新能中试浅谈10kV交联聚乙烯电缆检测手段

天成鲁源 2018-12-05 15:24:29

        近年来,伴随我国城市电网的升级改造,电缆线路在城市配电网中所占比例呈现逐年上升趋势。同时,由于电力电缆在实际运行中大多数采取直埋或电缆沟敷设的方式,长期与湿气、水分接触,加之在电缆制作、生产等工艺中难免存在局部缺陷,在多重因素的长期综合作用下,电缆的绝缘老化等一系列问题就逐渐凸显,新能中试结合当前实际问题,成立专业的电缆局放与超低频介损试验小组。

        新能中试带电检测技术人员近期在西北某地区开展电缆振荡波和超低频介质损耗检测试验,凭借专业的业务技能应局方要求对缺陷电缆进行复测与状态评估,根据现场实际条件发现该段电缆中间头A相在运行的过程中由于进水发生击穿,经过现场实际勘察了解此电缆实际运行3年左右,并且电缆通道内进水、受潮比较严重,缺陷电缆现场照片如图1所示,我公司技术人员现场检测照片如图2所示。


图1 
电缆击穿后现场实际照片



图2
现场检测照片 (a)



图2
现场检测照片 (b)


         (a)利用超低频介质损耗进行现场检测; (b)现场绝缘电阻的测量

       在局方施工人员对击穿的A相、以及B、C相重新冷缩头制作处理后,我公司技术人员对其进行绝缘电阻的测量,其阻值在合理的范围之内,最后对其进行超低频介损检测试验。超低频介质损耗检测是使用0.1Hz超低频正弦波电压,对被测电缆在升压过程中,在0.5Uo、1.0Uo、1.5Uo 3个电压等级下分别测8个周期的数据,并利用PD-TaD 60分析诊断功能,自动生成“超低频介损变化率”、“介损平均值”、“超低频介损随时间稳定性”3个指标,作为后期数据分析依据。检测结果如图3、图4、图5所示。


图3
电缆三相介损值检测数据



图4
超低频介损检测的3个指标数据



图5
介损值随测试电压变化曲线图


       依据国际规程IEEE P400.2 -2013《有屏蔽电力电缆系统1Hz以下超低频方法现场试验》标准判断如下:通过本次实测数据,以及上图注比较,发现A介损变化率DTD为负值,且在0.5U0、1.5U0下介损值比较高,是由于在0.5U0在电缆中含水份比较偏高,随着逐步加压电缆中水份蒸发,在1.5U0下水份蒸发完后的介损值又相对较高,B、C三相的介损变化率DTD在“建议进一步测试”标准之内,A、B两相介损平均值VLF-TD UoA在“建议进一步测试”标准之内,C相介损平均值VLF-TD UoA在“无需采取检修行动”标准之内,A相介损稳定性VLF-TD Stability在“需要采取检修行动”标准之内,B相介损稳定性VLF-TD Stability在“建议进一步测试”标准之内,C相介损稳定性VLF-TD Stability“无需采取检修行动”标准之内。分析表明,超低频介损变化率”、“介损平均值”、“超低频介损随时间稳定性”3个指标与水树密度和长度均有良好的线性相关性,其中介损变化率与水树密度和长度呈显著正相关,并且相关程度最高,如图6、7、8所示;介损平均值与短水树具有较好的相关性;介损随时间的稳定性与长水树具有较好的相关性。相对于短水树而言,长水树更容易发展成为电树枝,从而直接影响交联聚乙烯电缆的绝缘寿命,其危害性更大。

       最后建议局方对其电缆通道进行全面防水、防潮处理,对其后续的接头制作工艺应严格标准化,对其电缆接头处加强巡视力度,根据电缆负荷情况及停电计划对其进行复测。


      通过以上检测可以把电缆设备绝缘试验分两大类:



(一
)耐压试验―破坏性试验



       试验所加电压等价于或高于设备运行中可能受到的各种电压。最有效和最可信;可能导致绝缘的破坏。


       种类:工频耐压试验,直流耐压试验 ,冲击耐压试验


        (1) 直流耐压不能有效发现交联聚乙烯电缆绝缘中的水树缺陷。这是因为交联聚乙烯绝缘在交、直流电压下的电场分布不同,在交流电压下,电场强度是按介电常数而反比例分配的,这种分布比较稳定,也就是说水树上的电场强度大于周围的交联聚乙烯绝缘,这样能使水树快速增长,使其能被有效发现。而在直流高压下,其绝缘层中的电场强度是按绝缘电阻系数而正比例分配的,水树上的电场强度小于周围的正常交联绝缘,在同样的电压下,增长速度大大小于交流电压下,这样就不能有效发现水树缺陷。


        (2) 直流高压试验后的空间电荷还容易造成电缆投运不久在交流正常运行电压下发生击穿。



(二
)检查性试验―预防性试验



        测定绝缘某些方面的特性;一般在较低电压下进行,通常不会导致绝缘的击穿破坏。


        方法有许多种:测绝缘电阻,吸收比,测泄漏电流,测tgδ,等效电容C,等效电阻R,局部放电测试,电压分布测试。在此以振荡波局放和超低频介损检测2种技术手段展开说明和比较。


       电缆振荡波局部放电试验的原理:基本思路是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理,使振荡电压在多次极性变换过程中电缆缺陷处会激发局部放电信号,通过高频耦合器测量该信号从而达到检测目的,其试验回路分为两部分:一是直流预充电回路;二是电缆与电感充放电过程,即振荡过程。这两个回路之间通过快速关断开关实现转换。


       振荡波局部放电检测的优点:1、对电缆绝缘无损伤(每次加压后呈振荡衰减,振荡测试过程时间很短,约几百毫秒故对电缆的伤害可以忽略。)2、能精确定位缺陷点(振荡过程中,可以用行波法对局放信号进行定位。)

       

       振荡波局部放电检测与超低频介损检测的比较:1、理论上,局部放电试验可以精确地发现电缆绝缘中的单点故障,但是在现场实际测试中,由于有电缆中间头,往往局放量集中在接头处并不能正确反映,就算是无中间接头的电缆,只要导体材料略有不均匀, 也容易发生局部放电。2、超低频介质损耗因数与电缆水树劣化状态具有较强的相关性,其超低频介损检测能够高效、简单、准确的检测出一下故障:

        1)、电缆头和终端头进水;2)、电缆护套表面存在杂质和水分;3)、制作工艺和机械损伤引起的接头缺陷。


        电力电缆发生故障的原因有很多,主要有以下几种原因:

       

        1、机械损伤:机械损伤类故障类在电力电缆故障中比较常见,所占的比率也是最大的,其故障形式也比较容易识别,形成的原因主要为直接受外力损伤,施工损伤和自然损伤等。


       2、绝缘受潮:绝缘受潮一般表现为泄露电流增大,绝缘电阻降低。造成绝缘受潮的原因较多,例如电缆中间头或终端头密封效果不好或使用过久密封失效 、电缆制造质量不合格或者电缆保护套被刺穿或腐蚀破碎 、新电缆保管不良导致电缆受潮进。


        3、绝缘老化:由于电缆的绝缘层长期经受电和热的共同作用,它的物理性能会慢慢地发生变化,进而使绝缘层老化失效。产生绝缘老化的原因主要有两个,一是电缆选材不当,使其在超负荷下工作较长时间而发生过多,二是电缆线靠近热源,或者所处环境中存在可与绝缘层发生不良化学反应的物质。


        4、过电压:从理论上来讲,电力电缆是不会因为雷击或者其他冲击过电压而损坏的,只有在电缆存在某种严重缺陷时,才会被过电压激发而导致电缆线绝缘被击穿的现象。


        5、产品质量缺陷:电缆本身质量缺陷或附件的质量缺陷,自然会在电力电缆的应用中产生各种故障,电缆设计和制作的工艺缺陷,也会引起故障的发生。


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