電力電纜的試驗與故障診斷演示文稿第一頁，共29頁。優(yōu)選電力電纜的試驗與故障診斷第二頁，共29頁。的損傷點不在支點處且又未浸泡在水中或置于特別潮濕的環(huán)境中，則外護套的操作很難通過測量絕緣電阻來發(fā)現，此時測量銅屏蔽層對鋼鎧甲的絕緣電阻則更為重要。電纜終端或套管表臟污、潮濕對絕緣電阻有較大的影響。除擦拭干凈外，還應加屏蔽環(huán)，將屏蔽環(huán)接到兆歐表的“屏蔽”端子上，當電纜為三芯電纜時，可利用非測量相作為兩端屏蔽環(huán)的連線，見圖12-1。

圖12-1測量絕緣電阻時的屏蔽接線（a）單芯電纜；（b）三芯電纜當被測電纜較長時，充電電流很大，因而兆歐表開始指示的數值很小，這并不表示絕緣不良，必須經過較長時間遙測才能得到正確的結果。第三頁，共29頁。二、直流耐壓、泄漏電流試驗1、直流耐壓試驗交流電力電纜之所以用直流來進行耐壓試驗，主要是由于電力電纜具有很大的電容，現場采用大容量試驗電源不現實，所以改為直流耐壓試驗，以顯著減小試驗電源的容量。直流耐壓試驗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。對于35kV以上的電纜，試驗電源采用倍壓整流方式。試驗中測量泄漏電流的微安表可接在低電位端，也可接在高電位端。通常直流試驗所帶來的剩余破壞也比交流試驗小得多（如交流試驗因局部放電、極化等所引起的損耗比直流時大）。直流試驗沒有交流真實、嚴格，串聯(lián)介質在交流試驗中場強分布與其介電常數成反比，而施加直流時卻與其電導率成反比，因此在直流耐壓試驗時，一是適當提高試驗電壓，二是延長外施電壓的時間。正常的電纜絕緣在直流電壓作用下的耐電強度約為400~600kV/cm，比交流作用下約大一倍左右，所以直流試驗電壓大致為交流試驗電壓的兩倍，試驗時間一般選為5~10min。一般電纜缺陷在直流耐壓試驗持續(xù)的5min內都能暴露出來，GB50150—91規(guī)定了最長的持續(xù)試驗時間為15min。紙絕緣電力電纜、塑料絕緣電力電纜、橡皮絕緣電力電纜的直流耐壓和泄漏電流試驗電壓標準見表12-1。第四頁，共29頁。

電纜額定電壓U0/U紙絕緣電力電纜橡、塑絕緣電力電纜1.8/312113.6/617或24186/630256/1040258.7/10473721/351056326/351307848/66/14464/110/192127/220/305190/330//290/500//表12-1電力電纜直流耐壓和泄漏電流試驗電壓（kV）第五頁，共29頁。

電纜的直流擊穿強度與電壓極性有一定關系。試驗時一般電纜芯接負極，電纜芯接正極時，擊穿電壓比接負極時約高10%。 浸漬紙絕緣電纜的擊穿電壓與溫度關系很大，在溫度t℃時的擊穿電壓U與在25℃時的擊穿電壓U0有如下關系 （12－1） 即在25℃以上，每升高1℃擊穿電壓降低0.54%。 在進行直流耐壓和泄漏電流試驗時應均勻升壓，升壓過程中在0.25、0.5、0.75、1.0倍試驗電壓下各停留1min，讀取泄漏電流值，以便必要時繪制泄漏電流和試驗電壓的關系曲線。 進行完電纜直流耐壓或泄漏電流試驗后，應牢記先用100~200k的限流電阻充分放電，然后還要對地直接放電，并保持足夠的接地時間。2、泄露電流試驗 絕緣良好的電纜泄漏電流很小，一般只有幾到幾十微安。由于試驗設備用高壓引線等雜散電流的影響，當將微安表接入低電位端測量時，往往使測量結果不準，有時誤差竟達到真實值的幾倍到幾十倍。在實際測量中應盡量將微安表接在高電位端的接線，這時對測量微安表、引線及電纜兩頭，應該嚴格地屏蔽，對于整盤電纜可以采用如圖12-2所示屏蔽接線方式。這里微安表采用金屬屏蔽罩屏蔽，微安表到被試品的引線采用金屬屏蔽線屏蔽，對電纜兩端頭則采用屏蔽帽和屏蔽環(huán)屏蔽。屏蔽和引線之間只有很小的電位差，所以并不需要很高的絕緣。第六頁，共29頁。

