0 V0指示为零指示为零 其他设备的绝缘电阻与其他设备的绝缘电阻与R3并联并联 R3之值并不参与计算之值并不参与计算 其他设备的绝缘电阻不影响测量结果其他设备的绝缘电阻不影响测量结果 直流直流电桥电桥法法 加于电缆的电压加于电缆的电压信号信号(通过电压互感器取出通过电压互感器取出) 流过绝缘的电流信号流过绝缘的电流信号(通过电流互感器取出通过电流互感器取出) 通过数字化测量装置通过数字化测量装置 电缆绝缘的电缆绝缘的tan 工频工频法法 介

58、损介损因数法因数法 什么是介质损耗角什么是介质损耗角 ( tan ? ? time/sec 0 10 电压电压 电流电流 = 介质损耗角介质损耗角 tan = 有功功率有功功率 无功功率无功功率 CRCURU 122 水树的简化等效电路水树的简化等效电路 w tR1C1R2C2 0,0010,010,11100,0010,010,11101001000W.C.= 0.18%W.C.= 1.52%W.C.= 2.12%W.C.= 2.60%W.C.= 3.51%Tan Frequency HzPaper with different moisture contentsTemperature ca

59、. 22C50 Hz60 Hz受潮对受潮对tan 的影响的影响 0,0010,010,11100,0010,010,1110100100020 oC40 oC60 oC80 oCTan Frequency HzDry paper ( 0.5%) at different temperatures50 Hz60 Hz温度对温度对tan 的影响的影响 6 kV XLPE电缆交流击穿电压电缆交流击穿电压 与在线测得与在线测得 tan 间的关系间的关系 统计分析表明统计分析表明 tan 大于大于1% 绝缘不良绝缘不良 如果满足以下条件，电缆状态正常如果满足以下条件，电缆状态正常 : : tan (2

60、U0) 1.2 and tan (2 Uo) - tan (Uo) 0.6 如果发生以下情况，则如果发生以下情况，则电缆处于故障状态电缆处于故障状态 ( (须立即更换）须立即更换） : : tan (2 Uo) 2.2 and tan (2 Uo) - tan (Uo) 1.0 对于对于 XLPE 电缆这一标准是非常重要的。电缆这一标准是非常重要的。 XLPE的的 tan 标准标准 工频工频法法 局部放电法局部放电法 试验分析证明试验分析证明 绝缘中的电树枝达到绝缘中的电树枝达到0.5 mm时时 局部放电量约局部放电量约100 pC 由由 -q、 -n、q-n、或、或 -q-n谱图谱图 判断电

61、缆状态判断电缆状态 放电相位，放电相位，q 放电量，放电量，n 重复率重复率 偏斜度偏斜度s 在在4个象限中个象限中 的分布的分布 预测树枝的预测树枝的 延伸发展情况延伸发展情况 P点进入第点进入第3象限象限 绝缘进入危险状态绝缘进入危险状态 水树水树 流经电缆绝缘流经电缆绝缘 的电流也含有的电流也含有 低频成分低频成分 根据频谱分析根据频谱分析 频率在频率在10 Hz , 特别在特别在3 Hz以下以下. 低频低频法法 低频成分法低频成分法 在电缆接地线中串接入测量装置在电缆接地线中串接入测量装置 由测得的低频电流诊断绝缘由测得的低频电流诊断绝缘 低频电流也是纳安级低频电流也是纳安级 对测量装

62、置要求较高对测量装置要求较高 低低频频法法 低频低频叠加叠加法法 避免直流微电流测量上的困难避免直流微电流测量上的困难 将将7.5 Hz、20 V的低频电压的低频电压 在线叠加于电缆在线叠加于电缆 在电缆接地线中串接入测量装置在电缆接地线中串接入测量装置 绝缘电阻值绝缘电阻值 低频叠加法低频叠加法6 kV电缆绝缘电阻电缆绝缘电阻 与工频击穿电压的关系与工频击穿电压的关系 判断规则判断规则 绝缘电阻大于绝缘电阻大于1 000 M 性能良好性能良好 绝缘电阻小于绝缘电阻小于1 000 M 性能下降性能下降 绝缘电阻小于绝缘电阻小于400 M 电缆应立即更换电缆应立即更换 复合判断复合判断法法 绝缘

