电力设备在线监测与故障诊断

1、5. 交联聚乙烯(Cross Linked Polyethylene, XLPE)电力电缆的在线监测与故障诊断5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容电力传输通道架空线电力电缆5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容输电通道小不受大气环境污染影响可靠性高对人身及周围环境干扰小特殊应用环境使用电缆的优点5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容电力电缆的使用历史：1879年 爱迪生首次使用电缆实现地下输电。1911年 德国敷设60kV高压电缆。1913年 霍希施泰特研制成分相屏蔽电缆。1981年 研制成1000kV的特高压电力电缆。5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容电力电缆（Power Cable）基本结构

2、5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容1.线芯,导体 Cable core, Conductor1电力电缆（Power Cable）基本结构 高导电率材料，绞线成圆形或扇形截面。5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容1.线芯,导体 Cable core, Conductor2. 绝缘层 Insulation layer 12电力电缆（Power Cable）基本结构高电阻率材料，tg、 低而电气强度Eb高的油浸纸、橡皮或塑料。Oil-paper, rubber, PVC, PE, XLPE油纸、橡胶、聚氯乙烯、乙烯、交联聚乙烯5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容1.线芯,导体 Cable core

3、, Conductor2. 绝缘层 Insulation layer 3.屏蔽层 Shielding layer123电力电缆（Power Cable）基本结构 半导体材料，均匀电场，可以克服电晕及游离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡。 5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容1.线芯,导体 Cable core, Conductor2. 绝缘层 Insulation layer 3.屏蔽层 Shielding layer123电力电缆（Power Cable）基本结构44.钢带铠装 Steel tape armor 起机械保护作用。 5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容1.线芯,导体 Cab

4、le core, Conductor2. 绝缘层 Insulation layer 3.屏蔽层 Shielding layer123电力电缆（Power Cable）基本结构44.钢带铠装 Steel tape armor5.外护套 Protective layer5保护绝缘线芯免受机械、水分、化学等的损伤，有时外部还有保护覆盖层。5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容XLPE电缆的劣化原因和形式：1.热劣化 超过允许温度运行导致聚乙烯材料发生氧化分解等化学反应。 生成物由于电离作用导致绝缘电阻和耐压能力下降。检测方法：直流高压下泄漏电流和交流电压下介质损耗角正切。5.1 XLPE电缆的劣化与诊

5、断内容XLPE电缆的劣化原因和形式：2.电气劣化绝缘内部或与屏蔽层间的气隙屏蔽层上尖状突起 引起局部放电，带电粒子轰击绝缘材料使得耐电强度下降，逐渐发展为树枝状放电（电树枝）。检测方法：局部放电信号监测5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容XLPE电缆的劣化原因和形式：长时间受水浸蚀，材料吸潮。同时在高电场下运行，水分呈树枝状侵蚀电缆，形成水树枝劣化。检测方法：交流下的介质损耗角正切，直流泄漏电流3.水树劣化4.化学性劣化5.1 XLPE电缆的劣化与诊断内容XLPE电缆的劣化原因和形式：材料受到化学物质腐蚀后发生溶胀、溶解、龟裂等化学树枝状劣化。检测方法：交流下的介质损耗角正切，直流泄漏电流，局

6、部放电。5.2 XLPE电缆的在线监测直流成分电流监测直流叠加法测绝缘电阻直流电桥法测绝缘电阻(3).工频法介质损耗正切局部放电监测(2).低频法(1).直流法低频成分电流监测低频叠加法测绝缘电阻(4).复合判断法5.2 XLPE电缆的在线监测树枝整流效应负尖正板：尖板间为负空间电荷，缓慢朝板电极(外皮) 移动，在空间留下一大部分负离子，尖电极附近的正离子已进入尖电极。(1).直流法-直流成分电流法5.2 XLPE电缆的在线监测树枝整流效应正尖负板：原有负离子被放电产生的新正离子中和，但仍残留一部分。(1).直流法- 直流成分电流法5.2 XLPE电缆的在线监测树枝整流效应(1).直流法- 直

