電力電纜初期絕緣故障檢測(cè)方法綜述

武漢第二電線電纜有限公司 金 飛

1 絕緣保護(hù)概念

為了確定絕緣狀態(tài)，必須進(jìn)行一些絕緣測(cè)試和維護(hù)，這通常被稱為絕緣預(yù)防性測(cè)試，電纜是由導(dǎo)電芯、絕緣層以及護(hù)套三部分構(gòu)成的。電纜可以被分類為三個(gè)不同的種類。技術(shù)人員提供的紙絕緣電力電纜和橡塑絕緣電力電纜，其中包括聚氯乙烯絕緣電力電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、乙丙橡膠絕緣電力電纜、電容式充油電纜等，其防護(hù)性能試驗(yàn)項(xiàng)目如下。

一是紙絕緣電纜：要進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量（主絕緣）以及主絕緣直流耐壓試驗(yàn)。

二是塑料絕緣電纜：要進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量（主絕緣、護(hù)套絕緣、內(nèi)襯絕緣）、主絕緣直流耐壓試驗(yàn)以及交叉互聯(lián)系統(tǒng)試驗(yàn)，大修后或者有必要時(shí)可進(jìn)行銅屏蔽層電阻和導(dǎo)體電阻比試驗(yàn)。

三是充油電纜：主要進(jìn)行電纜護(hù)套直流耐壓試驗(yàn)、交叉互聯(lián)系統(tǒng)試驗(yàn)以及電纜油試驗(yàn)。

2 絕緣電阻測(cè)量

通過(guò)對(duì)電源線進(jìn)行絕緣性能的一次檢測(cè)，筆者能夠了解電源線是否出現(xiàn)老化、受潮的情況，以及是否有電阻受到測(cè)試線絕緣性能的影響。對(duì)于不同類型的電力電纜，其測(cè)試方法也應(yīng)有所不同。1kV以下的電纜使用1kV 兆歐表，1kV 及以上的電纜使用2.5kV 兆歐表，而6kV 及以上的電纜則使用5kV 兆歐表。在檢測(cè)時(shí)首先要將電源線與電源相接好，然后再通過(guò)試驗(yàn)回路使被測(cè)電源線接地，并把試驗(yàn)設(shè)備固定好。在塑料絕緣電力電纜的絕緣性能極差的情況下，可以使用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量屏蔽層與屏蔽層、屏蔽層與地面之間的直流電阻。在通電一段時(shí)間后，筆者需要重新配置正負(fù)極的連接方式，并確保其正確性。由于溫度和濕度都會(huì)引起電阻變化。受到濕度的作用。因此，要在絕緣層表面涂上一層防潮劑。如果保溫層處于潮濕狀態(tài)，那么安裝是必須的。

因此應(yīng)對(duì)電纜附件進(jìn)行全面檢查和修理。當(dāng)電纜被埋在地下時(shí)，需要對(duì)接地鋼的保護(hù)絕緣進(jìn)行測(cè)量，并檢查外部護(hù)套是否損傷。要檢查內(nèi)導(dǎo)體絕緣層有無(wú)破損。

筆者還需對(duì)金屬的保護(hù)層以及金屬設(shè)備的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，并檢查其內(nèi)部殼體是否損傷。在有水或濕氣存在時(shí)，要注意檢查內(nèi)絕緣層是否破損。這兩項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)能夠揭示絕緣材料是否會(huì)受到濕氣的不良影響。電纜敷設(shè)在溝渠或電纜支架中時(shí)，應(yīng)保證支點(diǎn)處的外殼不被損壞，也不被浸入水中或特殊場(chǎng)所，外簾的性能很難測(cè)量溫度，更重要的是測(cè)量銅保護(hù)層對(duì)鋼屏蔽的電阻。電纜終端或套管表面的土壤和水分對(duì)絕緣有積極影響。另外，必須加保護(hù)環(huán)，并且保護(hù)環(huán)必須連接到兆歐表的“保護(hù)”端。如果電纜是三芯電纜，可以用相位參數(shù)作為兩端保護(hù)環(huán)之間的連接，如圖1所示。