63、状态与特性参数间的统计分散性绝缘状态与特性参数间的统计分散性 仅用一种方法诊断绝缘仅用一种方法诊断绝缘 漏判和错判的可能漏判和错判的可能 采用几种方法，互相配合进行复合诊断采用几种方法，互相配合进行复合诊断 可提高诊断的正确性可提高诊断的正确性 采用包含直流叠加法、采用包含直流叠加法、tan 法和局部放电法和局部放电法的复合诊断法的复合诊断 诊断的准确率高达诊断的准确率高达95%以上以上 7.4 XLPE电力电缆护层缺陷诊断电力电缆护层缺陷诊断 一、一、XLPE电力电缆护层缺陷的影响电力电缆护层缺陷的影响 1)对10KV及以下电压等级XLPE电缆的影响 10KV及以下电压等级XLPE电缆一般为

64、三相三芯电缆，金属屏蔽层互联且共用金属铠装及绝缘护层； 由于三相电压的对称性，金属护层上所感应电压极其微弱，因此当护套绝缘损伤后对电缆的短期运行威胁不大； 由于水分侵入，会导致电缆绝缘产生水树枝的几率增加，电缆的长期寿命受到严重影响，同时使得对电缆的绝缘状态在线监测技术受到影响或失效； 如果出现电缆金属层被腐蚀情况，电化学树枝对电缆寿命的威胁大于水树枝。 一、一、XLPE电力电缆护层缺陷的影响电力电缆护层缺陷的影响 2)对对35KV及以上电压等级电缆的影响及以上电压等级电缆的影响 35KV及以上电压等级电缆多采用单根敷设方式，由于三相电缆很难对称敷设，多采用外金属屏蔽层交叉换位互联，然后一点或

65、两点接地的方式，以保证各电缆感应电势相位对称和幅值相等。 一旦电缆护层绝缘破损，在电缆金属屏蔽层上的感应电势即会出现不平衡，导致环流、涡流，造成局部过热，严重影响电缆的长期寿命和短时运行安全，电缆金属护层接地时对载流容量的影响可达30%40%。 如电缆金属层被腐蚀，在被腐蚀处将出现空气隙和电场集中，极易产生局部放电和引发电树枝，甚至出现电化学树枝，对电缆正常运行造成威胁。 除此之外，水分侵入导致引发水树枝几率增加，直接影响电缆的长期寿命。护层绝缘电阻下降严重和金属屏蔽层被腐蚀产生接地化学电势时还会对主绝缘的在线监视造成严重影响。 一、一、XLPE电力电缆护层缺陷的影响电力电缆护层缺陷的影响 结

66、论：结论： 外护层缺陷或故障的影响主要是： (1)导致金属护层(电缆金属套或金属屏蔽层)出现多点接地，金属护层会产生环流造成损耗发热，导致绝缘层局部过热并加速绝缘老化，严重影响主绝缘寿命； (2)护层绝缘损伤、因外力或电磁力引起护层联接处位移应变和错位导致水分侵入，主绝缘产生水树老化的概率增加，对电缆寿命产生严重影响； (3)主绝缘在金属护层被腐蚀处产生电场集中，易于产生局部放电和引发电树枝，对电缆运行安全造成威胁。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 对高压XLPE电力电缆外护层的故障检测一般分两步： 1）先用电桥法或压降比法进行故障预定位，大致估计故障的范

67、围； 2）然后根据不同情况分别采用直流冲击法、跨步电压法、音频法进行精确定位. 1、直流电桥法、直流电桥法 直流电桥法预定位原理图如图所示。R1为电桥的标准电阻，L为电缆长度，X为测量处与故障点的距离。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 1、直流电桥法、直流电桥法 设单位长度电缆金属层电阻为R0，调节电阻R2，使检流计指示为0，此时电桥平衡，有： 电桥法的优点是操作简单、使用方便；其缺点是需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。 由于电缆的金属屏蔽层单位长度电阻R0较小，一般为0.010.1

