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国内外电缆绝缘在线监测的研究现状及趋势

发布时间:2020-10-31 14:31:03人气:

目前国内外对XLPE电力电缆绝缘在线检测的研究,己提出了如下几种方法:

1、直流分量法

直流分量法是基于对XLPE电缆老化过程中产生的水树枝的研究而提出的。实验表明,对产生水树枝的电缆施加交流电压后,将产生与针电极的整流作用同向的直流电流分量。因此,如果运行中的XLFE电缆的绝缘体产生了水树枝,则在运行中的交流电压的作用下,由于水树枝的整流作用将产生一个微弱的直流电流分量(nA级)流过绝缘体。研究表明,水树枝发展得越长,树枝密度越大,流经电缆绝缘的电流中的直流成分就越大。并且,XLPE电缆的直流分量与直流泄漏电流具有较好的相关性,两者成比例互相增长。利用这些相关性,在电缆外屏蔽接地端串入一微直流电流检测装置,以检测这一直流分量并以此来判断电缆绝缘老化的方法,称为直流分量法。

直流分量法具有不需要专门的电源装置、不接触高压部分即能进行测量的优点,但由于被测电流值小,很容易受杂散电流与护层绝缘电阻的影响。针对外护层电阻较低,以及电缆屏蔽层与地之间产生的化学电动势问题,有学者提出采用补偿电势的改进措施。即在回路中串联一精密可调的直流电动势,然后采取对应的操作,进行两次测量后计算得到实际的直流分量值。

对直流分量法的评价,引用日本关东电气保安协会对1200根XLPE电缆进行测量得到的归纳性结论:

(1)当护层绝缘电阻为10MΩ以上而小于1000MΩ。时,准确的诊断出贯穿性的水树枝是可能的,但对于未贯穿水树枝的诊断则是不确定的。
(2)护层绝缘电阻值低于几兆欧时,诊断是困难的。


2、直流叠加法

此为开发于1977年的电缆在线检测法。实验表明,将较低的直流电压叠加到交流高压上后,在线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。因此,可以通过电缆所接的电压互感器(GPT)的中性点或其它方法,把一小的直流电压叠加到运行中的XLPE电缆的导体线芯上,然后用高灵敏度的直流电流检测装置测定出流过电缆绝缘体的直流漏电流,以此来判定绝缘的老化程度。为了消除单向杂散干扰电流对在线检测数据的影响,采用分别叠加正、反向直流电动势产生直流电流,然后对电流的差值进行数据分析的方法。但是,当电缆护层绝缘电阻较小,且存在电缆铜屏蔽接地化学电动势时,产生的直流干扰电流有可能“淹没”了叠加的直流电流。对于这种情况同样可以采用补偿电动势的方法加以解决。

直流叠加法的特点是抗干扰能力较强,能够确切地检测出贯穿水树枝地存在,但由于必须叠加直流电源到电缆芯线上,对于不同的地网需采用不同的叠加力式,而且必须仔细分析叠加电源后带来的影响。目前直流叠加法在国内也有应用,但主要应用于电网中性点不接地或经由消弧线圈接地的10-35kV的线路上。对于中性点直接接地的电网则无法应用。


3、在线介质损耗角正切法

在线介质损耗角正切法是对运行中电缆的tanδ值进行测量的方法。要求得电缆的tanδ必须知道电压与电流的相位。可以通过电压互感器将运行电缆中的电压信号取出,同时用电流互感器将流过电缆绝缘的工频电流信号取出。比较两者的相位,可求得电缆绝缘的介质损耗角正切(tanδ),以此判断绝缘老化程度。由于XLPE电缆的tanδ值很小,该方法要求电压传感器和电流传感器的角差稳定且需进行精心的验证。

此外,如果XLPE电缆的铜屏蔽带受腐蚀导致与电缆半导电层的接触电阻的增加,那么,测得的tanδ只是表征意义上的值而不是电缆绝缘本身的值。这样,采用tanδ法进行电缆绝缘在线监测,更确切的意义在于,可以通过考察电缆敷设之后的tanδ的增量来进行趋势管理。


4、叠加低频法

此方法将低频电压接入电缆高压回路的高压端与地之间,从电缆的接地线上测出低频电流。由于电缆绝缘层可以看作R, C的并联等值电路,当施加的电压为低频时,流过绝缘层的容性电流(Ic=UwC)较工频时小得多,而阻性电流却无明显的变化,因而较易从接地线总低频电流中分离出阻性分量。一方面可以计算得到阻性电流所反映的电缆的绝缘电阻,另一方面使得等值介质损耗角正切较易测出。

低频叠加法需要将测量装置在线地连接在高压线上,因此必须考虑其运行的安全性。


5、在线局部放电法

电力电缆局部放电量与其绝缘状况密切相关,局部放电量的变化预示着电缆绝缘一定存在着可能危及电缆安全运行寿命的缺陷。国内、外专家学者、IEC,IEEE以及CIGRE等国际电力权威机构一致推荐局部放电试验作为XLPE绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法。因此,通过检测运行中的电缆绝缘的局部放电,可以用来检测电缆绝缘的局部缺陷。随着现代传感器技术,信号处理技术的快速发展,采用局部放电法作为电缆绝缘在线监测的方法现在已成为研究的热点。应该来说,这种方法最具有发展前景,但对技术要求也较高,价格上也比较昂贵。

常用的几种局部放电方法有:用局放仪测局部放电量、电磁波法、超声波法等。主要测量对象为电缆终端及连接盒。最近正活跃开展基于局部放电发生相位分布(PD图谱)的图谱识别进行绝缘异常和劣化的诊断。


6、接地线电流法

XLPE电缆的绝缘老化过程中,其电容量将发生变化,主要表现为电容量增加的趋势。电容量的增加将导致接地线电流的增大。实验证明这种变化是明显的,如图1所示。此外,加速老化试验中还验证了交流击穿电压与接地线电流增量△Ig有较好的相关,如图2所示。因此,在线检测通过电缆接地线的电容电流的增量△Ig的方法,以此来评估绝缘的老化状况,此即为接地线电流法。

在根据△Ig对绝缘的状况作出判断时,需要用概率统计的角度来考虑。此外,可以根据历年来的趋势以及邻相的数据等进行综合分析。

从这几种在线监测方法中可以看出,电缆的在线监测实际上是进行一系列可测电参量的检测,并以实验得到的先验数据与实际电缆绝缘特性之间的相关性为依据来判段电缆绝缘的状况。
试验

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