电力电缆在线监测与诊断.ppt

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第五章电力电缆在线监测与诊断,On-linemonitoringandfaultdiagnosisforpowercable,1,本章内容,概述电缆绝缘的劣化和诊断内容电缆绝缘的在线监测电缆的故障定位方法,2,5.1概述,3,3,什么是电力电缆？

架空线电力电缆,电力传输通道,4,为什么使用电缆？

输电通道小不受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,制造工艺复杂造价高施工维修麻烦,使用电缆的缺点,6,电力电缆发展简史,7,电力电缆的使用至今已有百余年历史。

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。

8,XLPE电缆,结构简单无敷设落差限制安装维护方便1952年：

发明XLPE材料1957年：

GE制成XLPE电缆50年代末：

第一代工艺|湿法交联70年代末：

第二代工艺|干式交联80年代中后期：

第三代工艺|净化材料,自动控制,9,电缆的种类,油纸绝缘电缆气体绝缘电缆塑料绝缘电缆,10,聚氯乙烯电缆聚乙烯电缆XLPE（交联聚乙烯电缆）,塑料绝缘电缆,1.电力电缆合计,2.XLPE电缆,3.油纸电缆,11,交联聚乙烯电缆,XLPE，crosslinkedpolyethylene30余年历史性能优良、工艺简单、安装方便得到广泛应用,12,XLIE电缆的基本结构,13,1、导体2、导体屏蔽3、交联聚乙烯绝缘4、绝缘屏蔽5、金属屏蔽6、填充7、内衬层8、铠装层9、外护套,14,导电线芯：

高导电率材料，绞线承圆形或扇形截面。

绝缘层：

高电阻率材料，tg、低而电气强度Eb高的油浸纸、橡皮或塑料。

密封护套：

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。

半导体层的作用：

均匀电场，它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。

15,16,电缆敷设情况,17,电缆故障率按电压等级,18,电缆故障率按运行时间,19,电缆故障原因,5.2电缆绝缘的劣化和诊断内容,20,水树枝劣化的监测方法：

DetectionofbridgedwatertreeOn-linediagnosticmethodsDetectionofun-bridgedwatertreeOff-linediagnosticmethods,交联聚乙烯电缆的寿命,BDVofcablewithbridgedWT,电压寿命极限,Bridgedwatertree,Un-bridgedwatertree,BDV;10-20kV,Electricaltree,Insulationlayer,Insulationlayer,21,根据现场运行经验，水树枝劣化特性如下：

（l）仅发生在6kV以上的高压交联聚乙烯电缆中。

（2）从投运到破坏的时间需要数年至十几年，大多数在10年以上。

（3）贯通绝缘体的水树枝状劣化，大部分能维持正常工作电压以上的电压值，只有在发生脉冲电压等异常电压时才产生破坏。

（4）环境温度高时，劣化进程加快。

因此对电力电缆绝缘本体进行故障监测是可行的，也是必要的。

5.3电缆绝缘的在线监测,22,离线方法直流法工频法低频法综合判断法,电力电缆监测和诊断方法,23,对已运行油纸电力电缆的试验项目,24,XLPE预试时不宜用直流耐压,运行后常有（电、水）树枝生成直流耐压时沿树枝有电荷注入XLPE电阻率极高，短路时电荷放不完再加交流时电场畸变，更易击穿,25,XLPE几种停电预试方案,用超低频0.1Hz测tan及耐压用交流（串联谐振）测tan及耐压用振荡波试验耐压测回复电压测极化去极化电流测损耗电流中的谐波分量,26,回复电压的测量方法,27,回复电压实例,28,Tettex5462,29,极化去极化电流测量原理,30,极化去极化电流典型曲线,31,PDC-ANALYSER-1MOD,32,绝缘连接盒两侧接成差分法以测量局放,33,一种电缆检测系统,34,水树枝检测方法,DCleakageACsuperpositionLFsuperpositionDCsuperpositionDCcomponent,针对形成桥路的水树枝探测效果,:

35,直流泄漏电流,试验线路,cable,guardelectrode,terminal,DCpowersupply（buttery）,recorder,判断标准,36,直流泄漏电流（A）,Un-bridgedwatertree,Bridgedwatertree,Appliedstress;1kV/mm,0.001,0.01,0.1,1,Accumulationprobability（%）,10,20,50,90,OnebridgedwatertreecanpasstheDCleakagecurrentofabout0.1A.Un-bridgedwatertreescanhardlypasstheDCleakagecurrent.,直流泄漏电流,37,直流法,直流成分电流监测直流叠加法直流电桥法,38,直流成分法机理,电缆中存在水树时，类似尖板电极具有整流作用。

因此在工作电压下，电缆绝缘中将流过微小的直流电流。

根据这一电流的数值，既可判断电缆中水树的发展状况。

直流成分电流监测,39,TR配电变压器GPT接地保护用电压互感器M直流微电流检测装置（nA级）,回路中流通微弱的直流成分电流,直流成分电流监测原理接线,直流成分电流监测,40,微电流测量装置微电流测量仪低通滤波器衰减交流成分、检出直流成分接地保护装置保证试验人员和装置的安全,直流成分电流监测,41,直流成分电流监测,42,判断规则直流成分电流小于1nA绝缘良好大于100nA绝缘不良介于两者间加强监测,直流成分电流监测,43,护层与地之间有化学电势Es,直流成分电流监测,44,护层与电缆绝缘护层的绝缘电阻下降M中将流过杂散电流通常Es不超过0.5V当护层绝缘电阻小于200500M杂散电流将影响诊断的可靠性,45,直流法直流叠加法,借助电抗器将直流电压在线叠加于电缆绝缘测量直流叠加电流。

46,防止影响GPT二次输出电压直流电压不能很高，约1050V直流电压不高电缆绝缘处于交流高压作用下真实反映绝缘的实际状况,直流叠加法,47,6kVXLPE电缆直流叠加电流与水树长度的关系,直流叠加法,48,保证安全L、C调谐于50Hz杂散电流Es的影响正、反向叠加直流电压消除,直流叠加法,49,判断规则测得绝缘电阻大于1000M绝缘良好小于10M绝缘不良介于两者间加强监测试验证明：

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。

直流叠加法,50,Testcircuit,DCpowersupply,Measuringequipment,cable,DC5-50Vissuperimposedonthehighvoltageinservice.DCcomponentinleakagecurrentismeasured.,ResistancemeasuredbyDCsuperpositionmethod（M）,ResistancemeasuredbyDCleakagecurrent（M）,RelationshipbetweenDCsuperpositionmethodandDCleakagecurrent.,DCSuperpositionMethod,DCleakagecurrentishighlysensitivity.,51,Resistance（M）,Resistance（M）,Time,Time,TimechangeofDCsuperpositioncurrent,ProblemThismethodtendstobeinfluencedbythestraycurrentorcorruptionoftheterminal.Measuredvaluewillchangewithmeasurementtimeorhumidityverymuch.Thetrendmanagementbyon-linediagnosisisrequired.,DCSuperpositionMethod,52,直流法直流电桥法,测量电缆绝缘电阻的电桥接线,53,电桥平衡Rx=（E1-V4）R2/V4设E1为20V，V4为1mV，R2为50MRx最大可测到100000M防止直流电压对GPT的有害影响,直流电桥法,54,Es影响的消除调节R4及E0V0指示为零其他设备的绝缘电阻与R3并联R3之值并不参与计算其他设备的绝缘电阻不影响测量结果,直流电桥法,55,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,工频法介损因数法,56,什么是介质损耗角（tand）?

