《电力电缆试验》PPT课件.ppt

电力电缆试验 电缆线路的薄弱环节是终端头和中间接头，往 往由于设计不良或制作工艺、材料不当而带有缺 陷。有的缺陷可在施工过程和验收试验中检出， 更多的是在运行中逐渐发展、劣化直至暴露。除 电缆头外，电缆本身也会发生一些故障，如机械 损伤、铅包腐蚀、过热老化及偶尔有制造缺陷等。 所以，尽管电缆线路的可靠性比架空线路高，但 故障仍是很多，而且情况还较为复杂，埋设在地 下带来了寻找和处理故障的困难。因此，要根据 具体情况分析判断。新敷设电缆时，也要在敷设 过程中配合试验，如有故障也便于判断故障究竟 是在电缆头还是电缆本身。 第一节 绝缘试验 一、测量绝缘电阻 从电缆绝缘电阻的数值可初步判断电缆绝缘是否受潮、 老化，并可检查由耐压试验检出的缺陷的性质，所以，耐 压前后均应测量绝缘电阻。测量时，额定电压为 1kV及以 上的电缆应使用 2500 V兆欧表进行；运行中的电缆要充分 放电，拆除一切对外连线，并用清洁干燥的布擦净电缆头， 逐相测量。由于电缆电容很大，操作时兆欧表的摇动速度 要均匀。测量完毕后，应先断开兆欧表与电缆的连接再停 止摇动，以免电容电流对兆欧表反冲充电；每次测量后都 要充分放电，操作应采用绝缘工具，以防止电击。为了测 得准确，应在缆芯端部绝缘上或套管端都装屏蔽环并接往 兆欧表的屏蔽端子。此外，当电缆较长充电电流较大时， 兆欧表开始时指示数值很小，如使用手动兆欧表，则应继 续摇动。短电缆的读数很快就趋于一稳定值，而长电缆一 般均取 15s和 60s的读数 R15和 R60。 运行中的电缆，其绝缘电阻应从各次试验数值的变化规律 及相间的相互比较来综合判断，其相间不平衡系数一般不 大于 2 2.5。 电缆绝缘电阻的数值随电缆的温度和长度而变化。为便于 比较，应换算为 20 时每千米长的数值，即 式中 Ri20 电缆在 20 时的单位绝缘电阻（ Mkm） Rit 电缆长度为 l，在 t 时的绝缘电阻（ M） l 电缆长度（ km） K 温度系数，见表 17-10 klRR iti 20 停止运行时间较长的地下电缆可以土壤温度为 准，运行不久的应测量导体直流电阻后计算缆芯 温度。良好电缆的绝缘电阻值通常很高。其最低 值按制造厂规定：新的交联聚乙烯电缆，每一缆 芯对外皮的绝缘电阻（ 20 时每于米的数值）， 额定电压 6kV的应不小于 1000M；额定电压 10kV应不小于 1200M；额定电压 35kV的应不小 于 3000M。 对于橡塑绝缘电缆 (主要指交联聚乙烯电缆 )， 除测量芯线绝缘电阻外，还要测量钢恺甲对地的 绝缘电阻及铜屏蔽对钢恺甲的绝缘电阻，以确定 外、内护套有无损伤，判断绝缘有无受潮的可能。 测量时通常用 500V兆欧表进行，当绝缘电阻低于 0.5M/km时，应用万用表正、反接线分别测屏蔽 层对恺装、恺装层对地的绝缘电阻，当两次测得 的阻值相差较大时，表明外护套或内衬层已破损 受潮。 二、直流耐压和泄漏电流试验 直流耐压是运行部门检查电缆抗电强度的常用方法，直流 耐压对检查绝缘中的气泡、机械损伤等局部缺陷比较有效， 泄漏电流对反映绝缘老化、受潮比较灵敏。 电缆试验中直流耐压试验的接线明应注意的几个问题。 1)微安表接在高压端。 绝缘良好的电缆泄漏电流很小，一般在几十微安以下，因 而设备及引线的杂散电流相对较大，影响显著。此时如仍 将微安表接在低压端测量，会有很大误差。必须将微安表 接在高压端测量，并注意屏蔽后才能获得准确的结果。 2)两端头屏蔽。 电压为 35kV及以上的电缆，由于试验电压高，通过试品 表面及周围空间的泄漏电流相当大，所以两端的终端头均 应屏蔽，如图 17-l所示。但实际上电缆较长时不易实现， 故往往采用图 17-2的屏蔽方式；这种方式的缺点是每相承 受两次电压，而且测得的是被试相对外皮及另一相缆芯的 泄漏电流数值，故并不妥当。另一种屏蔽法如图 17-3所示， 这时电源端采取屏蔽将表面和空间的杂散泄漏电流排除， 另一端的杂散泄漏电流 I2流经微安表 PA2。于是，试品的 泄漏电流 Ix可由微安表 PA1的读数 I1减去 I2而得。 