电力电缆的在线监测-PPT课件.ppt
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1、第六章 电力电缆在线监测1电力电缆的结构n目前,在我国交流输电网络中的电缆大多采用图1-1所示的结构。从内到外主要分为线芯、绝缘层和护层.21)线芯n电力电缆线芯的作用主要是传送电流,线芯的损耗主要由导体截面积和电导系数来决定。为了减少电力电缆线芯中的损耗和电压降,电缆线芯一般由具有高电导系数的金属材料铜或铝制成。n电力电缆必须保证一定的柔韧性和可弯曲度,因此,较大截面的电缆线芯要由多根较小直径的导线绞合而成。实际上,根据线芯的外形可分为圆形线芯、中空圆形线芯、扇形线芯、椭圆形线芯四类。由于圆形线芯的电气特性比较均匀,在35KV及以上电压等级的电力电缆中主要采用圆形线芯,其它形式的线芯在低压线
2、路中也有一定的运用。32)绝缘层n作为电力电缆的绝缘层材料,必须具有以下几个特性:n(1)较高的击穿场强(脉冲、工频等);n(2)较低的介质损耗系数;n(3)相当高的绝缘电阻;n(4)优良的耐树枝放电、局部放电能力;n(5)一定的机械强度和柔韧性;n(6)电气及物理性能的长期稳定性等。目前在高压电缆的生产工艺上,一般采用三层共挤的生产方式(内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层)。43)护层n为使电缆适应各种使用环境的要求,在电缆绝缘层外施加了覆盖层,统称为护层。n电缆的护层是构成电缆的三大组成部分之一,它的主要作用是保护电缆绝缘层在敷设和运行过程中,免受机械损伤和各种环境因素的影响,如水、日光、生物、火
3、灾等的破坏,以保持电缆长时间的电气稳定性。因此,电缆护层的运行状况直接关系到电缆的使用寿命。n电缆护层所用材料繁多,主要可分为两大类。一类是由金属材料,如铝、铅、钢铜等,主要用以制造密封护套、铠装或屏蔽。由于金属材料具有不透水性,因此可以防止水分和其它有害物质进入电缆的绝缘层。另一类是非金属材料,主要有橡皮、塑料、涂料以及各种纤维制品。由于电缆金属材料的腐蚀属于电化学腐蚀范畴,因此,为了防止对金属护层的腐蚀,常采用非金属材料作为金属护层的外部保护。5电力电缆的电气参数n电力电缆的主要电气参数有线芯的有效电阻、电感、绝缘电阻以及电容四个参数,这些统称为电缆的一次参数。电力电缆的波阻抗、衰减常数、
4、相位移常数则成为电缆的二次参数,二次参数可以从一次参数计算而得。电缆的电气参数决定电缆的传输性能,如电缆线路的电压调整率就主要是由电缆线芯的电阻和电感来决定的(对于长电缆线路,绝缘电阻和电容也影响到电压调整率)。6故障率统计n长期积累的电力电缆试验研究结果证实:电力电缆护层、电力电缆附件是电缆线路中绝缘结构相对薄弱、容易发生运行故障的部分。其次,电力电缆在制造、敷设施工、运行维护过程中,不可避免地会出现产品质量、过负荷运行以及外力破环等问题,也是导致电缆线路中电缆本体发生运行故障的直接原因。然而这一试验研究结果需要经实际运行情况的验证,这里以故障率做为统计量。789n统计结果表明:10KV22
5、0KV电力电缆的平均运行故障率由1999年的11.5次/(百km.年),逐年下降至2003年度的5.6次/(百km.年。10n与经济发达国家相比,我国电力电缆运行故障率高出许多。造成电缆线路故障率较高的原因主要在以下三个方面:n1)二十世纪七十年代至八十年代投入运行的XLPE绝缘电力电缆产品均采用1+2挤出的生产设备和湿法蒸汽交联工艺,有近40,000km质量不稳定的电力电缆产品投入输配电网运行,且基本进入高故障率时期。n2)由于电力电缆线路一次性投资较大,其直接成本是架空线路的4倍,如果计及拆迁、土建等间接费用,其投资成本约是架空线路的10多倍。电缆线路也就成为输配电网络的瓶颈,特别是用电高