圖12-2測量直流泄漏電流時的屏蔽方法1—微安表屏蔽罩；2—屏蔽線；3—端頭屏蔽帽；4—屏蔽環(huán)在現場試驗時，由于電纜兩頭相距很遠，無法實現連接，所以上述方法是不可行的。有的運行單位采用借用三相電纜中的另一相作為兩端屏蔽連線，但由于測量的泄漏電流包含了另一相的泄漏電流，且每相均承受兩次耐壓，因此采用這種方法的等效性值得研究?，F場采用兩端同時測量的方法，其接線如圖12-3所示，即在非高壓電源端增加一個測量微安表，同時記錄兩端的泄漏電流值。這時高壓電源端測得的泄漏電流包含電纜絕緣的泄漏電流和表面泄漏電流、雜散電流，而另一端測量的是表面泄漏電流和雜散電流，從而電纜的泄漏電流為兩者的差。第七頁，共29頁。

圖12-3兩端同時測量泄漏電流的接線另一種簡便有效的方法是在施加電壓相和非施加電壓相之間放置一個絕緣板，或將絕緣手套套在施加電壓的那一相電纜終端上，以改善局部電場分布，減小電暈的影響。3、關于常見的交聯(lián)聚乙烯電纜直流耐壓試驗的討論交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣直流耐壓試驗是一個有爭議的試驗項目，由于交聯(lián)聚乙烯絕緣性質十分特殊，進行直流耐壓試驗可能是不適合的。主要觀點有：（1）直流電壓對交聯(lián)聚乙烯絕緣有積累效應，當經過直流耐壓試驗后，將在電纜絕緣中殘余一定的直流電壓，這時將電纜投入使用，大大增加了擊穿的可能。（2）交聯(lián)聚乙烯電纜在運行中，在主絕緣交聯(lián)聚乙烯中逐步形成水樹枝、電樹枝，這種樹枝化老化過程，伴隨著整流效應。由于有整流效應的存在，致使在直流耐壓試驗過程中，在水樹枝或電樹枝端頭積聚的電荷難以消散，并在電纜運行過程中加劇樹枝化的過程。（3）由于XLPE絕緣電阻很高，以致在直流耐壓時所注入的電子不易散逸，它引起電纜中原有的電場發(fā)生畸變，因而更易被擊穿。（4）由于直流電壓分布與實際運行電壓不同，直流試驗合格的電纜，投入運行后，在正常工作電壓作用下也會發(fā)生絕緣故障。第八頁，共29頁。

因而，有的運行單位將交聯(lián)聚乙烯電纜的直流耐壓試驗從常規(guī)性預防性試驗改為鑒定性試驗，即當其他預防性試驗項目發(fā)現問題而又無法判斷電纜能否投運時，才進行直流耐壓試驗。也有建議將直流耐壓試驗改作交流耐壓試驗，如采用串聯(lián)諧振法或超低頻（0.01Hz）法進行試驗。近年來發(fā)展的交聯(lián)聚乙烯電纜在線檢測技術為交聯(lián)聚乙烯電纜運行檢測提供了新的方法。三、其他試驗 基于電力電纜的吸收過程的特點，國內外已研究出幾種有一定特點的停電試驗方法，如殘余電壓法、反向吸收電流法、電位衰減法等，這些方法在實際應用中取得了較好的效果，有的已與在線檢測配合使用。殘余電壓法 其測量原理如圖12-4所示。測量時將開關K2打開，K3打到接地側，開關K1合向試驗電源，使被試電纜充上直流電壓。一般可按每毫米絕緣厚度上的電壓為1kV來施加電壓。約經10min充電后，將K1及K2先后打到接地側，經約10s后打開K1、K2，將開關K3合向試驗電源，以測量電纜絕緣上的殘余電壓，對XLPE電纜測得的殘余電壓與其tan值的相關性較好。研究表明交聯(lián)聚乙烯電纜不同老化過程階段其殘余電壓明顯不同，電纜劣化越嚴重殘余電壓越高。第九頁，共29頁。