3)在高压侧直接测量电压。 如电缆太长电容量较大时，杂散电流的影响较大， 在低压侧的表计将不能反应高压侧的实际电压， 故此时电压的测量应在高压侧直接进行。 4)试验电压太高时需用倍压装置。 35kV及以上电压等级电缆的试验需要的试验电压 很高，用单级直流装置常不能满足要求，需采用 图 17-4的倍压回路。电源电压正半波时，整流管 V1导通，电容 C充电到电源电压最大值；负半周 时， V2导通，电源电压与 C上的电压加在一起向 被试品电容充电。理想情况下应达到两倍电源电 压最大值。实际上，被试品和试验设备都有泄漏， 因此最后只能达到充电与放电相平衡的稳定状态。 近年来，橡塑绝缘特别是交联聚乙烯电缆，因其 具有优异的性能，得到了迅速的发展。目前在中 低压电压等级中已基本取代了油浸纸绝缘电缆， 超高压交联聚乙烯绝缘电缆已发展至 500kV等级， 110kV 及 220kV交联聚乙烯电缆正逐渐取代充油电缆。由于交联 聚乙烯电缆材质、结构的特点，所以尽管正式颁布的标准 中要求在交接试验中做直流耐压，但实际上有不少人认为 对交联聚乙烯电缆不宜采用直流电压试验。 其基本观点是： 直流电压试验过程中在交联聚乙烯绝缘电缆及附件中会 形成空间电荷，对绝缘有积累效应，加速绝缘老化，缩短 使用寿命。 直流电压下绝缘电场分布与实际运行电压下不同，前者 按电阻率分布而后者按介电常数分布，因此，直流试验合 格的交联聚乙烯电缆，投人运行后，在正常工作电压作用 下也会发生绝缘事故。 国内外一些运行经验也表明，采用直流电压试验不能有效 地检出交联聚乙烯电缆及附件的缺陷。因此，有人建议除 了对交联聚乙烯电缆金属外护套采用 10kV、 1min直流试 验外，对电缆主绝缘可采用交流电压试验。如用串联谐振 法或 0.1Hz超低频来进行试验。 第二节 故障探测 一、故障性质的确定 随着电缆线路的增多，电缆故障对供电可靠性的影响日 益增大，因而迅速准确地探测故障点的位置对保证故障电 缆的及时修复有着重要意义。 电缆故障的探测方法取决于故障的性质，因此探测工作 的第一步就是判明故障性质。电缆故障大致可分两类： 第一类，因缆芯之间或缆芯对外皮间的绝缘破坏，形成短 路、接地或闪络击穿； 第二类，因缆芯的连续性受到破坏，形成断线和不完全断 线。 有时也发生兼有两种情况的混合式故障。但通常以第一 类故障为多。判断故障性质的方法可采用兆欧表进行，先 在一端测量电缆各芯间和芯对地的绝缘电阻，再将另一端 短路测量有无断线。由所测数据不难分析判断故障性质。 二、测量故障点的距离 电缆故障的性质确定后，要根据不同的故障，选择适当 方法测定从电缆一端到故障点的距离，这就是故障测距。 由于各种仪表都只能达到一定的精度，加上敷设路径与丈 量路径有出入等影响，测距所标定的故障位置与实际故障 点或多或少总有偏离，通常只能借以判断出故障点可能的 地段，因此，上述的测距又称为“粗测”。为找到确切的 故障点往往要配合其他手段进行“细测”，这就是故障定 点，常用的测距方法有直流电桥法和脉冲法两种 (一 )直流电桥法 基于电缆沿线均匀，电线长度与缆芯电阻成正比的特点， 并根据惠斯登电桥的原理，可将电缆短路接地、故障点两 侧的环线电阻引入直流电桥；测量其比值。由测得的比值 和电缆全长，可获得测量端到故障点的距离，如图 17-6所 示。图中 RL是电缆全长的单芯电阻， Rx是始端到故障点的 电阻。 电桥法有多种接线，普遍使用的是缪雷环线法。对低电阻 性接地用低压缪雷环线法，电源电压不超过 1kV；高电阻 性接地用高压缪雷环线法，电压可达数千甚至上万伏。但 所谓低阻和高阻并没有严格界线，而随所用仪器的电源电 压和检测灵敏度而定。 普通的单臂和双臂电桥，多外接数十伏到数百伏的直流电 源，以 2 3k作为划分高阻和低阻的界线是适当的。因 为这时恰能得到电桥测量所必需的 10 50mA的测量电流， 电桥足够准确。当电阻大于 3k时，电桥灵敏度不够，要 增大电流，方法是提高电压和降低电阻。 1、单相接地故障的测量 用缪雷环线法测量单相接地故障的原理接线如图 17-7所 示。