电力电缆试验与故障测寻

1. 临沂供电公司变检工区 电力电缆试验与故障测寻 变检工区 李涛 2009.9.26

2. 内容介绍 1.电缆线路的基本知识 2.电缆试验概述 3.直流耐压和泄漏电流的试验 4.交流耐压试验 5.绝缘电阻和电缆线路参数测量 6.电缆在线检测技术 7.电力电缆及附件故障分析 8.电缆故障探测技术

3. 1、电缆线路的基本知识

4. 1、电缆线路的基本知识 • 1.1 全省电缆概况 • 山东电网电缆线路概况 • 运行电缆故障情况 • 运行电缆附件故障统计 • 电缆附件故障原因 • 截止到2005年底，全省10--220kV电缆线路共有7134条，5683.172KM。 • 通过统计分析可以看出：我省电缆本体故障以机械破坏为主，在222次电缆本体故障中，机械破坏186次，占故障总次数的83.78%。其次是安装质量和绝缘老化，各占10次，分别占故障总次数的4.5%。在电缆附件故障中，附件安装质量、机械破坏、制造质量和绝 缘老化是故障的主要原因。

5. 1.2 电力电缆线路概述 • 电力电缆线路--- • 1 电缆本体（一般简称电缆） • 2 附件-- 中间接头 • 终端头（户内型、户外型、可分离终端） • （可分离连接器） • 3 其他安装器材（桥架、穿管、防火材料等） • 电力电缆线路由电缆本体和附件及其他安装器材组成。 • 电缆之间的接续由中间接头完成。 • 电缆与其他电器设备的连接由终端头或可分离终端完成。 • 电缆线路输电特点：高压输电导线通过固体绝缘体隔离后被封闭在接地的金属屏蔽内部。 • （架空输电线路：高压输电导线通过空气绝缘体隔离，大地为地电极。） • 1.3 常用电缆类型、结构和电场分布 • 电力电缆主要有三大类型（绝缘材料分） • 油浸纸绝缘型 • 塑料绝缘型 • 橡皮绝缘型

7. 1.4 电缆结构及生产工艺 • 导体 导体截面和直流电阻 导体结构 • 金属屏蔽 • 半导电屏蔽层 • 绝缘 • 护层(机械强度、防水密封性能、防火阻燃性能)

9. 1.5 电场分布和改善措施 • 几何结构法 • 电气参数法 • 几何结构与电气参数结合法

11. 1.2 电缆敷设 1.2.1 电缆敷设方式 直埋敷设、排管附设、隧道敷设、电缆沟和桥架敷设、水底电缆敷设

12. 1.2.2 电缆的型号 • □ □ □ — □ □ （ □ ） • 绝缘 导体 护层 —额定电压 导体截面 （标准代号） • 电缆的名称及型号反映了电缆的主要结构要素导体、绝缘和护层的型式。 • 我国电力电缆型号，以字母和数字为代号组合表示。 • (1) 导体代号。以 L 作为铝导体代号，而铜导体代号T可省略。 • (2) 绝缘层代号。”Z”纸绝缘，“YJ”交联聚乙烯绝缘。 • (3) 护套代号。Q铅护套；L铝护套。 • (4) 特征代号。表示电缆产品某一结构特征，例如，分相铅包以F (Fen) 表示，不滴流以D(Di) 表示，贫乏浸渍以 P (Pin) 表示，直流电缆以Z (Zhi) 表示等等。 • (5) 外护层代号。 • (6) 派生代号。 • 例如，YJV22—8.7/10 3×240 表示为额定电压8.7/10kV，导体截面为240mm2的三芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯钢带铠装电力电缆。 • YJLV—26/35 1×300表示为额定电压26/35kV，导体截面为300mm2的单芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝芯非铠装电力电缆。