7、流成分电流法负尖正板：产生更多的负离子。5.2 XLPE电缆的在线监测树枝整流效应(1).直流法- 直流成分电流法电缆外皮始终有一部分负离子流入。流过电缆接地线的交流电流中始终含有微弱直流成分该直流成分与树枝的长度有一定相关性，对其进行监测可进行劣化诊断。5.2 XLPE电缆的在线监测 泄漏电流的直流成分与绝缘的直流泄漏电流以及交流击穿电压之间都存在较好的相关性关系。直流成分法测量原理5.2 XLPE电缆的在线监测低通滤波器滤除工频及高频信号，留下直流分量直流成分法测量原理5.2 XLPE电缆的在线监测 Idc100 nA 绝缘不良 1nA Idc100nA 加强监测直流成分电流判断规则：测试

8、问题：护层绝缘电阻下降时，与地之间存在化学作用电势Es,引起杂散电流流过测量装置，影响测试结果。直流成分法测量原理5.2 XLPE电缆的在线监测Es0.5 V， Rs：200500 MIdc:1nA2.5nA影响诊断的可靠性！直流叠加法测绝缘电阻R15.2 XLPE电缆的在线监测 借助电抗器将直流电压E1在线叠加于电缆绝缘上，测量直流叠加电流, 进一步计算出绝缘电阻R1 。(1).直流法-(1).直流法-5.2 XLPE电缆的在线监测 借助电抗器将直流电压E1在线叠加于电缆绝缘上，测量直流叠加电流, 进一步计算出绝缘电阻R1。1050 V直流叠加法测绝缘电阻R15.2 XLPE电缆的在线监测I

9、s试验证明：用直流叠加法测得的绝缘电阻与停电后加直流高压时的测试结果很相近。5.2 XLPE电缆的在线监测优点：杂散电流Is的影响可通过正、反向叠加直流电压消除IdcI dc=Is+IdcIdcIdc=Idc-IsIs2IdcI(1).直流法-5.2 XLPE电缆的在线监测直流电桥法测量绝缘电阻通过GPT中性点N将直流电压E1加在电缆的绝缘电阻R1上。调节电阻R4使得电桥达到平衡条件，根据该条件计算R1值。(1).直流法-5.2 XLPE电缆的在线监测R1 = (E1-U4) R2 / U4直流电桥法测量绝缘电阻5.2 XLPE电缆的在线监测(2) 低频法-低频成分法 水树等缺陷的存在，除了产

10、生直流成分外，还有低频成分。通过监测装置测得低频电流进行诊断。原理图同直流成分法，选择不一样的低频滤波器5.2 XLPE电缆的在线监测(2) 低频法-低频叠加法 采用低频电源将低频电压（ 7.5 Hz、20 V）叠加于电缆上，在接地线中串入监测装置，以得到相应绝缘电阻值。 原理图类似直流叠加法。性能不良立即更换5.2 XLPE电缆的在线监测(3)工频法-介质损耗正切原理与容性设备介损正切测量方法一致：加于电缆的电压信号(通过电压互感器取出)流过绝缘的电流信号(通过电流互感器取出)通过数字化测量装置电缆绝缘的tg性能不良5.2 XLPE电缆的在线监测5.2 XLPE电缆的在线监测分散性大，取决于绝缘整体损耗值的变化情况，不适宜反映局部的劣化5.2 XLPE电缆的在线监测(3)工频法-局部放电信号监测 通过在电缆接地线上套装高频电流互感器来监测局部放电。传感器后置放大器再连至主监测系统。电缆的局部放电特征参量与电树枝的长度存在相关性关系；有研究表明，当最大局放量qmax超过100pC时，电树枝长度约为0.5mm；但qmax并不总正比于树枝长度需要采用进一步的分析找出其相关性和诊断方法，例如统计特征参量的提取和变化规律