圖12-4殘余電壓法測量原理2、反向吸收電流法反向吸收電流法測量原理如圖11-5所示。測量時先將開關K2閉合，K1打到電源側，讓電纜加上1kV直流電壓10min，然后將K1打到接地側讓電纜放電；3min后打開K2，由電流表測量反向吸收電流。而“吸收電荷”Q在這里定義為3min到33min，30min內電流對時間的積分值。圖12-5反向吸收電流法測量原理第十頁，共29頁。

圖12-6給出了運行中因老化而退下的6.6kVXLPE電纜的吸收電荷、絕緣電阻及tan與該電纜交流擊穿電壓U的關系，可見其Q-U的相關性比tan-U還要好，而絕緣電阻與U的相關性最差。由此可見當監(jiān)測某電纜整體劣化時，以測量Q及tan為宜。因兩者均取決于絕緣的整體特性，而測殘余電荷時外界干擾也較小，測量比較準確。圖12-6吸收電荷、絕緣電阻、tanδ和交流擊穿電壓相關性第十一頁，共29頁。

3、電位衰減法電位衰減法是在電纜放電后測量自放電的電壓下降速度，其測量原理如圖12-7所示。試驗時先對電纜絕緣充電，再打開開關K1讓它自放電。由于靜電電壓表的絕緣電阻遠高于電纜的絕緣電阻，如電纜絕緣良好，則自放電很慢；如電纜絕緣品質已經下降，則放電電壓下降速度很快，如圖12-8所示的曲線。

圖12-7自放電法測量原理圖12-8自放電電壓的下降曲線第十二頁，共29頁。第二節(jié)電力電纜的運行狀態(tài)檢測與分析 方法試驗電源檢測效果存在的問題絕緣電阻測量低壓直流可測量絕緣電阻、終端受潮終端表面泄漏的影響直流耐壓試驗高壓直流可測出施工缺陷及絕緣劣化可能引起交聯(lián)聚乙烯絕緣損傷直流泄漏測量高壓直流可測出吸潮、樹枝劣化電暈、電源波動的影響局部放電測量交流工頻可檢測內部氣隙、外傷要消除干擾、提高靈敏度超低頻、三角波專用電源設計、制造tanδ測量交流工頻對檢測受潮、水樹枝有效需要大容量電源超低頻高壓要消除干擾反向吸收電流高壓直流對檢測水樹枝等有效要消除局部電流或終端臟污殘余電壓法高壓直流對檢測水樹枝等有效要消除表面泄漏目前預防性試驗中規(guī)定的電纜試驗項目不多，主要是絕緣電阻測量和直流耐壓試驗，在實際檢測中，根據需要又開發(fā)出多種判定或鑒別電纜性能的試驗方法，它們各有優(yōu)缺點，表12-2給出了現在較常見的試驗方法的對比。表12-2常見電纜老化檢測方法比較第十三頁，共29頁。

一、直流分量法由于交聯(lián)聚乙烯電纜中存在著樹枝化（水樹枝、電樹枝）絕緣缺陷，它們在交流正、負半周表現出不同的電荷注入和中和特性，導致在長時間交流工作電壓的反復作用下，水樹枝的前端積聚了大量的負電荷，樹枝前端所積聚的負電荷逐漸向對方漂移，這種現象稱為整流效應。由于“整流效應”的作用，流過電纜接地線的交流電流便含有微弱的直流成分，檢測出這種直流成分即可進行劣化診斷。用圖12-9所示的測量回路可在交聯(lián)聚乙烯電纜系統(tǒng)中，檢測到電纜線芯與屏蔽層的電流中極小的直流分量。圖12-9直流分量在線監(jiān)測回路上述這些方法可以從不同側面研究電纜老化情況，具有一定的效果，但對于交聯(lián)聚乙烯電纜普遍認為不適合進行高壓直流試驗，所以針對交聯(lián)聚乙烯電纜發(fā)展了多種在線檢測方法。第十四頁，共29頁。