16. 1.2.3 电缆弯曲半径要求 电缆相互间和与其他管线间最小净距

18. 1.3 常用电缆附件类型结构特点 附件分类 电缆终端 (1)户内终端。(2)户外终端。(3)设备终端。(4)GIS终端。 电缆接头 (1)普通接头(直线接头)。(2)绝缘接头。(3)塞止接头。(4)分支接头。用于将三根或四根电缆相互连接的接头。(5)过渡接头。(6)软接头。可以弯曲的电缆接头。 按所用材料不同，有热缩型、冷缩型、绕包型（分带材绕包与成型纸卷绕包两种）、模塑型、预制件装配型、浇铸（树脂）型、注塑型等。

20. 1.3.1 常用电缆附件结构特点及关键技术 （1）热收缩附件 所用材料一般为以聚乙烯及乙丙橡胶等多种材料组分的共聚物组成。 主要采用应力管处理应力集中问题。 主要优点是轻便、安装容易、性能尚好。价格便宜。 其使用中关键技术问题是： 要保证应力管的电性参数必须达到上述标准规定值方能可靠工作。 另外注意用硅脂填充电缆绝缘半导电层断口出的气隙以排除气体。 交联电缆因内应力处理不良时在运行中会发生较大收缩，因而在安装附件时 注意应力管与绝缘屏蔽搭盖不少于20mm，以防收缩时应力管与绝缘屏蔽脱离。 热收缩附件因弹性较小，运行中热胀冷缩时可能使界面产生气隙，因此密封技术很重要，以防止潮气浸入。

22. （2）预制式附件 所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。 主要采用几何结构法即应力锥来处理应力集中问题。 其主要优点是材料性能优良，安装更简便快捷，不动火。 弹性好，使得界面性能得到较大改善，是近年来中低压以及高压电缆采用的主要形式。价格较贵。 其使用中关键技术问题是： 附件的尺寸与待安装的电缆的尺寸配合要符合规定的要求。 另外也需采用干硅脂润滑界面易于安装同时填充界面的气隙。 预制附件一般靠自身橡胶弹力可以具有一定密封作用，有时可采用密封胶及弹性夹具增强密封。

24. （3）冷缩式附件 • 所用材料一般冷缩（预制）式附件。 • 冷缩（预制）式附件一般采用几何结构与电气参数结合法来处理应力集中问题。 • 与预制式附件一样，材料性能优良、不动火、弹性好，使得界面性能得到较大改善，也是近年来中低压以及高压电缆采用的主要形式； • 其使用中关键技术问题与预制式附件相同。

25. 1.4 电力电缆电压和接地方式对电缆影响 • 国际电工委员会（IEC）的表示方法为U0/U，U0为电缆的设计电压，一般相当缆所处的电力系统的相电压，但有时不完全一致。U为电缆可用于系统的额定线电压。IEC推荐U0/U序列为： • a）中低压：IEC60502（U=1～30（Um=36， 对应的国标GB12706 (U=1～35（Um=40.5））： • 0.6/1；(8.7/10)； (26/35) ； • b）高压：IEC60840（U=45～150（Um=170）），对应的国标GB11017： • (26/35)、26/45～47；36/60～69；64/110～115；76/132～138；87/150～161； • c）超高压：IEC62067（U=220～500（Um=550）），对应的国标GB/Z XXXXX： • 127/220；190/330；290/500。 • 上述序列中，括号内电压为中国系统采用。

26. 1.4.2 接地方式对电缆的影响 IEC标准将电力系统划分为三类： A类：该系统任一相导体与地或接地导体接触，能在1min 内与系统分离； B类：该系统仅包括单相导体与地或接地导体接触，接地故障时间不超过8h，每年总累积时间不超过125h； C类：该系统为所有不属于A类及B类的系统。 影响： U0相同的电缆实际上是同一种电缆，只是用于不同的电压系统中。 中性点有效接地系统一般选用U0相当于系统相电压的电缆 。

