1 電力電纜性能不帶電檢測(cè)方法

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,電力電纜在城網(wǎng)供電中所占的份量也越來(lái)越重,在一些城市的市區(qū)逐步取代架空輸電線路;同時(shí)隨著電纜數(shù)量的增多及運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),電纜的故障也越來(lái)越頻繁。由于電纜線路的隱蔽性、個(gè)別運(yùn)行單位的運(yùn)行資料不完善以及測(cè)試設(shè)備的局限性等原因,使電纜故障的查找非常困難[1]。電力電纜故障按性質(zhì)可分為串聯(lián)(斷線)故障及并聯(lián)(短路)故障兩種,后者按絕緣外是否有金屬護(hù)套或屏蔽可分為主絕緣故障(外有金屬屏蔽),外皮(外護(hù)套)故障(無(wú)金屬屏蔽)的故障。主絕緣故障根據(jù)測(cè)試方法不同,按故障點(diǎn)的絕緣電阻Rf大小可分為①金屬性短路(低阻)故障,其中Rf不同儀器及方法選擇各不同,一般Rf<10 Z0(Z0為電纜波阻抗);②高阻故障;③間歇(閃絡(luò))故障三種。三者之間沒(méi)有的界限,主要由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法區(qū)分,與設(shè)備的容量及內(nèi)阻有關(guān)。近十年來(lái)我國(guó)城市電網(wǎng)大量采用XLPE電力電纜,根據(jù)電纜的故障,國(guó)內(nèi)外有各種不同的測(cè)試方法。

1.1 電橋法及低壓脈沖反射法

20世紀(jì)70年代前,世界上廣泛使用電橋法及低壓脈沖反射法進(jìn)行電力電纜故障測(cè)試,兩者對(duì)低阻故障很準(zhǔn)確,但對(duì)高阻故障不適用,故常常結(jié)合燃燒降阻(燒穿)法,即加大電流將故障處燒穿使其絕緣電阻降低以達(dá)到可以使用電橋法或低壓脈沖法測(cè)量的目的。燒穿方法對(duì)電纜主絕緣有不良影響,現(xiàn)已很少使用。

1.2 高壓直流閃測(cè)法和沖擊閃測(cè)法

分別測(cè)試間歇故障及高阻故障,兩者都均可分為電流閃測(cè)法和電壓閃測(cè)法,取樣參數(shù)不同,各有優(yōu)缺點(diǎn)。電壓取樣法可測(cè)率高,波形清晰易判,盲區(qū)比電流法少一倍,但接線復(fù)雜,分壓過(guò)大時(shí)對(duì)人及儀器有危險(xiǎn)。電流取樣法正好相反,接線簡(jiǎn)單,但波形干擾大,不易判別盲區(qū)大。兩種方法目前是國(guó)產(chǎn)高阻故障測(cè)試儀的主流方法,主要有西安四方、山東科匯、武漢高壓所等產(chǎn)品。高壓電流、電壓閃測(cè)法基本上解決了電纜高阻故障問(wèn)題,在我國(guó)電力部門(mén)應(yīng)用十分廣泛,且應(yīng)用十分豐富經(jīng)驗(yàn),但儀器有盲區(qū),且波形有時(shí)不夠明顯,靠人為判斷,有時(shí)未能成功,儀器的精度及誤差相對(duì)較大。

1.3 二次脈沖法

這是二十世紀(jì)90年代出現(xiàn)的測(cè)試技術(shù),因?yàn)榈蛪好}沖準(zhǔn)確易用,結(jié)合高壓發(fā)生器發(fā)射沖擊閃絡(luò)技術(shù),在故障點(diǎn)起弧的瞬間通過(guò)內(nèi)部裝置觸發(fā)發(fā)射一低壓脈沖,此脈沖在故障點(diǎn)閃絡(luò)處(電弧的電阻值很低)發(fā)生短路反射,并將波形記憶在儀器中,電弧熄滅后,重新發(fā)一正常的低壓測(cè)量脈沖到電纜中,此低壓脈沖在故障處(高阻)沒(méi)有擊穿產(chǎn)生通路,直接到達(dá)電纜末端,并在電纜末端發(fā)生開(kāi)路反射,將兩次低壓脈沖波形進(jìn)行對(duì)比,非常容易判斷故障點(diǎn)(擊穿點(diǎn))位置。儀器可自動(dòng)匹配,自動(dòng)判斷計(jì)算出故障點(diǎn)距離。二次脈沖法的出現(xiàn),使得電纜高阻故障測(cè)試變得十分簡(jiǎn)單,成為*測(cè)試方法。

