1、課程的主要內(nèi)容(此處應(yīng)相對(duì)展開，使學(xué)生對(duì)課程的主線有所了解)在線監(jiān)測(cè)綜述故障診斷概論電氣故障分析傳感技術(shù) 電磁兼容及抗干擾數(shù)據(jù)采集與處理故障報(bào)警原理 智能診斷方法 可靠性評(píng)估及維修策略 電力電纜電容型設(shè)備電力變壓器實(shí)際應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 背景知識(shí)電力電纜在線監(jiān)測(cè)Power cable on-line monitoring 什么是電力電纜？架空線電力電纜電力傳輸通道電力電纜的使用至今已有百余年歷史。1879年 愛迪生首次使用電纜實(shí)現(xiàn)地下輸電。1911年 德國(guó)敷設(shè)60kV高壓電纜。1913年 霍希施泰特研制成分相屏蔽電纜。1981年 研制成1000kV的特高壓電力電纜。 為什么使用

2、電纜？輸電通道小不受環(huán)境污染影響可靠性高對(duì)人身及周圍環(huán)境干擾小特殊應(yīng)用環(huán)境使用電纜的優(yōu)點(diǎn)制造工藝復(fù)雜造價(jià)高施工維修麻煩使用電纜的缺點(diǎn)電纜的種類油紙絕緣電纜氣體絕緣電纜塑料絕緣電纜聚氯乙烯電纜聚乙烯電纜XLPE（交聯(lián)聚乙烯電纜）塑料絕緣電纜銅量/1000t501001506670747882861231. 電力電纜合計(jì)2. XLPE電纜3. 油紙電纜交聯(lián)聚乙烯電纜 XLPE， cross linked polyethylene 30余年歷史 性能優(yōu)良、工藝簡(jiǎn)單、安裝方便 得到廣泛應(yīng)用XLIE電纜的基本結(jié)構(gòu)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜結(jié)構(gòu)示意圖1、導(dǎo)體 2、導(dǎo)體屏蔽 3、交聯(lián)聚乙烯絕緣 4、絕緣屏蔽 5、金

3、屬屏蔽 6、填充 7、內(nèi)襯層 8、鎧裝層 9、外護(hù)套導(dǎo)電線芯：高導(dǎo)電率材料，絞線承圓形或扇形截面。絕緣層：高電阻率材料，tg、 低而電氣強(qiáng)度Eb高的油浸紙、橡皮或塑料。密封護(hù)套：保護(hù)絕緣線芯免受機(jī)械、水分、化學(xué)等的損傷，有時(shí)外部還有保護(hù)覆蓋層。半導(dǎo)體層的作用：均勻電場(chǎng)，它可以克服電暈及游離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡。 固體電介質(zhì)樹枝化劣化 在高電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，固體介質(zhì)內(nèi)常出現(xiàn)樹枝狀局部損壞。在電場(chǎng)的持續(xù)作用下，這些樹枝狀微通道就可能沿電場(chǎng)方向貫穿整個(gè)絕緣，導(dǎo)致?lián)舸?。所以樹枝現(xiàn)象也是預(yù)擊穿現(xiàn)象。電樹枝水樹枝1. 電樹枝 電極尖端處或微小空氣隙、雜質(zhì)等處電場(chǎng)較強(qiáng)，發(fā)生的放電逐漸發(fā)展，形成

4、較細(xì)的溝狀放電通道的碳化痕跡。電樹枝通?；\廓較清晰2. 水樹枝水樹枝通常籠廓較模糊水浸入絕緣層，在電場(chǎng)作用下形成的樹枝狀物。 制造過程中殘留在絕緣中的微水。 運(yùn)行中因機(jī)械損傷水分逐漸侵入。 電場(chǎng)長(zhǎng)期作用下絕緣中形成由微小的水滴及連接它們的水絲組成的水樹枝。 電場(chǎng) 水份 環(huán)境因素 時(shí)間 半導(dǎo)體層絕緣層內(nèi)部半導(dǎo)體層電纜芯“殘留水樹“外部浸入水樹導(dǎo)致水樹發(fā)展的條件 水樹一般在電氣強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域得到進(jìn)一步的發(fā)展 水樹的老化過程通常較緩慢。 水樹是交聯(lián)聚乙烯電纜事故的主要原因，約占事故的71%，多發(fā)生于自然劣化。 水樹枝一般是從內(nèi)半導(dǎo)電層、屏蔽層與絕緣層界面上引發(fā)出來。若絕緣體內(nèi)存有氣隙或雜質(zhì)，則會(huì)在電

5、場(chǎng)方向產(chǎn)生并加劇蝶形領(lǐng)結(jié)狀水樹枝。這些水樹枝不僅受電纜結(jié)構(gòu)的影響，而且還受半導(dǎo)作層性能和形狀、含水率、電壓等級(jí)、電纜芯溫度以及浸水條件等因素的影響。 水樹枝延伸最主要的條件是高溫和浸水，有時(shí)水樹枝的長(zhǎng)度可以達(dá)到絕緣厚度的一半以上。 水樹枝延伸的時(shí)間特性36 kV級(jí)XLPE電纜交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)與水樹長(zhǎng)度的關(guān)系水樹引起的絕緣故障發(fā)展過程 水樹枝具有消失和重現(xiàn)的特點(diǎn)，有的水樹枝受熱、干燥、抽真空后會(huì)消失形態(tài)，浸入熱水中又會(huì)重現(xiàn)。水樹枝不會(huì)直接導(dǎo)致?lián)舸?，但?huì)使絕緣強(qiáng)度降低，促進(jìn)老化作用，縮短壽命。長(zhǎng)期逐步發(fā)展最終將導(dǎo)致絕緣損壞.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，水樹枝劣化特性如下：（l）僅發(fā)生在6kV以上的高壓交聯(lián)聚乙烯