27. 1.5 电缆的技术性能指标 1.5.1 通流性能： 电缆的导体电阻 直流电阻： R＇＝ R0 [1+α20（θc－20）],Ω／m （交流）有效电阻： R ＝ R＇[1+Ys+Yp], Ω／m 线芯损耗： Ｗc＝ I2R，W／m 恒定负载载流量：Ｉ ＝［（（θc－θo）-Wi T1）／R T2 ］1/2，A 电缆的电容： C ＝ ε／[18 ln(R/rc)]×10-6，F/km 电缆的电感： L1 ＝ 2×10-4ln(S/GMR)]，H/km 1.5.2 绝缘性能 绝缘电阻： Rx=（ρ／2π）[ ln(R/rc)]，Ω/m 工作电场强度： E=U／[rln(R/rc)]，MV/m 耐电强度与时间关系（寿命曲线）：E＝E∞+C×t-1/n 或：　E1nt1＝E2nt2=CON 1.5.3 防护性能

28. 1.5.4 护层接地方式 • 感应电压应控制在50V（有防护时为100V）。 • 正常运行时感应电压计算(三相等边)US=2ωj[ln(2s/Ds)]×10-7，V/m • 短路运行时感应电压计算 • 护层接地方式 • （1）金属护套一点接地（一端或中点）：无环流，感应电压与电缆长度成正比，短电缆线路常用。 • （2）金属护套两端接地：有环流，感应电压为零，但影响载流量，轻负荷电缆线路常用。 • （3）金属护套交叉换位连接。 • （4）敷设“三七开”回流线。

31. 2. 电缆线路试验概述

32. 2.1 电力电缆线路试验的项目 • 电力电缆的试验主要指电缆在生产和安装敷设后所进行的各种试验，其项目大致可分为五类： • ·例行试验：检验每个产品是否存在偶然因素造成的缺陷。 • ·抽样试验:验证生产过程中产品的关键性能是否符合设计要求 • ·型式试验：确定电缆产品的设计是否满足预期的使用要求。 • ·安装竣工后的交接试验 • ·投入运行后的预防性试验。 工厂出厂试验

33. 2.1.2 现行的电缆线路电气试验项目 1)直流耐压和泄漏电流试验（主要用于油纸绝缘电缆线路）。 2)测量绝缘电阻（用于1kV以下的低压电缆线路、200m以内的短电缆线路、停电时间超过一星期但不满一个月的电缆线路、挤包电缆线路的外护层的绝缘检测）。 3)核相试验（用于新安装和检修后的电缆线路）。 4)电缆油试验（用于充油电缆线路）。 5)电缆护层绝缘试验（用于有护层绝缘要求的电缆线路）。 6)电缆线路参数测量（用于需要进行电力系统参数计算的电缆线路）。 7)接地电阻测量（用于高压电缆护层接地及其他土建设施接地系统）。 8)0.1Hz超低频试验（用于35kV及以下电压的挤包绝缘电缆线路）。 9)交流变频谐振试验（用于110kV及以上的挤包绝缘电缆线路）。 电力电缆线路的交接试验和预防性试验因其要求不一，试验项目也略有不同。

34. 2.1.3 电力电缆线路试验需要常用设备 试验变压器 整流器 泄漏电流表 限流水电阻 电压表、功率表、电流表和电流互感器 核相器 兆欧表 接地电阻测量仪 数字式自动耐压仪 直流单、双臂电桥 交流电桥 直流耐压成套设备 0.1Hz超低频试验设备 交流变频谐振试验设备

35. 2.2.1 油浸纸电缆做直流耐压试验优点 • 油纸绝缘电缆线路的预防性试验和交接试验，目前仍然以直流耐压试验为主。和交流耐压试验相比，直流耐压试验具有以下优点： • ·试验设备的容量小，重量轻，便于携带。 • ·避免交流高电压对电缆油纸绝缘的永久性破坏作用。 • ·由于直流电压与被试体的电阻率成正比分布，绝缘完好时，电阻率较高的绝缘油承受较高试验电压，电场分布较合理，不会造成新的绝缘损伤，当绝缘存在局部缺陷时，大部分试验电压将施加在电阻率相对高的绝缘完好部分，随着缺陷的发展，绝缘完好部分承受的电压随之加大，直至击穿，因而有利于绝缘缺陷的发现。 • ·电缆直流耐压试验时，电缆导体接负极。这时如果电缆绝缘中有水分存在，将会因电渗透作用使水分子从表层移向导体，发展成为贯穿性缺陷，易于在试验电压下击穿，因而有利于发现电缆绝缘缺陷。 • · 绝缘击穿与电压作用时间的关系不大，一般缺陷在加压后几分钟内可以发现，因此电缆预防性试验规程规定的加压时间为5min，试验时间相对较短。

