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电缆的应用及故障检测简介

发布时间:2020-07-31 08:47人气:

当今的电网系统中,电力电缆被大量应用于主干线路中,其担负着实现大功率电能的输送和分配的重要任务。从1kV到500kV,电力电缆在每一级电压等级中都有应用。电缆线路图如下:

电缆线路图
电缆线路图
随着我国城市化进程的不断发展,城市的地价也连年攀升,这促使地下电缆的使用量也在不断增长。国家电网公司的电缆使用量显示,中压电缆从2007年开始,每年递增比例都在10%以上,而高压电缆使用量如下表:

高压电缆用量

时间 2007 2008 2009 2010 2011
距离 4610 5540 6610 7450 超过8000

从历史来看,经济社会在持续发展,科技水平在不断进步,线路中采用的电缆也在不断进化。最开始时,线路中采用的为油纸绝缘电缆。后来,逐渐发展出了PVC电缆。现在,逐渐被交联聚乙烯(Cross-linked Polyethylene, XLPE)电缆代替。XLPE电缆电气、机械性能非常可靠,因而在配电网中被越来越广泛地采用。有资料显示在2009年,XLPE电缆在所有绝缘类型的电缆中,所占比例就己超过98%。

不可否认的是,由XLPE电缆绝缘问题引起的电网事故也在持续的增多。运行经验说明,引发电网事故的重要原因之一就是电力电缆故障,其影响着电网的安全稳定运行。在正常情况下,XLPE电缆有大约三十年的可靠运行时间。但电缆安装后所处运行条件复杂,使其有效使用年限不同程度地降低。尽管XLPE电缆的绝缘性能优越,但是在隧道或者地下沟道中运行的电缆,一直处于潮湿环境,条件较为恶劣。电缆难免受到生物化学腐蚀,使其绝缘性能劣化。并且在制造电缆时或者现场安装电缆附件时可能产生局部缺陷,将导致电缆绝缘内生成电树枝老化。电树枝老化持续发展,最终会导致电缆故障。电缆在不同运行年限表现的故障类型及故障发生率有所不同,见下表:
故障类型
故障类型
与架空线路不同,电缆线路铺设于地下,由于这样的特殊性使电缆发生绝缘故障时,查找工作需要投入大量的物力和人力,排除故障困难重重。故障点的定位和排除如果不能及时完成,不仅会导致较长时间的线路断电、严重破坏电力系统的稳定,而且会导致极大的国民经济损失。例如在2013年,上海市电力公司的两座变电站间的一条电缆发生了事故,导致其中一座变电站内的两台主变失电,由其供电的三座下级变电站也因此停电。事故造成上海多个城区用户停电,约有一万多户受影响,造成了严重损失。因此,检测电缆的绝缘状态,用以判断其运行性能,预防事故的发生,具有重要的意义。

对电缆绝缘检测,有离线和在线两种方式。离线检测包括交、直流耐压试验等。这些试验项目应用历史较长,对电力事业的发展有重要贡献,但是这些试验方法进行时需要停电,并且这些试验会对电缆绝缘在一定程度上造成损伤,加速其老化。因此,为了掌握电缆在运行时的绝缘状况,需要研究在线带电检测技术,从而在设备带电运行不受影响的情况下,甄别出绝缘缺陷,从而达到状态检修的目的。

对于XLPE电缆,有关如何判断其绝缘状态的研究工作持续开展。大量的研究表明:局部放电既是表征电缆绝缘状态的重要因素,又是造成绝缘破坏的主要原因。所以,电缆绝缘状态与局部放电密切相关。产生局部放电的原因是,在存在水分、微孔、气泡等的情况下,电场在绝缘体内分布并不完全均匀,有部分位置场强比平均场强低,有部分位置场强比平均场强又高,当某部分位置的电场强度达到或超过介质的击穿场强后,局部放电就会发生。有局部放电发生时,绝缘系统依然拥有一定的绝缘能力,但局部放电会对其绝缘性能带来很大的隐患。若局部放电长期作用,会有电树枝的生成,电树枝不断生长,会使绝缘层击穿。因此,著名国际电力组织和研究人员,都推荐用局部放电法检测XLPE电缆绝缘性能。

目前,局部放电法有很多具体的应用形式,分别包括:脉冲电流法、电感耦合法、电容耦合法、振荡波法、超声波法等。其中脉冲电流法只能进行电缆的离线检测;电感耦合法只能应用在特定型号的电缆上,局限性强;电容耦合法需将传感器预先安置在电缆或电缆接头内,对己敷设的电缆局部放电检测不适用;振荡波法在电缆带电运行时,无法进行应用;超声波法容易受到干扰。可见,上述方法在实际检测中都不尽理想,很有必要进一步研究。

另一方面,电缆接头相对于本体较为脆弱,其发生绝缘问题的概率远大于电缆本体。其需要在现场进行组装,这对线路敷设时的外在环境条件,和内在作业工艺都提出了很高的要求。无论哪方面的工作没有进行到位,都会产生电缆线路的安全隐患。所以说电缆接头是需要重点关注的对象,最易发生绝缘故障,电缆故障发生类型概率统计也可说明此问题,如下图:
故障类型统计
故障类型统计

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