6、峰季节,大约有72%的电缆线路长期处于过负荷运行状态且不能够及时进行维护。同时,由于受到经济条件限制,部分区域或企业将过去投运的6KV油纸绝缘电力电缆升压至10KV电压系统中运行,造成电缆线路运行事故明显增加。n3)在我国城市规划工作中,自来水、煤气、通讯、市政、路桥、房地产、电力以及环卫、绿化等基础建设工程缺乏系统管理,造成电力电缆线路外力破坏故障大幅上升。加之从业人员素质参差不起,电力电缆线路敷设安装质量和运行维护得不到保证。11电力电缆故障成因分析1213电缆故障分类电缆故障分为:开路故障、低阻故障和高阻故障三种类型 相间或相对地绝缘电阻高,但工作电压不能传输到终端或带载能力差电缆相间或
7、相对地绝缘受损,其绝缘电阻小到能用低压脉冲法测量的一类故障相对于低阻故障而言141516n对电缆绝缘在线监测的注意力主要集中在主绝缘上,开发了一些电缆主绝缘在线监测仪。日本从二十世纪八十年代起就开始对XLPE电缆主绝缘老化的诊断问题开始研究,提出了直流分量法、叠加电压法和电介质损耗法等多种诊断技术,并在80年代后期研制出多种可供实验室和工业现场直接使用的设备,如住友电气工业株式会社的在线运行电缆监测仪。在国内,上海电缆研究所研制的CDZ型XLPE电缆诊断仪等。这些技术在实际应用中发挥了较好的效果。17电缆绝缘的劣化和诊断内容交联聚乙烯塑料电缆应用广泛,替代了油纸绝缘一、绝缘劣化原因1、热劣化温
8、度过高,材料氧化分解,导致电缆绝缘电阻和耐压性能下降可通过检测其直流高压下的泄漏电流和测量交流电压下的介质损耗角正切182、电气劣化电晕放电发展树枝状放电监测电缆局部放电3、水树枝劣化有机材料的长期吸水形成水树枝劣化研究表明介质损耗的大小随水树技老化的程度而增加,在0.150Hz之间的损耗因数与水树技老化程度有很好的相关性 检测介质损耗角正切或直流泄漏电流194、化学性劣化化学部门,有溶解,龟裂等现象测量介质损耗角正切和直流泄漏电流二、电缆在线监测参数介质损耗角正切局部放电直流泄漏电流20电缆绝缘的在线监测一、直流法导电芯发生水树时,从导电芯到外皮有一个负电流流过,即水树枝整流作用(在交流电压
9、下)该电流(纳安级)与水树枝长度之间有一定相关性,以此可以判断水树或绝缘的劣化通常认为直流电流小于1nA时绝缘良好,大于100nA时为绝缘不良,介于二者之间要加强监测21当外皮发生水树时,外皮有一个正电流流过。221、直流成分法 电缆中有水树时,类似于尖-板电极具有整流作用。运行电压作用下,在由电源线、电缆导电芯,XLPE绝缘、电缆接地线、GPT(接地保护用电压互感器)、电源线构成的回路中会有微弱的直流成份电流流过。将纳安级微电流测量装置M串接入电缆的接地线中如图所示,即可测出此电流。微电流测量装置应并接有低通滤波器及接地保护装置,以衰减交流成份、检出直流成份,并保证试验人员及装置的安全。通常
10、认为直流成份电流小于lnA时绝缘良好,大于100nA时绝缘不良,介于两者间时要加强监测。23对于6.6KV和10KV两种电缆,日本标准:n对额定电压为6.6KV的电力电缆,若直流泄漏电流小于0.5nA是好电缆;介于0.5nA30nA之间,则电缆有危险,要加强监测,随时准备更换;大于30nA是坏电缆。n对额定电压为10KV的电力电缆,则直流泄漏电流小于1nA是好电缆,介于1nA和100nA之间,则电缆有危险,要加强监测,随时准备更换;大于100nA是坏电缆。24ES为护层对地化学作用电势接地保护用电压互感器当电缆护层的绝缘电阻下降时,会出现化学作用电势ES1000良继续使用10KV50006KV
11、3001000轻度不良监视使用10KV100050006KV30300中度不良计划使用10KV10010006KV30严重不良立即跟换10KV1良继续使用1不良定位 修理RT/M100不良定位 修理或更换33二、电桥法用电桥测量电缆绝缘电阻3435n电缆护层与地之间化学作用电势Es的影响,可调节E0来消除,即反复调节R4及E0,使V0指示为零,此时Es对电桥平衡没有影响。连接于三相高压导线其它设备的对地绝缘电阻与R3并联,由于R3之值并不参与计算,因此其它设备的绝缘电阻不影响测量结果。也要防止所加直流电压对GPT的有害影响。36工频法n将加于电缆的电压(通过电压互感器)及流过绝缘的工频电流(通
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