圖1 測(cè)量絕緣電阻時(shí)的屏蔽接線

3 直流耐壓和泄漏電流試驗(yàn)

直流保護(hù)電壓測(cè)量交流電源線之所以采用直流電壓測(cè)量，主要是因?yàn)殡娫慈萘枯^大，不宜采用大容量的測(cè)量電源，所以改為直流承受額定電壓，降低額定電壓。直流電阻電壓測(cè)量通常采用整流半波電路，因采用較大電容的電纜，故濾波電容不需要安裝。但當(dāng)電力線路的電壓大于35kV以上時(shí)，應(yīng)采用雙電壓互感器并保持額定電壓。測(cè)量泄漏電流的儀器一般采用微安表，微安表應(yīng)與端子相連也可以與端子電位端子相連?？偟膩?lái)說(shuō)，采用直流測(cè)試與交流測(cè)試相比造成的部分損壞和極小[1]。

直流測(cè)試的缺點(diǎn)是沒(méi)有交流測(cè)試嚴(yán)格準(zhǔn)確。直流測(cè)試與電導(dǎo)率成反比，交流測(cè)試中性電纜的功率分布與介電常數(shù)成反比，直流測(cè)試有兩個(gè)指標(biāo)，其一是電壓的精確測(cè)量，其二是電壓接通的時(shí)間。普通電力線路其直流測(cè)試電壓等級(jí)電壓約為400～600kV/cm 是交流試驗(yàn)電壓的2倍，試驗(yàn)時(shí)間一般為5～10min。一般情況下，直流電阻測(cè)試5min內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)誤差，GB50150-91規(guī)定最長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間為15min。

4 泄漏電流測(cè)量技術(shù)

電源線的漏電流非常微小，通常僅為幾到幾十微安。因此用微安計(jì)來(lái)檢測(cè)其漏電電流就可以了。受到測(cè)試設(shè)備中使用的高壓電纜和其他弱電流的干擾，當(dāng)微安表與非電位端連接進(jìn)行測(cè)量時(shí)，很多的測(cè)量數(shù)據(jù)都是不準(zhǔn)確的，有時(shí)誤差可能高達(dá)數(shù)倍到數(shù)十倍。實(shí)際測(cè)試時(shí)，應(yīng)嘗試在電位端子末端的導(dǎo)線上連接一個(gè)微安表。在進(jìn)行微安表的測(cè)量過(guò)程中，對(duì)電纜及其兩端的保護(hù)是至關(guān)重要的。對(duì)于完整的電纜，我們可以使用圖2展示的保護(hù)閉鎖技術(shù)。當(dāng)微安表工作一段時(shí)間后，由于外界因素如電壓波動(dòng)等引起絕緣擊穿而造成事故。此外，微安表采用的是金屬屏蔽層進(jìn)行保護(hù)，而從微安表到待測(cè)物體的連線則使用金屬屏蔽線進(jìn)行防護(hù)，電纜的兩端則使用保護(hù)帽和保護(hù)環(huán)進(jìn)行保護(hù)。為了防止干擾，在測(cè)試前最好將電纜全部裸露在外，然后再把其插入儀表中。由于屏蔽層和導(dǎo)體之間僅有微小的空隙，因此沒(méi)有必要具有高度的絕緣性能[2]。

圖2 測(cè)量直流泄漏電流時(shí)的屏蔽方法

在測(cè)試地點(diǎn)，無(wú)法使用上述模型，因?yàn)殡娎|末端相距較遠(yuǎn)，并且看不到連接處。有些操作使用的是三相電纜的另一相作為兩端的保護(hù)連接，但使用這種方法是因?yàn)闇y(cè)量漏電流包括另一相的漏電流，并且每相要承受兩個(gè)電壓電阻，這個(gè)過(guò)程的平衡需要探索。在其表面采用兩端同時(shí)測(cè)量的方法，即在不帶電的高壓端加一個(gè)微安表，同時(shí)記錄兩端的漏電流值。此時(shí)，高壓端測(cè)量的漏電流包括電源線的漏電流、漏電流和雜散電流，而另一端測(cè)量的是漏電流和雜散電流[3]