68、/km，与接触电阻相近，因此接触电阻的大小对故障距离的测量精度有很大影响，测量时应采取措施以减小接触电阻，从而提高测量精度。 2、压降比较法 压降比较法原理如图所示，当测量开关打在“1”时，调节电压源En，由电流表读取电流值I，由电压表读取电压值U1。设单位长度电缆金属护层电阻为R0，由测量电路可知，电压值U1只与回路电阻XR0有关，即得：U10 =IXR0 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 2、压降比较法、压降比较法 同理，当开关打在“2”时，调节电压源En，使电流表电流仍为I，由电压表

69、获得电压值U2，U2只与回路电阻(L-X)R0有关，即：U2=IR0 (LX)，消去IR0，即得故障点距离： X=LU1/(U1+U2) 应当注意，压降比较法适用于外护套只有应当注意，压降比较法适用于外护套只有1个故障点的情个故障点的情况，否则所得结果是多个故障点的平均值；另外，用压降况，否则所得结果是多个故障点的平均值；另外，用压降比较法进行预定位时，需用绝缘完好的导线作为通路。比较法进行预定位时，需用绝缘完好的导线作为通路。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 3、直流冲击法、直流冲击法 直流冲击法是比较原始的方法，其定位原理如下页图所示。 首先利用球隙放

70、电产生脉冲电压，该电压在护层绝缘破损处产生多频谱放电电流、声、光及磁场等放电信号，然后通过现场检测放电信号来对故障点进行精确定位。 该方法的特点是试验装置简单、操作方便，主要适用于新敷设的电缆，特别适于尚未填埋的电缆，这时利用裸耳即能听到故障点放电声，在深夜效果更明显。 由于此法的冲击电压及能量较高，长时间放电时对电缆金属护层及外护套都有破坏性，还会将正常运行时不必处理的薄弱点击穿扩大为故障点，因此对已投运的高压电缆不提倡使用此法。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 3、直流冲击法、直流冲击法 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障

71、检测 4、跨步电压法、跨步电压法 跨步电压法是目前应用最为广泛且非常有效的高精度定位方法，其基本装备为一高压系列脉冲发生器和一套带有探针的电位差计或毫伏表。其原理如图所示。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 4、跨步电压法（续）、跨步电压法（续） 在电缆金属护层与地之间施加一高压脉冲电流，用电位差计沿电缆路径探测，根据不同的情况，可分别用以下2种检测方法。 1）当知道电缆走向时，可用探针沿电缆方向探测，在故障点附近时，电位差迅速增加，在故障点前达到最大值；在故障点正上方，电位差为零；过故障点后，指针反偏且又达最大值，其电位差计沿电缆走向的电位差值分布如图a所

72、示。根据电位差值的这些特征就可对故障点进行定位。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 4、跨步电压法（续）、跨步电压法（续） 当受电缆长度方向的地面情况限制不易测量时，可利用放电电流在故障点上方环形发散的特点来定位，定位方法如图b所示，在不同方向分别寻找2个等电位点，然后找出2组等电位点的垂直平分线的交点，即为故障点。此法在故障较为严重时使用效果较好。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 4、跨步电压法、跨步电压法 跨步电压法的优点是原理简单、易操作、抗干扰好、破坏性少、定点直观准确，适于敷设于泥土地面内的电缆。其不足之处有：

73、 1）易受地下金属管线（如水管、天然气管等电位体）的干扰，特别是变电站或电缆接头井周围的干扰更为严重； 2）在干燥地面或马路上接收信号很弱，须采取措施，否则可能很难测到信号。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 5、音频定位法、音频定位法 当地面干燥、水泥路面无法感应信号时，可采用音频法对电缆护层故障点进行定位。其原理如图所示。将音频信号发生器一端与金属护层连接，另一端通过地钎接地，将步进电压探头接在音频接收器上，沿电缆长度方向移动探头，在故障点附近将会收到很强的信号，而在故障点处接收到音频信号最弱，根据此特点，即可找到故障点。 此方法的优点是所用电压不高，但