對(duì)于二次脈沖法,無(wú)論是奧地利的Baur公司,還是德國(guó)Seba公司的產(chǎn)品原理是一樣的,只是在實(shí)現(xiàn)上有差異:前者強(qiáng)調(diào)起弧與觸發(fā)脈沖配合,由內(nèi)部通信裝置對(duì)chong擊電流進(jìn)行阻尼,同時(shí)也增加了沖擊電流的沖擊寬度來(lái)實(shí)現(xiàn);而后者則采用專門(mén)穩(wěn)弧儀,強(qiáng)調(diào)延長(zhǎng)電弧時(shí)間,保證低壓脈沖在起弧期間到達(dá)。這種方法與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)高壓電流或電壓法測(cè)試儀相比具有以下優(yōu)點(diǎn):

①一體化設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)緊湊(compact),只要接入電源,接好地線,連接被測(cè)電纜即可進(jìn)行各種測(cè)試方法的操作,接線簡(jiǎn)單,切換容易,安全可靠。

②自動(dòng)化程度高,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)判斷、自動(dòng)計(jì)算,并可以進(jìn)行打印或?qū)D形存入軟盤(pán), 在計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。③無(wú)盲區(qū)問(wèn)題:考慮到儀器本身的饋線以及外接的高壓電纜引線長(zhǎng)度,因此進(jìn)行儀器調(diào)試時(shí),引入“tm”測(cè)試,首先測(cè)試每種方法中的脈沖波經(jīng)過(guò)儀器到達(dá)引線末端所經(jīng)歷的時(shí)間“tm”值,并輸入記憶的系統(tǒng)中;測(cè)試電纜時(shí),儀器會(huì)自動(dòng)將原點(diǎn)(起點(diǎn))定在該方法的“tm”時(shí)刻處,因“tm”為定值與波速度選擇無(wú)關(guān),無(wú)論波速度選多少,同一種方法中脈沖在儀器本身及引線所經(jīng)歷的時(shí)間“tm”是不變的;所測(cè)波形中tm時(shí)刻點(diǎn)即為所測(cè)電纜的始端,因此測(cè)量時(shí)沒(méi)有盲區(qū)的概念。④精度高:采用Baur公司IRG300回波儀采樣頻率已達(dá)200 MHz,以波速為=160 m/μs計(jì)算,度可達(dá)0.4 m。由于這套儀器的自動(dòng)化程度高、,操作簡(jiǎn)單,克服了電流、電壓沖擊法的不足,有效解決了高阻故障測(cè)試的困難,只要波速度選擇正確,測(cè)量結(jié)果非常準(zhǔn)確。

2 電力電纜絕緣性能帶電檢測(cè)的方法[2-4]