time/sec,0,10,电压,电流,=,介质损耗角tan,=,有功功率,无功功率,57,受潮对tan的影响,58,温度对tan的影响,59,6kVXLPE电缆交流击穿电压与在线测得tg间的关系,60,统计分析表明tg大于1%绝缘不良,61,如果满足以下条件，电缆状态正常:

tand（2U0）1.2and,tand（2Uo）-tand（Uo）0.6,如果发生以下情况，则电缆处于故障状态（须立即更换）:

tand（2Uo）2.2or,tand（2Uo）-tand（Uo）1.0,对于XLPE电缆这一标准是非常重要的。

XLPE的tand标准,62,工频法局部放电法,试验分析证明绝缘中的电树枝达到0.5mm时局部放电量约100pC由-q、-n、q-n、或-q-n谱图判断电缆状态放电相位，q放电量，n重复率,63,偏斜度s在4个象限中的分布预测树枝的延伸发展情况P点进入第3象限绝缘进入危险状态,64,水树流经电缆绝缘的电流也含有低频成分根据频谱分析频率在10Hz,特别在3Hz以下.,低频法低频成分法,65,在电缆接地线中串接入测量装置由测得的低频电流诊断绝缘低频电流也是纳安级对测量装置要求较高,66,低频法低频叠加法,避免直流微电流测量上的困难将7.5Hz、20V的低频电压在线叠加于电缆在电缆接地线中串接入测量装置绝缘电阻值,67,低频叠加法6kV电缆绝缘电阻与工频击穿电压的关系,68,判断规则绝缘电阻大于1000M性能良好绝缘电阻小于1000M性能下降绝缘电阻小于400M电缆应立即更换,69,综合判断法,绝缘状态与特性参数间的统计分散性仅用一种方法诊断绝缘漏判和错判的可能采用几种方法，互相配合进行复合诊断可提高诊断的正确性采用包含直流叠加法、tg法和局部放电法的复合诊断诊断的准确率高达95%以上,70,电缆故障的演变,早期电缆本体故障为主近期电缆负荷过载性故障较多目前电缆附件故障已成为重要故障原因。

电缆终端或中间接头出现放电点电缆终端或中间接头出现过热点电缆外护层绝缘不良导致的环流故障,71,对电缆在线监测技术的要求,实时报警故障精确定位综合监测（温度、烟雾、放电等）,72,Amongon-linediagnosticmethods,thedetectionsensitivitytobridgedwatertreeishigh.Thismethodisstronginanoise.Highvoltageworkisunnecessary.,ACSuperpositionMethod,On-sitemeasurementresults,Measuringequipments,Measuringtime;20min.Weight;40kgPowersupply;50/60Hz100V,73,LossCurrentMethod,HV,Currentwhichflowsonacable,（Losscurrent）,（Capacitycurrent）,Testcircuit,Onlythewaveformforlosscurrentisobservedbycomparingacurrentphasewithavoltagephase.ThepeakvalueI3andphasedifferenceangle3tothebasicwaveofthe3rdharmonicscurrentwaveareusedasanindexofadegradationjudging.,74,Theaclosscurrentwaveisdistortedbywatertree.（Theoccurrenceofharmonics）Harmoniccurrentchangesaccordingtothegrowthofwatertree.（I3:

smalllarge,3:

0）Thelevelofwatertreedeteriorationisjudgedbyharmonic.,ShortWT3：

small3：

LargeBDV:

High,LongWT3：

Large3：

SmallBDV:

Low,LossCurrentMethod,Nondegradation,Relationshipbetweenwatertreedegradationandlosscurrentwaveform,75,LossCurrentMethod,Resultofdiagnosisusingremovedcables,Rateofcorrectanswers:

92%Thepoorcableisnotjudgedtobegood.（Thebreakdowninserviceafterdiagnosisisavoidable.）,76,ResidualChargeMethod,Testcircuit,Residualchargesignal,1.ApplicationofDCpre-stressvoltage（）Chargeisaccumulatedintheinsulationlayerincludingwatertree.2.Short-circuiting（Earth）（）Accumulatedchargeintheinsulationlayerisdischarged,buttrappedchargeinwatertreeregionisnotreleased.（Theexistenceofresidualcharge）3.ApplicationinstepsofACvoltage（）Trappedchargeisreleasedfromwatertreeregion.DCcomponentcurrentbyresidualchargeismeasured.,（DCcomponentcurrent）,DCcurrent,Procedureofmeasurement,77,Thehighestvoltagevaluethatresidualchargeisdetectedisusedastheindextoestimatethedegreeofwatertreedeterioration.,ResidualChargeMethod,Procedureofvoltageapplication,Releaseofresidualcharge,Trappedchargeinlongwatertree（heavydeterioratedwatertreeregion）requiresahighervoltageapplicationtobereleased.,78,ResidualChargeMethod,Sample,Sample,Measurementresultsofresidualcharge,RelationshipbetweenErandEBD,Max.releasedstressofresidualcharge,Er（kV/mm）,ACbreakdownstress,EBD（kV/mm）,ACappliedvoltage（kV）,ACappliedvoltage（kV）,Residualcharge（nC）,Residualcharge（nC）,EBDdecreasesalongwiththeincreasesinEr.,79,ResidualChargeMethod,Schematicdiagram,On-siteexamination,DiagnosisisautomaticallyperformedbyPC.DiagnosticresultisdisplayedonPCforashorttime.,Totalweight;4tonorlessMax.load;1.4FPowersource;200V/100V,10kVAorless,80,ComparisonofOn-lineDiagnosisandOff-lineDiagnosis,81,EffectiveExampleofOn-lineDiagnosis,On-linedegradationdiagnosisofaXLPEcable,Datachangeswithmeasurementtimealot.Inthecaseoffixeddiagnosis,anincorrectjudgingmaybecarriedout.（Measurementdataneedstobetrendmanaged.）,Resistance（M）,Time,Resistance（M）,Time,82,一些新型方法,分布式光纤温度传感器基于Faraday效应的光磁场传感器0.1Hz超低频余弦波耐压试验高压电缆局部放电故障定位使用噪声减轻系统进行电缆局部放电的故障定位技术,83,DTS安装,DTS原理230kV电缆表面温度,84,85,86,Layoutoflaboratorytestsystem,实验室测试,6.6kV/LVtransformers（1MVAx2）,Cablesundertest（Maximumcurrent2kA）,Threephase0-230Vvariac（75kVA）,400V,100Asupply,87,6.6kV/LVTransformers,Cablesintrench,Thermocouples,Thermocoupleoncablesurfaceandcore,The3600paperlesstemperaturerecorder,88,应用热点定位,Locatedhotspotandsiteconditions,Layoutofcircuitinstallation,89,5.Conclusion,应用II电缆负荷预测,Withtheoptimisedsoilparameters,thecableratingundervariousemergencyloadconditionscouldbereadilypredicated:

whenthecablesaresubjectedtothe120%,150%and200%nominatedloadingcurrent（1255A）,thecircuitcantake120%ofemergencyloadfor26.8hours,150%for8.09hoursand200%foraround2.77hours.,Predicatedconductortemperatureunderdifferentoverloadconditions,5.4电缆的故障定位方法,90,XLPE交联电缆离线测试系统,局放测试加压过程,92,振荡交流电压法DAC,C,c,L,S,ProcessControlUnit,DataStorage,PDAnalysis,Dielectriclosses,estimation,HVSource,HVSolid,-,StateSwitch,Inductor,TestObject:

PowerCable,HVDivider,PDCouplingCapacitor,PDdetector,EmbeddedPC,DataStorage,PDAnalysis,Dielectriclosses,estimation,HVSource,HVSolid,-,StateSwitch,Inductor,HVDivider,PDCouplingCapacitor,adaptivePDdetector,C,c,L,S,200MHzADConverter,TestObject:

powercable,频率范围：

50500Hz,93,连续交流和振荡波法的局放参数很相似,PDIVofseveralPDfaultsat50HzACand600HzDAC,94,新型振荡波测试系统,OWTSM2828kVpeakvoltage,OWTSM6060kVpeakvoltage,Thankyou,95,