浅议低压电缆绝缘状态检测.docx
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浅议低压电缆绝缘状态检测
网络教育学院
本科生毕业论文（设计）
题目：
浅议低压电缆绝缘状态检测
学习中心：
安徽阜阳奥鹏学习中心
层次：
高中起点专科
专业：
电气工程及其自动化
年级：
学号：
学生：
指导教师：
完成日期：
2011年07月15日
内容摘要
随着城网改造和农网改造的实施，电力电缆在电力工程中运用的比重越来越高，如何使用好已有的电力设备，提高供电可靠性就显得十分必要，电缆的运行状况直接关系到电力系统的安全运行及供电的可靠性。
关键词：
电缆绝缘性；不带电检测；带电检测
目录
内容摘要I
引言1
1、低压电力电缆简介：
2
2、电力电缆绝缘性能不带电检测方法：
3
2.1、电桥法及低压脉冲反射法3
2.2、高压直流闪测法以及冲击闪测法3
2.3、二次脉冲法3
3、电力电缆绝缘性能带电检测的方法：
5
3.1、直流电压迭加法5
3.2、直流电流法6
3.3、低频交流迭加法7
3.4,、交流电压迭加法7
3.5、其他方法：
8
4、小结9
参考文献10
引言
随着经济发展的脚步加快，城市建设对电力需求提出了越来越高的要求。
而为了城市环境的美化同行也为了满足某些特殊地段的的需求，电力线路要求入地，需要使用电力电缆。
随着电力电缆在城网改造和农网改造中的利用比重也越来越高,如何维护使用好已有的电力设备,提高供电可靠性就显得十分必要,电缆的运行状况直接关系到电力系统的安全运行及供电的可靠性。
过去由于电缆比重较小，电缆段线路停电曹成的影响范围小，往往采用定期停电进行试验的方法,属于离线检测。
然而,随着电力供应的发展,这种停电试验的传统方法已愈来愈不能适应电力生产和供应的实际需要。
因此研究电力电缆在线监测技术,及时对电缆进行合理的维护、检修及更换,对保证电缆可靠运行具有重要的意义。
本文将简单介绍近年来普遍使用的电缆带电检查测试方法,并加入笔者的一些浅见。
1、低压电力电缆简介：
目前电力行业使用的低压电力电缆，常见基本型号有以下几种。
按电缆芯材质来分：
VV—聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套（铜芯）电力电缆；YJV—交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套（铜芯）电力电缆。
如果是（铝芯）导体，则中间加L，即分别为VLV、YJLV。
按特殊用途电缆还可以分：
阻燃电缆、耐火电缆、无卤低烟、防火电缆等。
常用电缆规格：
按线径型号分为：
1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300等。
电缆有单芯与多芯多种组合，常用的是3、4、5芯，其中4、5芯分等径与不等径，即常说的4芯、5芯对应3+1与4+1或3+2，不等径电缆之N线、PE线按国家标准，如4*185+1*95或3*185+2*95。
现阶段，随着城市建设的发展，电力电缆在城网供电中所占的份量也越来越重，在新的“十二五”电网规划导则中已经提出了“在一些经济发达城市的市区逐步使用电力电缆取代架空输电线路”[1]《安徽省电力电网十二五规划导则》的要求。
另一方面，由于电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性等原因，电缆故障的查找非常困难。
电力电缆故障按性质可分为串联（断线）故障及并联（短路）故障两种，后者按绝缘外是否有金属护套或屏蔽可分为主绝缘故障（外有金属屏蔽），外皮（外护套）故障（无金属屏蔽）的故障。