36. 直流耐压半波整流图和绝缘击穿曲线

37. 2.2.2 橡塑电缆试验探讨 • 交联聚乙烯等挤包绝缘电缆的缺陷在直流电压下不容易被发现。由于直流电压下的电场强度按介质的体积电阻率分布，交联聚乙烯等挤包绝缘电缆的介质属于整体式结构，绝缘内的水分、杂质分散而且分布不均匀，介质内不易形成贯穿性通道。而且，直流耐压试验时会有电子注入到聚合场中使介质内部形成空间电荷，使该处电场畸变，电场强度降低，使交联聚乙烯绝缘在直流电压下具有较高的放电起始电压和较慢的放电通道增长速度，使绝缘不易击穿、缺陷不易发现。 • 交联聚乙烯电缆在直流耐压试验时不但不能有效发现绝缘缺陷，而且因为直流试验造成了绝缘的损伤。水树枝老化在交流电场下发展非常缓慢，电缆在很长时间里能保持较高的耐电水平，但是在直流试验电压下，交联聚乙烯电缆绝缘层中的水树枝会转变成为电树枝放电，从而加速绝缘老化，造成绝缘损伤以至重新投入运行后发生绝缘击穿事故。如果不进行直流耐压试验，却能维持较长时期的正常运行。

38. 对于高电压的交联聚乙烯绝缘电缆，直流耐压试验不能反映整条线路的绝缘水平。在直流电压下，由于温度和电场强度的变化，交联聚乙烯绝缘层的电阻系数会随之发生变化，绝缘层各处电场强度的分布因温度不同而各异，在同样厚度下的绝缘层，因为温度升高而击穿水平降低，这种现象还与绝缘层的厚度有关，厚度越大这种现象越严重。由于高压交联聚乙烯电缆绝缘层厚，因此，对交联聚乙烯电缆特别是高电压等级的交联聚乙烯电缆不宜做直流耐压试验。对于高电压的交联聚乙烯绝缘电缆，直流耐压试验不能反映整条线路的绝缘水平。在直流电压下，由于温度和电场强度的变化，交联聚乙烯绝缘层的电阻系数会随之发生变化，绝缘层各处电场强度的分布因温度不同而各异，在同样厚度下的绝缘层，因为温度升高而击穿水平降低，这种现象还与绝缘层的厚度有关，厚度越大这种现象越严重。由于高压交联聚乙烯电缆绝缘层厚，因此，对交联聚乙烯电缆特别是高电压等级的交联聚乙烯电缆不宜做直流耐压试验。 在1980年以前几年，国外电力部门发现了直流耐压试验对橡塑绝缘是无效的且具有危害性。1997年国际大电网会议通过深入广泛的研究对XLPE电缆改用交流耐压试验达成共识，并颁发了《试验导则》，在全世界范围内广泛推广应用。我国在九十年代中期已开始并关注此问题，尤其是2001年至今，各省已陆续提出相应的试验要求。 我省在2003.3颁布交联电缆试验标准