5 殘余電壓法

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究總結(jié)了比較成熟的電學(xué)測(cè)量方法-殘余電壓法，使用殘余電壓法測(cè)量的發(fā)明成果和貢獻(xiàn)比較大。殘余電壓法的測(cè)量原理如圖3所示。在正式測(cè)量時(shí)，應(yīng)將開(kāi)關(guān)K2斷開(kāi)，同時(shí)將K3開(kāi)關(guān)進(jìn)行接地處理，采用直流輸電進(jìn)行接地測(cè)試開(kāi)關(guān)K1電壓，1mm 絕緣厚度的充電電壓采用1kV，充電約10min 左右，此時(shí)間段開(kāi)關(guān)K1和K2應(yīng)交替接地，開(kāi)關(guān)K1和K2接地完成大約10s 后，同時(shí)將開(kāi)關(guān)K1和K2打開(kāi)，測(cè)試開(kāi)關(guān)K3的剩余電壓。XLPE 電纜的測(cè)量數(shù)據(jù)與tan 值之間展現(xiàn)出了很好的關(guān)聯(lián)性。因此，必須通過(guò)改變電纜終端之間的距離來(lái)達(dá)到目的。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)聚乙烯電纜在經(jīng)歷不同的老化階段后，其殘余應(yīng)力會(huì)有所不同，電纜受損的程度越嚴(yán)重，其殘余應(yīng)力也就越高。

圖3 殘余電壓法測(cè)量原理

6 反向吸收電流法

反向電流吸收法的測(cè)量原理如圖4所示。測(cè)量之前首先要把開(kāi)關(guān)K1撥到電源一側(cè)，然后才能把開(kāi)關(guān)K2閉合，電源通電10min1kV 直流電壓，斷開(kāi)電源3min 后，將開(kāi)關(guān)K1進(jìn)行接地處理，此時(shí)將開(kāi)關(guān)K2打開(kāi)，采用電流表進(jìn)行反向吸合電流的測(cè)量。測(cè)量30min 電流值Q，測(cè)量時(shí)應(yīng)主要開(kāi)始時(shí)間應(yīng)在電流源斷開(kāi)3min 之后進(jìn)行，至33min結(jié)束。

圖4 反向吸收電流法測(cè)量原理

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，老化退化的6.6kV 交聯(lián)聚乙烯電纜的吸收值、絕緣電阻，以及tan 與電纜的ACU 擊穿電壓之間的關(guān)系顯示，QU 的關(guān)系明顯優(yōu)于tan-U，而絕緣電阻與U 之間的相關(guān)性則是最弱的?？梢?jiàn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)電纜損壞時(shí)，需要測(cè)量Q 和tan。由于兩者都依賴于全絕緣特性，且測(cè)量殘余誤差時(shí)外界干擾較少，因此測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

7 電位衰減法

電位衰減法與吸收電荷、絕緣電阻、tank 和交流擊穿電壓有關(guān)，電位衰減法是測(cè)量電纜放電后的自放電壓降率，測(cè)試時(shí)，先充電，然后自行放電，因?yàn)殪o電電壓表的絕緣大于電纜的絕緣，如果電纜絕緣良好，自行放電就會(huì)很慢；如果電纜絕緣不好，輸出電壓會(huì)很快下降。

8 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)致電纜絕緣故障失效的原因較多，各項(xiàng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，若電纜本身材料的芯線絕緣和護(hù)套絕緣出廠質(zhì)量合格，進(jìn)場(chǎng)檢查驗(yàn)收合格，即電纜制造質(zhì)量好，使用過(guò)程中沒(méi)有受到超載、過(guò)電壓等人為操作 因素影響，且電力電纜的設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，電纜的敷設(shè)符合施工規(guī)范要求，那么電纜被破壞的主要原因在于挖掘、擠壓或者地下腐蝕等外部環(huán)境，電纜本身在使用過(guò)程中會(huì)受到外部環(huán)境等因素的影響，使得電纜的絕緣層出現(xiàn)不同程度的老化，導(dǎo)致電纜絕緣層被破壞發(fā)生絕緣故障。