研究表明，水樹枝發(fā)展得愈長，直流分量也就愈大，而且XLPE電纜的直流分量電流Idc與其直流泄漏電流及交流擊穿電壓間往往具有較好的相關性，如圖12-10、圖12-11。在線檢測出Idc增大時，常常說明水樹枝的發(fā)展、泄漏電流的增大，這樣的絕緣劣化過程會導致交流擊穿電壓的下降。

圖12-10泄漏電流與直流分量的相關性 直流分量法測得的電流極微弱，有時也不大穩(wěn)定，微小的干擾電流就會引起很大誤差。研究表明，這些干擾主要來自被測電纜的屏蔽層與大地之間的雜散電流，因雜散電流及由水樹枝引起的電流，均經過直流分量裝置，以致造成很大誤差。可以考慮采取旁路雜散電流或在雜散電流回路中串入電容將其阻斷等方法。第十五頁，共29頁。

圖12-11交流擊穿電壓與直流分量的相關性二、直流疊加法直流疊加法的基本原理是在接地的電壓互感器的中性點處加進低壓直流電源（通常為50V），使該直流電壓與施加在電纜絕緣上的交流電壓疊加，從而測量通過電纜絕緣層的微弱的納安級直流電流或其絕緣電阻，其測量原理如圖12-12所示。第十六頁，共29頁。

圖12-12直流疊加法測量原理圖由于直流疊加法是在交流高壓上再疊以低值的直流電壓，這樣在帶電情況下測得的絕緣電阻與停電后加直流高壓時的測試結果很相近。但絕緣電阻與電纜絕緣剩余壽命的相關性并不很好，分散性相當大。絕緣電阻與許多因素有關，即使同一根電纜，也難以僅靠測量其絕緣電阻值來預測其壽命。對于中性點固定接地的三相系統(tǒng)，也可在三相電抗器中性點上加進低壓直流電源而仍用直流疊加法在線檢測電纜絕緣性能。第十七頁，共29頁。

圖12-13多路巡回檢測tan測量原理三、電纜絕緣tan 對電纜絕緣層tan值的在線檢測方法，與電容型試品的在線檢測tan方法很相似。對多路電纜進行tan巡回檢測時，仍常由電壓互感器處獲取電源電壓的相位來進行比較，其原理框圖如圖12-13所示。第十八頁，共29頁。

圖12-14水樹枝長度與電纜tan的關系通常認為，發(fā)現集中性的缺陷采用直流分量法較好，因為tan值往往反映的是普遍性的缺陷，個別的較集中的缺陷不會引起整根長電纜所測到的tan值的顯著變化。由圖12-14可見，電纜絕緣中水樹枝的增長會引起tan值的增大，但分散性較大。同樣，在線測出tan值的上升可反映絕緣受潮、劣化等缺陷，交流擊穿電壓會降低，相關的關系如圖12-15的實例所示，同樣具有一定的分散性。電纜的tan(%)內或外導體開始內、外導體均有領結狀樹枝最長的水樹長(mm)4.03.02.01.00.010.050.11.010第十九頁，共29頁。

圖12-15電纜tanδ與長時擊穿電壓的關系在對已運行過的XLPE電纜進行加速老化試驗，得出水樹枝發(fā)生的個數以及最長的水樹枝長度與電纜tanδ測量值的關系，如圖12-16及圖12-17所示，它們的趨勢是明確的，但分散性很大。如將最長的水樹枝長度與每單位長度電纜中的樹枝數的乘積作為橫坐標，則與測得的tanδ(縱坐標)之間具有更好的相關性，說明測得的tanδ值取決于整體損耗的變化。電纜的tanδ(%)從10kV開始加電壓從35kV開始加電壓20kV10kV9080706050403020100.050.10.51.05.010