将电桥的测量端子 x1和 x2分别接往故障缆芯和完好缆 芯，这两芯的另一端用跨接线短接构成环线。于是电桥本 身有两臂 (比例臂 M和测量臂 R)；故障点两侧的缆芯环线电 阻构成另两臂。 当电桥平衡时，则有： 所以 式中 X 从测量端到故障点的距离（ m）； L 电缆长度（ m）； R 测量臂电阻（ ）； M 比例臂的电阻（ ）； r 电缆每米长度的电阻（ /m）。 2、两相短路或短路接地的故障测量 两相短路或短路并接地的故障测量方法与单相接地基本 相同。两相短路时的测量电流不经过地线成回路，而是经 过相间故障点成回路。故障相缆芯接往电桥，其一相的末 端与完好相短路构成环线，如图 17-8 （ a）所示，接人电 桥 x1及 x2端子上，另一相与电池 E串接。 2M X r L X r R 2/X L R R M 当电桥平衡时 ， 同样可由式 计算出到故障点的距离 x。 当两相在不同点接地造成短路时 ， 如图 17-8 （ b） 的所示 。 此时也可按图 17-7的接线 ， 分别 测出它们的故障点 X及 X。 2/X L R R M 3、三相短路或短路并接地的故障测量 用电桥法测量三相短路或短路并接地的故障时，必须借助 于辅助线。如附近有完好的平行电缆线路，可用其一根芯 线作辅助线，在末端与故障缆芯任一相 (常取绝缘电阻最 低的一相 )短路构成环线。测量方法与单相接地和两相短 路的测法相同。如没有平行线路，应布设临时线作辅助线， 接法见图 17-9。临时线可用低压塑料二芯线，一芯与阻值 较大的 M桥臂相串联，另一芯接到检流计，这样做测量误 差小些。对临时线的截面 也无严格要求，只需测出其电 阻值。接线时应将临时线的两 线芯的另一端同时接往缆芯中 绝缘电阻最小的一相。不要在 两线芯连好后再用短线接往缆 芯。因为这样等于接长了电缆 面带来误差。 设 r1为临时线单边的电阻值，当电桥平衡时，可得： 所以 式中 r1 临时线单边电阻值（ ）。 如果三根电缆芯不在同一点接地短路，同样可用上述方 法，对每一根进行测量，找出它们的故障点。 4、高电阻的烧穿 用低压电桥测量高阻性故障必须首先将高电阻烧穿为 低电阻，但实际上，并不容易把高阻烧成低阻。如果烧穿 电流太小，不能达到扩大炭化通道使电阻下降的目的；烧 穿电流太大，又可能使炭化通道温度过高而遭到破坏，电 阻反而增高。所以，如何迅速有效地烧穿故障点仍需继续 研究。 1M r X L X R 1/X R L M r R 根据现场经验，多认为用高压直流烧穿法比较合理有效， 其接线与直流耐压相同。用直流烧穿法可避免无功电流， 仅供给流经故障点的有功电流，从而大大减小试验设备的 体积，适于现场应用。烧穿开始时，在几万伏电压下保持 几毫安至几十毫安电流，使故障电阻逐渐下降。此后，随 电流的增加应逐渐降低电压，使在几百伏电压下保持几安 电流。在整个烧穿过程中电流应力求平稳，缓缓增大。直 流烧穿法的接线与泄漏试验相同，输出电压仍是负极性。 由于用直流烧穿法较泄漏试验的电流大，限流水电阻不便 使用，可以将操作回路的过流保护调整满足要求；要注意 的是试验设备的容量要足够大，否则易损坏。 当试验设备容量较小时， 常采用直流冲击法，其接线 如图 17-10所示。 5、高压直流电桥 对稳定性的高阻接地故障，当采用高压直流电桥测量时， 它仍应用惠斯登电桥的原理，其接线如图 17-11所示。只 是在结构上采用了滑线电阻 R2 ，调节滑动点 C使电桥平衡， 因此又叫滑线电桥（图中 R1为检流计 P的分流器，是调节 灵敏度用的）。由于滑线电阻的总数值是固定的，可使其 为常数，从而简化了计算，可由滑动点的位置直接得出到 故障点的距离占电缆线路全长的比例。 图 17-11中电桥电阻 R2为 100等分的 3.5左右的滑线电阻。 当电桥在读数为 C达到平衡时，另一桥臂也应以（ 100 C） 等分。显然有 经简化得 所以 式中 C 滑线电桥的读数； L 电缆线路全长。 使用高压直流电桥要注意安全，对非试验相的缆芯也必 须接地，以防产生感应高电压。高压直流电桥只适于测量 稳定性接地故障，不适于电缆在高压直流下内部有放电的 情况。