74、判别故障点方向时不如跨步电压法直观，实际应用时也会受金属管道干扰。 二、二、XLPE电力电缆护层缺陷的故障检测电力电缆护层缺陷的故障检测 总结： 对于高压XLPE电缆外护套的绝缘故障，可分两步进行检测： 先用电桥法或压降比较法进行预定位； 然后根据不同情况，采取不同方法进行精确定位，对于未回填新敷设电缆的外护套故障，可用直流冲击法进行精确定位；对于已回填电缆和旧电缆，可采用跨步电压法和音频法进行定位。 5.6 诊断实例分析 2008年10月，某风电场A区风机线路372断路器限时速断动作 该回路为35 kV交联聚乙烯电缆，型号为YJLV23-26/35 kV-3240 mm2，长约7km，全长有

75、8个中间接头，有4个H型电缆接头，连接H型电缆接头的型号为 YJLV23-26/35 kV-350 mm2。 采用的测试仪器：2500 V兆欧表、高压信号发生器、DLC-100电缆故障测距仪、DLD-23电缆故障定点仪。 一、诊断过程一、诊断过程 采取停电措施后用兆欧表测试W相接地电阻为9.2 M，U相为100 G左右，V相为100 G初步判断W相为高阻抗故障。 使用低压脉冲法对W相测试，全长为7246 m，说明电缆连续性比较好，也没有低阻抗故障。电压波形如图： 诊断过程诊断过程 使用测距仪DLC-100进行脉冲电流测试，W相对铠装进行脉冲电流测试。DLX-510为高压信号发生器，最高输出电压

76、为30 kV，直流负极性，负载电容为2F，按要求接线后，利用W相和铠装进行测试，调整DLC-100测试范围为10km，波速度为172 m/s，打开DLX-510升高电压为27 kV，单次手动放电，测距仪触发，故障点没有击穿放电，显为电缆全长波形，测试波形见图2。 诊断过程诊断过程 直流高压放电约90 min，此时发现DLX-510高压信号发生器放电不充分，指针摆动幅度不大，直至指针基本不摆动，说明电缆故障点不放电； 然后用兆欧表测绝缘，测量结果为10 G，绝缘基本恢复(初步判断：说明电缆故障点潮气太浓，经过高压信号发生器高压放电，将潮气从故障点排出，导致绝缘上升，满足送电要求)； 措施做好，合

77、闸送电，372断路器无法投入运行。 诊断过程诊断过程 停电后用兆欧表对电缆进行绝缘测试，U相对铠装电阻为100 G，V相对铠装电阻为2 M，V、W相间电阻为7 M，U、V相间电阻为100 G，U、W相间电阻为100 G，U相无故障。 把DLX-510高压信号发生器移到5 km处第一H型电缆接头附近的14号风机箱式变压器，对电缆升压25 kV，直流放电充分，使用DLC-100故障测距仪采集脉冲电流波形，确定故障点在126m处，测试波形见图。 诊断过程诊断过程 在该电力电缆约126 m处，使用DLD-230电缆故障定点仪，准确确定位置在此处。 挖开地面确定故障点为35 kV电缆线与14号箱式变压器

78、线路H接头处，接头外壳损坏，提起接头外壳有水滴流出。 打开H接头，检测各线路绝缘情况，绝缘良好，故障排除。 总结总结 高阻抗、低阻抗并没有绝对区分，实际操作中可以多尝试几种方法进行比较，综合判断。 35kV电缆情况比较复杂，H接头、中间头比较多，接头故障波形不易分辨，如判断是接头故障，则应采取使故障点充分放电的措施，以获得正确的测距效果。 若从电缆一端测试放电不充分，或采集不到波形，可以从另一端升压测试。 无论使用哪种方法测试波形，若故障点距离测试端太近，均会产生盲区，使得波形难以判断识别，此时可尝试到电缆的另一端进行测试。 二、总结二、总结 在精确定点时，设备应在距故障点近的一端，这样能量沿电缆衰减较小，便于声磁同步法的定点，快速查出故障点。 使用声磁同步法时，要在粗测点的5%范围内反复进行查找，侦听耳机中声音，要仔细分辨故障点处声音与金属屏蔽层上传输声音的差别。 定点仪可以探测到的距离跟放电声音大小、泥土的湿度和松散情况有关。放电声音越大，泥土越干燥、越结实，可以探测到的距离越远。 施工时的原始资料保存完好，电缆路径明确，所有接头处在现场都有标志桩，可缩短查找电缆故障的时间，同时在做试验时提前准备好柴油或汽油发电机作为试验仪器的电源。 END！