交流長時間擊穿電壓（kV）第二十頁，共29頁。

圖12-16樹枝數對tanδ圖12-17最大樹枝長度與tanδ的關系四、其他在線檢測方法對于發(fā)現局部缺陷，局部放電檢測是很有價值的。常見的電纜局部放電方法有局部放電檢測儀、接地線脈沖電流法、電磁耦合法、超聲波法等，可以對電纜及其附件進行檢測，但由于電纜長、電容量大，對其進行在線檢測時外界干擾的影響十分嚴重，在現場進行檢測時有效分辨率一般為100~1000pC。由于交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣電阻很小，在線檢測tan易受影響，而tan、擊穿電壓和電容增量之間有較好的相關性，因此建議改為在線檢測流過接地線的電容電流增量的方法。該方法簡便易行，只要在接地線上套以電流傳感器即可實現，但這時另一端電纜終端接地線在測量時需要臨時斷開。第二十一頁，共29頁。

方法特征在線檢測特點使用情況直流疊加法測得反映劣化的絕對量,可能監(jiān)測、局部損壞常在中性點TV處疊加以低壓直流，宜用于在線檢測應用較廣泛局部放電法能檢測出缺陷處發(fā)生的局部放電理論上可在線檢測,關鍵是消除干擾在線檢測困難較大tan法在運行電壓下能檢測劣化在線檢測儀需要特殊設計應用較多直流分量法直流分量有可能反映劣化的絕對量因電流小更要排除雜散電流的影響已開始應用由于交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣電阻 很小，在線檢測tanδ易受影響，而tanδ、擊穿電壓和電容增量之間有較好的相關性，因此建議改為在線檢測流過接地線的電容電流增量的方法。該方法簡便易行，只要在接地線上套以電流傳感器即可實現，但這時另一端電纜終端接地線在測量時需要臨時斷開。 考慮到現場測量時容性電流的影響，日本提出了在電纜線路上疊加20V、7.5Hz的低頻電壓的方法。由于容性電流隨頻率降低而減少，而阻性電流則無明顯變化，所以易從總電流中將阻性電流區(qū)分出來。同時由于tanδ=1/CR，頻率下降，等值tanδ增大，也易于現場測量。 表12-3給出了幾種電纜絕緣在線檢測方法的比較。通過對幾種檢測方法的比較，可以選擇比較有效的方法。表12-3電纜絕緣在線檢測方法的比較第二十二頁，共29頁。

圖12-18給出了直流分量法、直流疊加法、在線tanδ法三種方法組成的綜合在線檢測儀的測量原理。圖12-18直流疊加法、直流分量法和tanδ測量的聯(lián)合裝置第二十三頁，共29頁。

在電力系統(tǒng)中常將電力電纜按絕緣材料分為：油紙絕緣電纜、橡塑絕緣電纜、充油電纜、充氣電纜等。其中油紙絕緣電纜已經逐步退出運行，橡塑絕緣電纜使用量逐年增加，特別是交聯(lián)聚乙烯電纜近年來已經成為中高壓輸電系統(tǒng)中的主要品種。 交聯(lián)聚乙烯電力電纜由于其電氣性能和耐熱性能都很好，傳輸容量較大，結構輕便，易于彎曲，附件接頭簡單，安裝敷設方便，不受高度落差的限制，特別是沒有漏油和引起火災的危險，因此受到用戶廣泛歡迎。 交聯(lián)聚乙烯電纜和油浸紙統(tǒng)包電纜在結構上的區(qū)別除了相間主絕緣是交聯(lián)聚乙烯塑料以及線芯形狀是圓形之外，還有兩層半導體屏蔽層。在芯線的外表面包第一層半導體屏蔽層，它可以克服導體電暈及電離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡；在相間絕緣外表面包第二層半導體膠，同時加包了一層0.1mm厚的薄銅帶，它組成了良好的相間屏蔽層，它保護著電纜，使之幾乎不能發(fā)生相間故障。目前國內已經開始生產220kV電壓等級交聯(lián)聚乙烯電纜，國外已有500kV電壓等級的交聯(lián)聚乙烯電纜投入試用線路。 引起電纜絕緣故障的原因是多方面的，如果電纜的制造質量好（包括纜芯絕緣、護層絕緣所用的材料及制造工藝）、運行條件合適（包括負荷、過電壓、溫度及周圍環(huán)境等），而且不受外力等因素的破壞，則電纜絕緣的壽命相當長。國內外的運行經驗表明，電纜運行中的事故大多是由于外力破壞（如開掘、擠壓而損傷）或地下污水的腐蝕等所引起的。由于電纜材料本身和電纜制造、敷設工程中不可避免地存在缺陷，受運行中的電、熱、化學、環(huán)境等因子的影響，電纜的絕緣都會發(fā)生不同程度的老化。不同的老化因子，引起的老化過程及形態(tài)也不同。表12-4給出了交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣老化的原因和表現形態(tài)，其中樹枝化老化是交聯(lián)聚乙烯電纜所特有的。所謂水樹枝和電樹枝是指在局部高電場的作用下，絕緣層中水分、雜質等缺陷呈現樹枝狀生長，最終導致絕緣擊穿；所謂化學樹枝是指絕緣層中的硫化物與銅導體產生化學反應，生成硫化銅和氧化銅等物質，這些生成物在絕緣層中呈樹枝狀生長。第二十四頁，共29頁。