因为这时电流忽大忽小，间歇性增高，甚至内部闪 络击穿使电流剧增，不但测量难以进行，还会损坏检流计。 所以在图 17-11中接人电流表 PA监视电流，使测量电流稳 定在 10 20mA。 / 1 0 0 2C C X L X / 1 0 0 / 2C X L 2 / 1 0 0X C L (二 )脉冲法 脉冲法的基本探测原理是将电缆认为均匀长线，应用行 波理论进行分析研究，并通过观测脉冲在电缆中往返所需 时间来计算到故障点距离。该方法能较好地解决高阻和闪 络性故障的探测，而且不必过多地依赖电缆长度、截面等 原始资料，因而得到越来越多的应用。 1、低压脉冲反射法 低压脉冲法是向故障电线发射低压脉冲的测距方法，可 以用来探测断线和低阻短路故障，其基本接线及波形如图 17-12所示。 由探测器发出的脉冲将沿缆芯以波速 v传播，当它到达 一个阻抗变化点 (如分支、接头、故障点或终端 )时，便发 生反射。将发射脉冲和反射脉冲都送到示波器显示，测量 发射脉冲和反射脉冲之间的时间间隔，并考虑到这是脉冲 在 X段线芯上往返一次的时间，则得 式中 v 脉冲波传播速度 (m/s)； T x 脉冲波至故障点发射和反射往返时间（ s）。 波在电缆中的传播速度 v，如同电缆的波阻抗一样，是 由电缆线路的原始参数决定的。 低压脉冲法不能测高阻性故障和闪络性故障。 /2xX v T 2、高压脉冲反射法 高压脉冲法主要用来探测高阻性短路或接地故障及闪络 性故障，这些故障通常发生在中间接头或终端头。高压脉 冲法是一种无烧穿故障点的测距方法，应用广泛。目前使 用的试验接线。记录的是冲击电压波形。 三、定点 测距只能估计故障区段，实际工程中要求更精确地判定 故障地点以减少挖掘量。因此，在开挖前要先定点，即用 仪器在可疑地段寻测，确切判定故障的实际位置。测量的 绝对误差应不大于 1m。对长度仅为数十米的短电缆，可 不必初测而直接定点，且故障多在终端头。即使长达数百 米的电缆，如需烧穿测距，也宜在烧穿前用声测法测量定 点，以防电阻降得过低而破坏了声测的条件。定点的方法 有许多种，包括声测法、感应法、等。 (一 )声测法 声测法灵敏可靠，较为常用，除接地电阻特别低（小于 50 ）的接地故障外，都能适用。声测法的原理接线与高压 脉冲反射法类似。当高压电容器 C充电到一定电压时，球 间隙击穿，电容器电压加在故障电缆上，使故障点与间隙 之间击穿，产生火花放电，引起电磁波辐射和机械的音频 振动。声测法的原理就是利用放电的机械效应，即电容器 储藏的能量在故障点以声能形式耗散的现象，在地表面用 声波接收器探头拾取震波，根据震波强弱判定故障点。 采用声测法应注意以下几点： 被试电缆应能承受所选的试验电压不致产生新的故障， 试验设备应有足够容量，要有充分的裕度。 由于在放电瞬间有冲击大电流从故障点流经护层，使护 层电位瞬时抬高，因此除故障处放电外，有时在其他接地 点处也会有杂散和寄生的放电，应注意分辨。 由于冲击放电的大电流，流过主地网引起的电压升高可 能危及与地网相连的其他设备，所以变压器和电容器不但 应可靠接地，而且要与电缆内护层直接相连。 断线和闪络故障常发生在中间接头中，因此，在用脉冲 法确定大致地段后，可用声测法定点检查中间接头。 (二 )音频电流感应法 这一定点方法适于电阻较低的相间故障，包括两相短路、 两相短路并接地、三相短路及三相短路并接地。但通常不 能用于单相接地故障，因为电缆头金属护套一般均在两端 接地，因此从信号发生器来的音频电流在故障点分成两边 往回流，在接地点任一侧的信号都不发生变化。 感应法的原理主要基于电流的磁效应，通过检测电缆沿 线磁场的起伏变化规律来确定故障点。试验时，在故障电 缆的两芯间通人音频电流，电流从一导体进，经故障点从 另一导体返回。往返电流的磁效应是趋于相互抵消的。但 由于线芯间有点距离，使两电流的合成磁场得以存在并随 着线芯的扭绞而扭变。在地面上用探测线圈和接收器可检 测出合成磁场，并在沿线前进时收到的信号将随线芯排列 的位置不同而起伏变化。此时如在故障点后音频信号突然 中断，则可确认故障点就在音频信号中断处。