主绝缘故障根据测试方法不同，按故障点的绝缘电阻Rf大小可分为：
1）、金属性短路（低阻）故障，其中Rf不同仪器及方法选择各不同，一般Rf<10Z0（Z0为电缆波阻抗），2）、高阻故障，3）、间歇（闪络）故障三种。
三者之间没有绝对的界限，主要由现场试验方法区分，与设备的容量及内阻有关。
[1]
因此，判断低压电缆绝缘状况的好坏，成为了电力行业判断电缆运行状况，预防电力设施损失的一个重要环节。
2、电力电缆绝缘性能不带电检测方法：
以往，由于电力电缆的造价城北高，企业负担能力有限，限制了电力蓝的使用范围，故对电缆绝缘状况进行判断一般使用停电检测方法，这些方法相对带电检测而言，要求的技术难度小，成本低廉。
下面简单介绍一下低压电力电缆的几种不带电检测方法：
2.1、电桥法及低压脉冲反射法
电桥法及低压脉冲反射法起源于20世纪70年代，该方法低阻故障很准确，但对高阻故障不适用，为更全面检测，经常配合燃烧降阻（烧穿）法使用。
但燃烧降阻对电缆主绝缘有不良影响，因此这套方法现已基本被淘汰。
2.2、高压直流闪测法以及冲击闪测法
以上两种方法目前是国产高阻故障测试仪的主流方法，分别测试间歇故障及高阻故障，两者都均可分为电流闪测法和电压闪测法，取样参数不同，各有优缺点。
电压取样法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一倍，但接线复杂，分压过大时对人及仪器有危险。
电流取样法接线简单，但波形干扰大，不易判别盲区大。
高压电流、电压闪测法基本上解决了电缆高阻故障问题，在我国电力部门应用十分广泛，且应用十分丰富经验，但仪器有盲区，且波形有时不够明显，靠人为判断，有时未能成功，仪器的精度及误差相对较大。
2.3、二次脉冲法
该种测试方法出现于二十世纪90年代出现的测试技术，在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发发射一低压脉冲，此脉冲在故障点闪络处（电弧的电阻值很低）发生短路反射，并将波形记忆在仪器中，电弧熄灭后，重新发一正常的低压测量脉冲到电缆中,此低压脉冲在故障处（高阻）没有击穿产生通路，直接到达电缆末端，并在电缆末端发生开路反射，将两次低压脉冲波形进行对比，非常容易判断故障点（击穿点）位置。
仪器可自动匹配，自动判断计算出故障点距离。
二次脉冲法使得电缆高阻故障测试变得十分简单，成为最先进的测试方法。
这种方法具有以下优点:
1、自动化程度高，实现自动匹配、自动保护、自动判断、自动计算，并可以进行打印或将图形存入软盘,在计算机进行数据分析。
2、无盲区问题：
考虑到仪器本身的馈线以及外接的高压电缆引线长度，因此进行仪器调试时，引入“tm”测试，首先测试每种方法中的脉冲波经过仪器到达引线末端所经历的时间“tm”值，并输入记忆的系统中；测试电缆时，仪器会自动将原点（起点）定在该方法的“tm”时刻处，因“tm”为定值与波速度选择无关，无论波速度选多少，同一种方法中脉冲在仪器本身及引线所经历的时间“tm”是不变的；所测波形中tm时刻点即为所测电缆的始端，因此测量时没有盲区的概念。
3、精度高：
回波仪采样频率已达200MHz，以波速为=160m/μs计算，精确度可达0.4m。
由于这套仪器的自动化程度高、精确,操作简单，克服了电流、电压冲击法的不足，有效解决了高阻故障测试的困难，只要波速度选择正确,测量结果非常准确。
二次脉冲法虽然与国内高压直流闪测法以及冲击闪测法相比具有以上优点，但其测试仪器高昂的价格，往往让县级供电企业望而却步，同时由于国内技术最近几年方才步入成熟阶段，故该测试方法目前仅限于发达地区以及试验管理水平较高的电力企业尝试，未能取代高压直流闪测法以及冲击闪测法成为主流测试方法。