現(xiàn)在,國(guó)內(nèi)外廣泛開(kāi)展帶電檢測(cè)方法的研究,提出了多種方法。實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn),大部分電力電纜故障是由電纜絕緣發(fā)生劣化引起的。引起這種電纜發(fā)生劣化的原因較多(有電劣化、熱劣化、化學(xué)劣化、機(jī)械劣化甚至鼠蟲(chóng)害引起的劣化等),但主要仍是電劣化。其主要劣化形態(tài)為:①局部放電電劣化;②電樹(shù)枝劣化;③水樹(shù)枝劣化。研究表明33 kV以下的固體絕緣電纜中,引起絕緣劣化的主要是水樹(shù)枝劣化。但無(wú)論哪種劣化都可能造成絕緣電阻的下降,泄漏電流的增加及介質(zhì)損耗tgδ變大等現(xiàn)象。使得在工作電壓下交流損失電流變大,使得流過(guò)絕緣的電流中所含的直流分量增大。因此,可以通過(guò)對(duì)電纜絕緣的在線監(jiān)測(cè)來(lái)測(cè)定劣化信號(hào),判定電纜絕緣是否能繼續(xù)運(yùn)行。電纜絕緣的劣化信號(hào)一般來(lái)說(shuō)極其微小,如因樹(shù)枝狀劣化產(chǎn)生的直流分量電流為n*,zui大的也只不過(guò)為μ*。因此,國(guó)外在對(duì)高分子絕緣材料劣化的基礎(chǔ)物理過(guò)程進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)劣化信號(hào),研究并采取了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)措施。電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)的方法有很多種,如直流電流法,直流電壓迭加法,交流電壓迭加法,低頻交流迭加法等等。

2.1 直流電流法

電纜在交流電壓作用下,若發(fā)生水樹(shù)枝劣化,則電流中含有直流成分,且樹(shù)枝劣化長(zhǎng)度與直流分量電流存在一定關(guān)系,故研究采用直流電流分量監(jiān)測(cè)法。但由于直流分量電流極小(一般為n*),因此容易受到雜散電流的干擾。且在電纜端部表面泄露電阻因脹污或因雨而下降時(shí),測(cè)量誤差很大,故此必須要清拭端部且要在天氣晴好時(shí)測(cè)量,所以這種方法的使用受到很大的限制。

2.2 直流電壓迭加法

針對(duì)電纜中水樹(shù)枝長(zhǎng)度與絕緣電阻的關(guān)系,研究了直流電壓迭加法。直流電壓迭加法因散雜電流的變化或端部表面泄露電阻變低而產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。且直流電壓是經(jīng)中性點(diǎn)接地的電壓互感器旋加于電纜的,若互感器中長(zhǎng)期流過(guò)直流電源會(huì)發(fā)生磁飽和現(xiàn)象而產(chǎn)生零序電壓,可能使變電所內(nèi)繼電器誤動(dòng)作。

2.3 低頻交流迭加法

針對(duì)電纜中水樹(shù)枝長(zhǎng)度與絕緣電阻的關(guān)系,研究了低頻交流迭加法。低頻交流迭加法是一種較好的方法,所監(jiān)測(cè)的交流損失電流在原理上隨著劣化的發(fā)展而變大的。但在使用中應(yīng)認(rèn)真確認(rèn)電纜端部的工作狀態(tài),例如為調(diào)整端部電場(chǎng)分布而裝有應(yīng)力環(huán)時(shí),即使電纜絕緣良好,交流損失電流也較大,那么僅根據(jù)在線監(jiān)測(cè)的信號(hào),就可能作出”絕緣不良”的誤判斷。

2.4 交流電壓迭加法

交流電壓迭加法的測(cè)量原理是:在電纜的屏蔽層上迭加101 Hz(即2倍工頻+1Hz)的交流電壓,監(jiān)測(cè)樹(shù)枝劣化而產(chǎn)生1Hz的劣化信號(hào)。由于樹(shù)枝劣化的電纜上迭加工頻+約1 Hz電壓時(shí),被測(cè)的劣化信號(hào)大,可采用這種方法檢測(cè)出1 Hz的劣化信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)判斷電纜劣化的程度。這種監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是:①可從電纜接地線處迭加電壓,測(cè)定簡(jiǎn)單方便,不僅可作為在線監(jiān)測(cè),也可作帶電監(jiān)測(cè),用一套設(shè)備監(jiān)測(cè)多條電纜;②因迭加電壓檢測(cè)的是已知劣化信號(hào),即1 Hz信號(hào),故檢測(cè)精度高,抗干擾能力強(qiáng);③受鎧裝絕緣電阻及端部污損等因素影響較小。