老化原因老化形態(tài)老化原因老化形態(tài)電效應運行電壓、過電壓、過負荷、直流負荷局部放電老化電樹枝老化水樹枝老化化學效應化學腐蝕、油浸泡化學腐蝕化學樹枝機械效應機械沖擊、擠壓外傷機械損傷、變形電-機械復合老化熱效應溫度異常、冷熱循環(huán)熱老化熱-機械老化生物效應動物啃咬微生物腐蝕成孔、短路表12-4交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣老化原因及表現形態(tài)在進行電力電纜絕緣電阻的測量時，新的油浸紙絕緣電纜每一電纜芯對外護套的絕緣電阻換算到+20℃及1km長度時，額定電壓在6kV及以上的電纜絕緣電阻應不小于100M，額定電壓1~3kV的電纜絕緣電阻不應小于50M對運行中的電纜，試驗時對歷次試驗中絕緣電阻變化的規(guī)律以及各相絕緣電阻的差別（不平衡系數一般不應大于2）進行綜合分析、判斷電纜的絕緣情況。橡塑絕緣電力電纜的主絕緣電阻值根據各廠家的規(guī)定執(zhí)行，而外護套的絕緣電阻和內襯層的絕緣電阻規(guī)定當采用500V兆歐表測量時為0.5M第二十五頁，共29頁。

在進行直流耐壓和泄漏電流試驗，升壓到試驗電壓時，同時讀取1min及5min的泄漏電流值，耐壓5min的泄漏電流值應不大于耐壓1min時的泄漏電流值，或者極化比應不小于1（極化比定義為1min/5min）?！兑?guī)程》對直流泄漏電流值沒有作明確規(guī)定，試驗標準參照制造廠的相關標準。 在直流泄漏電流試驗過程中，出現以下現象則表明電纜絕緣已經出現明顯缺陷： （1）泄漏電流隨施加電壓時間的延長不應明顯上升。如發(fā)現隨時間延長而明顯上升現象，則多數情況下電纜接頭、終端頭或電纜內部已受潮。 （2）泄漏電流不應隨試驗電壓升高而急劇上升。如果發(fā)現泄漏電流在升至某一電壓后急劇上升，則說明電纜已明顯老化或存在嚴重隱患，電壓進一步升高，則很可能導致?lián)舸?（3）在測量過程中，泄漏電流應穩(wěn)定，如發(fā)現有周期性擺動，則說明電纜有局部孔隙性缺陷。 紙絕緣電力電纜還應比較各相泄漏電流數值的三相不平衡系數，通常均應不大于2。當泄漏電流值各相均很小時（10kV及以上電纜泄漏電流小于20A時，6kV及以下電纜泄漏電流小于10A時），不平衡系數不作規(guī)定。 對交聯(lián)聚乙烯電纜目前國外將用直流