3、电力电缆绝缘性能带电检测的方法：
随着检测技术、计算机技术的不断发展和对电力设备安全重视程度的提高，带电绝缘诊断技术越来越受到人们的关注。
带电检测与停止运行检测相比主要具有如几个优越性：
1、在系统工作时完成测量，无须停电，提高了供电效率。
2、由于是在实际运行电压下进行测量，比停止运行时的测量更能真实地反映运行状态下电力设备的绝缘状况。
3、带电绝缘监测装置可以随时对系统绝缘状况进行测量，能更加及时的发现绝缘缺陷和故障，避免了传统预防性试验的盲目性。
5、由于不是在测试高压下进行的试验，不会损伤电力设备的绝缘性能。
[2]
实际的运行过程中发现，大部分电力电缆故障是由电缆绝缘发生劣化引起的。
引起这种电缆发生劣化的原因较多，有电劣化、热劣化、化学劣化、机械劣化甚至鼠虫害引起的劣化等，最主要是电劣化。
电劣化主要形态为：
1、局部放电电劣化，2、电树枝劣化，3、水树枝劣化。
[1]
研究表明低压固体绝缘电缆中，引起绝缘劣化的主要是水树枝劣化。
但无论哪种劣化都可能造成绝缘电阻的下降，泄漏电流的增加及介质损耗t变大等现象。
从而导致在工作电压下交流损失电流变大，使得流过绝缘的电流中所含的直流分量增大。
因此，可以通过对电缆绝缘的在线监测来测定劣化信号，判定电缆绝缘是否能继续运行。
电缆绝缘在线监测的方法有很多种，目前研究较为成熟可靠的有以下几种方法：
1、直流电压迭加法，2、直流电流法，3、交流电压迭加法，4、低频交流迭加法。
无论是以上四种方法中的任意一种方法，其最重要的技术基础都有一个必须的步骤，就是对电缆绝缘的劣化信号进行放大。
一般来说极其微小，一般劣化产生的直流分量电流为nA级，最大的也只不过为μA级，如不通过相应手段进行信号放大，无法完成测试任务。
3.1、直流电压迭加法
工作原理：
直流电压迭加法测试原理是基于电缆中水树枝长度与绝缘电阻的关系而产生的。
测量时通过测得绝缘电阻的大小与标准情况电阻值相比较从而获得测试结论。
[3]
测量回路如下图所示：
从变电所接地变压器（GPT）的中性点处接入50V直流测试电源，检测电缆的屏蔽层对地的微弱电流，并换算成相应的绝缘电阻。
缺陷及误差产生原因：
该方法容易因为散杂电流的变化或端部表面泄露电阻变低而产生较大的测量误差。
又因直流电压是经中性点接地的电压互感器旋加于电缆，若互感器中长期流过直流电源会发生磁饱和现象而产生零序电压，可能使变电所内继电器误动作。
评价：
该种测试方法使用时应注意测量时间，避免尝试误动作。
3.2、直流电流法
工作原理：
电缆在交流电压作用下，若发生水树枝劣化，则电流中含有直流成分，且树枝劣化长度与直流分量电流存在一定关系，故研究采用直流电流分量监测法。
测量回路如下图所示：
电缆导体对地电压为负时，因为水树枝的存在，从导体向屏蔽层泄漏的电荷较多；而当导体对地电压为正时，泄漏电荷较少。
这样形成的电流差表现为导体和屏蔽层之间存在一个微弱的直流电流。
测量前先断开电缆屏蔽层接地，再进行测量。
缺陷及误差产生原因：
该种方法由于直流分量电流极小（一般为nA级），因此容易受到杂散电流的干扰。
且在电缆端部表面泄露电阻因胀污或因雨而下降时，测量误差很大。
评价：
该种方法受环境限制较大，使用前必须要清拭被测电缆端部且要在天气晴好时测量。
3.3、低频交流迭加法
工作原理：
针对电缆中水树枝长度与绝缘电阻的关系，研究了低频交流迭加法。
低频交流迭加法是一种较好的方法，所监测的交流损失电流在原理上随着劣化的发展而变大的。
测量回路如下图所示：
图中1：
基准信号；2：
检测信号
