湖南省岳陽絕緣在線監測儀的方法原理           湖南省岳陽絕緣在線監測儀的方法原理

 摘要：隨著東莞地區經濟的發展，電力電纜的應用越來越廣泛，電力電纜目前主要應用于污穢區域、城市繁華人口聚集區域、工礦企業、無行線走廊的區域，具有安全、可靠、占地面積少、美化城市環境等優點。本文介紹了引發電纜故障的主要原因和電纜故障的類型，闡述了目前常用的幾種在線監測技術及故障診斷方法，針對故障引發原因，提出了電纜故障的預防措施降低電纜故障的發生率。
        關鍵詞：電力電纜；絕緣；在線監測；故障診斷
        由于電纜多埋于地下，一旦發生故障時，將不易查找，不僅花費大量的人力、物力，并可能造成不可估量的停電損失。如何準確、快速的找到電纜故障點成了供電部門關注的問題，而影響電纜安全可靠運行的關鍵因素是電纜絕緣的好壞。過去，使用的預防性試驗主要是定期停電進行試驗、維護和檢修、這種固定“計劃檢修”模式不能及時發現電纜的早期缺陷。為防止突發事故發生，對電纜運行狀態進行實時的在線監測顯得較為迫切。采用狀態監測與故障診斷技術后，可以使設備從“到期必修”過渡到“該修則修”。
        1．電纜絕緣損傷的原因
        目前電纜故障的第壹大原因是外力破壞占到61%，電纜本身及其附近質量問題占22%，敷設時損傷占10%，其它占7%。故障原因具體可以分為以下幾類。
        1.1機械損傷
        機械損傷占電纜故障原因的絕大部分，主要由在敷設過程中拉力較大，或者電纜溝內進行其它市政、管道等工程的施工造成電纜損傷，電纜機械損傷，除少數斷裂等嚴重損壞外，絕大部分都是輕微損傷，沒有造成故障，但經過幾個月甚至幾年的發展，形成故障。
        1.2絕緣受潮
        由于電纜敷設環境大多較為惡劣，污穢潮濕的環境逐漸侵蝕著電纜的絕緣，可能造成故障，如果電纜質量較差，護套出現裂縫，或接頭盒、終端盒結構不密封引起進水等都會加大電纜絕緣受潮的概率。
        1.3絕緣老化變質
        電纜絕緣介質內部氣隙在電場作用下產生游離，或過負荷時，造成局部過熱、碳化絕緣層，使絕緣下降。當絕緣介質電離時，氣隙中會產生硝酸、臭氧等化學生成物，腐蝕絕緣層；電纜過負荷是電纜過熱很重要的因素。安裝于電纜密集地區、電纜溝及電纜隧道等通風較差處的電纜、裝在干燥管中的電纜以及與熱力管道接近的電纜部分等都會因本身過熱而使絕緣層加速損壞。
        1.4電纜絕緣物遺失
        油浸紙絕緣敷設時由于敷設地形難免出現高低起伏，在重力的作用下，地形高處的絕緣油會向低處流動從而使高處電纜絕緣下降，引發故障。
        1.5過電壓擊穿
        由于電纜本身局部缺陷，在內部過電壓的情況下會使電纜層絕緣擊穿，產生故障。
        2．電力電纜故障的類型
        電纜故障的類型，按試驗結果和故障性質可分為以下3類：
        2.1 電纜單相接地或多相接地故障或電纜兩相或三相短路故障，一般由外力損壞、電纜本體絕緣老化等原因造成；
        2.2斷線故障。電纜導體一相或多相斷線；斷線故障一般由短路電流、外力損壞造成。
        2.3 閃絡故障。當試驗電壓升到某一值時，電纜泄漏電流突然升高，但電纜絕緣阻值較大，表明電纜存在故障，在較高電壓時產生瞬時擊穿的故障稱為閃絡性故障。閃絡故障一般由于接頭質量問題、電纜本體制造質量等原因造成。
        3.電纜絕緣擊穿的過程
        電纜絕緣損壞是形成故障的主要原因，其由絕緣損傷至逐漸發展至絕緣擊穿引發故障的過程如下圖1所示