39. 2.3.1 确定电缆预防性试验周期时应考虑的主要因素 • 电缆的预防性试验是按照预防性试验规程进行的电气试验，是判断电缆线路是否能继续投入运行的依据，是预防电缆在运行中发生事故的重要措施。因此，电缆线路在投入运行后必须定期进行预防性试验。预防性试验的周期一般根据下列因素确定： • (1)电缆线路的预防性试验周期应和电力系统其他设备的维护检修周期同步，以便减少设备重复停电，有利于提高设备可用率。 • (2)要考虑电缆线路在耐压试验中一旦发生击穿故障后的抢修能力，尽量减少由于不能及时抢修对用户造成的影响。 • (3)为了确保重要输电线路和重要用户电缆线路的运行可靠性，对于这些电缆线路的试验周期应适当缩短。 • (4)对于运行中发现缺陷或预防性试验的结果不符合试验标准的电缆线路应根据情况缩短试验周期。

40. 2.3.2 山东电网电缆线路试验标准 • 油浸纸绝缘电力电缆线路的试验项目、周期和要求见表2.3.1 • 橡塑绝缘电力电缆是塑料绝缘电缆和橡皮绝缘电缆的总称。塑料绝缘电缆包括聚氯乙烯绝缘、聚乙烯绝缘和交联聚乙烯绝缘电力电缆；橡皮绝缘电缆包括乙丙橡皮绝缘电力电缆等。 • 橡塑绝缘电力电缆线路的试验项目、周期和要求见表2.3.2。

41. 表2.3.2 橡塑绝缘电力电缆的试验项目、周期和要求

44. 交叉互联系统的试验项目、周期和要求见表11.5交叉互联系统的试验项目、周期和要求见表11.5 表 11.5 交叉互联系统的试验项目、周期和要求

45. 2.4.1 电缆试验步骤 • 试验前要办理工作票，电缆另端派人看守 • 根据电缆线路电压等级，选择相应试验设备 • 在加压前检查试验接线正确 • 调整升压速度 • 读取泄露电流 • 电缆试验应逐相试验 • 试验结束，恢复设备原状

46. 2.4.2 电缆耐压试验要注意的事项 • (1)在现场组装的半波整流装置中，高压硅整流器的峰值电压不得超过其额定反峰电压的1/2。 • (2)由于截止时每个硅整流器反向电阻不相同，其电压分配不均匀，在多个串联使用时应采取均压措施，否则，其使用电压应为硅整流器额定电压的70%～80%。 • (3)耐压试验时接到电缆端子上的引线要用屏蔽线，以排除高压引线电晕电流对测量结果的影响，同时引线对地要有足够距离，防止引线对地放电。 • (4)在电缆线路的泄漏电流绝对值正常，而且不平衡系数小于2的情况下，允许连同支持绝缘子等设备一起进行直流耐压试验。 • (5)如果试验结果发现异常，但根据综合判断允许在监视条件下继续运行的电缆线路，其试验周期应缩短。 • (6)对金属屏蔽或金属护套一端接地，另一端装有护层过电压保护器的单芯电缆主绝缘做直流耐压试验时，必须将护层过电压保护器短路，并使这一端的电缆金属屏蔽或金属护套临时接地。 • (7)除自容式充油电缆线路外，其他电缆线路在停电后投运前必须确认电缆的绝缘状况良好。

47. 3. 直流耐压和泄漏电流试验

48. 3.直流耐压和泄漏电流试验 • 3.1直流耐压和泄漏电流试验接线方式 • 3.1.1微安表置于高压端的半波整流直流试验接线 靠近电缆金属护套的绝缘层存在局部缺陷或受潮，由于绝缘介质在直流高压下的电渗透作用，杂质、水分等自由离子便移向电缆导体，在高电压下转变成贯穿性缺陷。

49. 微安表置于高压侧有较高的测量精度，这是因为微安表受杂散电流的影响较小。微安表置于高压侧有较高的测量精度，这是因为微安表受杂散电流的影响较小。 微安表量程切换，操作人员必须戴高压绝缘手套或站在可靠的绝缘垫上进行操作。

50. 3.1.2 微安表置于低压端的半波整流接线 微安表处于低压端，具有读数安全，量程切换方便等优点。但是这种接线无法排除高压引线对测量结果的影响，还受试验设备的绝缘材料、气候、湿度等环境因素的影响，测量结果的误差较大