该方法要采用7.5Hz的低频交流电，原因在于电源频率ω减小，电容性电流分量Ic＝U×ωC也随之减小，而电阻性电流大小没有变化，从而使得从总电流中分离有功电流分量更加容易，测量结果的相对误差也会较小。
缺陷及误差产生原因：
当为调整端部电场分布而装有应力环时，即使电缆绝缘良好，交流损失电流也较大，那么仅根据在线监测的信号，就可能作出“绝缘不良“的误判断。
评价：
使用中应认真确认电缆端部的工作状态，应分清电缆设备是否有其他附属设备安装，因根据不同情况选择对应测量方式。
3.4,、交流电压迭加法
工作原理：
在电缆的屏蔽层上迭加101Hz（即2倍工频+1Hz）的交流电压，监测树枝劣化而产生1Hz的劣化信号。
由于树枝劣化的电缆上迭加工频+约1Hz电压时，被测的劣化信号最大，可采用这种方法检测出1Hz的劣化信号的强弱来判断电缆劣化的程度。
测量回路如下图所示：
该方法是将频率为工频的2倍+1Hz的50V交流电压叠加到电缆的屏蔽层，以得到1Hz的劣化特征电流信息，从而判断电缆绝缘老化状况。
优点：
1、可从电缆接地线处迭加电压，测定简单方便，不仅可作为在线监测，也可作带电监测，用一套设备监测多条电缆：
2、因迭加电压检测的是已知劣化信号，即1Hz信号，故检测精度高，抗干扰能力强；3、受铠装绝缘电阻及端部污损等因素影响较小。
[4]
评价：
对所测电缆电网频率要求较为精确，一般情况下测量精确度高，但为了确保结果准确，应注意每次测量时对交流电压频率进行复核。
3.5、其他方法：
除以上文介绍的主要测量方法外在线δtan法也是一种可行的测量方法。
方法简介：
在线测量δtan时电缆在额定电压幅值、频率下工作，测得的δtan比停电时检测更加真实。
在线测量δtan的方法主要有电压电流相位差法、过零附近比较法等。
这些方法的实现既可以采用时域分析法也可以采用频域分析法。
电压电流相位差法受到比较器零点漂移和电网谐波干扰的影响比较大。
频域分析法抗干扰性能比较好，但是对测量装置的采样和运算功能要求比较高。
评价：
δtan反映的是普遍性的缺陷，而个别较集中的缺陷，不会引起δtan值的显著变化。
因此δtan法对电缆全长老化监测有效，对局部老化则很难监测。
此外，电缆的δtan相对于其它电容性设备或者变压器的δtan而言较小，容易受到干扰而无法准确测出。
[5]
4、小结
以上为笔者介绍的国内目前采用的电缆检测方法，从上述分析对比中不难看出，目前国内技术较为成熟且被广泛使用的还是不带电电缆测试方法，其中二次脉冲法以其逐渐成熟的技术优势和精确的测量结果必将逐步成为不带电检测电缆的主流。
文中介绍的四种带电检测方法，前三种方法技术方面都还有完善余地，使用时应根据设备具体情况选择。
第四种交流电压迭加法与其他三种方法相比优势明显，结果准确。
但根据目前笔者对相关仪器厂家咨询，该测试方法投资成本较高，在一定程度上限制了其应用。
以笔者在县级供电企业接触的基层应用情况看来，带电电缆测试方法，在基层供电单位还处于理论熟悉阶段，限于技术力量和设备经费的问题，目前实现带电检测还需一段时日。
参考文献
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[3]崔江流等.城乡电网改造中电力电缆的应用及问题.电力电缆，2001
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[4]蔡丹宙.交流电缆绝缘热线诊断的一些问题.电网技术，1997（7），27.
[5]马汉元.线路寻讯与电缆故障检测（上）、（下）.中国设备管理，2000年7月.
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