        由圖1可知，無論是何種原因引發的絕緣擊穿，都會發展到電樹枝老化這一步，可知電樹枝老化是絕緣擊穿的直接原因，而局部放電、水樹枝老化、電樹枝老化三大因素是電纜本身絕緣性能下降的主要原因。
        4．電纜絕緣在線診斷方法
        電纜絕緣在線監測診斷，主要是通過反映故障的特征信號來進行診斷的，目前常用的診斷方法主要有以下幾種。
        4.1 直流疊加法
        直流疊加法，基本原理是在電纜的三相添加運行母線電壓，然后在電磁式電壓互感器的中性點接地處加一個低壓直流電壓源，電纜同時施加有工頻交流和直流電壓，通過濾波器，濾除測試回路中的交流分量，只檢測由直流電壓源流過電纜絕緣層所產生的微弱直流電流，從而得到電纜的絕緣電阻來監測電纜的絕緣狀況.直流疊加法的不足之處主要有三點,其一，由于雜散電流較大，漏電阻變低而產生較大的測量誤差。其二，若互感器中*流過直流電源會發生磁飽和現象而產生零序電壓，可能使變電所內繼電器誤動作；后，直流疊加法只適用于中性點不接地的電網。
        4.2 直流分量法
        水樹枝是形成電纜故障的重要原因之一，而直流分量法利用的則是水樹枝的“整流效應”，即在外加交流正負半周電壓的反復作用下，電纜絕緣層中會聚集負電荷，然后逐漸從導體層向屏蔽層漂移，產生一個直流分量，該直流分量的大小能夠反映水樹枝的情況，從而來診斷電纜的絕緣情況。
        這種檢測方法的優點是只需要利用外皮接地線，不需接觸帶電部分，不需外加電源，安全而經濟，但由于直流分量較小跟直流疊加法一樣，容易受到雜散電流的影響，當電纜接頭泄露電阻降低一樣會擴大誤差。
        4.3 低頻疊加法
        “低頻疊加法”是將7．5Hz、20V的低頻電壓疊加在電纜導體上，沒有直流微電流測量上的問題，測量誤差較小，測量裝置在電纜接地線中串接，以得到相應的絕緣電阻值。使用本法目前一般使用的7．5Hz低頻電源，測量回路如圖2所示，在施加電源后，測量三相總電流。判斷標準是由交流擊穿電壓與交流絕緣電阻的關系來決定。

        低頻疊加法的優點主要是：因為是低頻低電壓，所以電源容量小；貫通水樹和非貫穿水樹的絕緣劣化都能檢測出來，所以應用于電纜絕緣診斷的可靠性高。缺點是在使用時必須注意電纜端部的工作狀態，比如通過裝應力環來調整端部電場分布時，即使電纜絕緣良好，只根據監測的交流損失電流信號，會做出“絕緣不良”的誤判斷。
        4.4 接地線電流法
        上面提到目前常用的幾種特征電氣量的診斷方法，都有一定的局限性。近幾年，出現了一種新的診斷方法，稱為接地線電流法，他利用的原理是，電纜老化的過程中，故障處得絕緣電阻逐漸減少，電容逐漸增大的特征，從而造成接地線電流也發生變化，因此將接地線電流作為電纜故障診斷的特征信號是可行的，該方法的實現是在接地線中裝設測量電流的裝置即可，簡便安全，且受外界干擾小。
        5．電纜故障預防措施
        采取相應的預防措施可以有效的降低電纜的故障，提高系統運行的穩定性，主要措施有：
        5.1 嚴格設計規范和設計順序，加強設計審核。對新設備、新材料、新工藝技術應先安排少量試運行，當運行經驗成熟后在逐步推廣使用。對于施工中的人員過失問題應加強施工前期管理。
        5.2因設備老化的運行故障占年事故總數一定比例，為減少此類事故的發生，提高設備的安全可靠性，運行部門必須每年根據電纜線路設備運行狀況制定相應的更新改造計劃，把超期使用的設備替換掉，提高電纜線路的健康運行水平。
        5.3 防止電纜*過負荷運行或帶缺陷運行。
        6．小結
        （1）電纜故障的主要原因是電纜絕緣損傷，而電纜絕緣受損的主要原因是外力損壞和絕緣老化變質。
        （2）水樹枝老化和局部放電是形成電纜絕緣擊穿重要原因，而電樹枝老化則是電纜絕緣擊穿的直接原因。
        （3）電纜絕緣故障診斷當前常用的方法是直流疊加法、低頻疊加法和直流分量法等，綜合各種方法的優缺點，文章提出了電纜故障時電容量增加，電阻量下降形成特征信號的接地線電流法。
        （4）規范設備設計程序和驗收，定期更換老化設備可以明顯降低電纜故障率。
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