6、電纜中。（2）從投運(yùn)到破壞的時(shí)間需要數(shù)年至十幾年，大多數(shù)在10年以上。（3）貫通絕緣體的水樹枝狀劣化，大部分能維持正常工作電壓以上的電壓值，只有在發(fā)生脈沖電壓等異常電壓時(shí)才產(chǎn)生破壞。（4）環(huán)境溫度高時(shí)，劣化進(jìn)程加快。 因此對(duì)電力電纜絕緣本體進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)是可行的，也是必要的。 電力電纜監(jiān)測(cè)和診斷方法 直流法 工頻法 低頻法 復(fù)合判斷法直流法 直流成分電流監(jiān)測(cè) 直流疊加法 直流電橋法直流成分法機(jī)理 電纜中存在水樹時(shí)，類似尖板電極具有整流作用。因此在工作電壓下，電纜絕緣中將流過微小的直流電流。根據(jù)這一電流的數(shù)值，既可判斷電纜中水樹的發(fā)展?fàn)顩r。直流成分電流監(jiān)測(cè) TR 配電變壓器 GPT 接地保護(hù)用 電

7、壓互感器 M 直流微電流 檢測(cè)裝置 (nA級(jí))回路中流通微弱的直流成分電流直流成分電流監(jiān)測(cè)原理接線直流成分電流監(jiān)測(cè) 微電流測(cè)量裝置 微電流測(cè)量?jī)x 低通濾波器 衰減交流成分、檢出直流成分 接地保護(hù)裝置 保證試驗(yàn)人員和裝置的安全直流成分電流監(jiān)測(cè)直流成分電流監(jiān)測(cè)6 kV XLPE電纜交流擊穿電壓與直流分量的關(guān)系判斷規(guī)則 直流成分電流 小于1 nA 絕緣良好 大于100 nA 絕緣不良 介于兩者間 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)直流成分電流監(jiān)測(cè)護(hù)層與地之間有化學(xué)電勢(shì)Es直流成分電流監(jiān)測(cè) 護(hù)層與電纜絕緣護(hù)層的絕緣電阻下降 M中將流過雜散電流 通常Es不超過 0.5 V 當(dāng)護(hù)層絕緣電阻小于200500 M 雜散電流將影響診斷的

8、可靠性直流法 直流疊加法 借助電抗器將直流電壓在線疊加于電纜絕緣測(cè)量直流疊加電流。 防止影響GPT二次輸出電壓 直流電壓不能很高，約1050 V 直流電壓不高 電纜絕緣處于交流高壓作用下 真實(shí)反映絕緣的實(shí)際狀況直流疊加法 6 kV XLPE電纜 直流疊加電流 與 水樹長(zhǎng)度 的關(guān)系直流疊加法 保證安全 L、C 調(diào)諧于50 Hz 雜散電流Es的影響 正、反向 疊加直流 電壓消除直流疊加法判斷規(guī)則 測(cè)得絕緣電阻 大于1000 M 絕緣良好 小于10 M 絕緣不良 介于兩者間 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)證明：用直流疊加法測(cè)得的絕緣電阻與停電后加直流高壓時(shí)的測(cè)試結(jié)果很相近。直流疊加法直流法 直流電橋法 測(cè)量電纜絕緣電

9、阻的電橋接線 電橋平衡 Rx = (E1-V4) R2 / V4 設(shè)E1為20 V， V4為1 mV，R2為50 M Rx最大可測(cè)到100 000 M 防止直流電壓對(duì)GPT的有害影響直流電橋法 Es影響的消除 調(diào)節(jié)R4及E0 V0指示為零 其他設(shè)備的絕緣電阻與R3并聯(lián) R3之值并不參與計(jì)算 其他設(shè)備的絕緣電阻不影響測(cè)量結(jié)果直流電橋法 加于電纜的電壓信號(hào)(通過電壓互感器取出) 流過絕緣的電流信號(hào)(通過電流互感器取出) 通過數(shù)字化測(cè)量裝置 電纜絕緣的tg工頻法 介損因數(shù)法什么是介質(zhì)損耗角 ( tan d) ? time/sec010電壓電流 = 介質(zhì)損耗角 tan d = 有功功率 無功功率水樹的

10、簡(jiǎn)化等效電路 受潮對(duì)tan的影響溫度對(duì)tan的影響 6 kV XLPE電纜交流擊穿電壓與在線測(cè)得 tg 間的關(guān)系 統(tǒng)計(jì)分析表明 tg大于1% 絕緣不良 如果滿足以下條件，電纜狀態(tài)正常 :tan d (2 U0) 1.2 andtan d (2 Uo) - tan d (Uo) 0.6 如果發(fā)生以下情況，則電纜處于故障狀態(tài) (須立即更換） : tan d (2 Uo) 2.2 ortan d (2 Uo) - tan d (Uo) 1.0 對(duì)于 XLPE 電纜這一標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的。XLPE的 tan d標(biāo)準(zhǔn) 工頻法 局部放電法 試驗(yàn)分析證明 絕緣中的電樹枝達(dá)到0.5 mm時(shí) 局部放電量約100

11、pC 由-q、-n、q-n、或-q-n譜圖 判斷電纜狀態(tài) 放電相位，q 放電量，n 重復(fù)率 偏斜度s 在4個(gè)象限中 的分布 預(yù)測(cè)樹枝的 延伸發(fā)展情況 P點(diǎn)進(jìn)入第3象限 絕緣進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài) 水樹 流經(jīng)電纜絕緣 的電流也含有 低頻成分 根據(jù)頻譜分析 頻率在10 Hz , 特別在3 Hz以下.低頻法 低頻成分法 在電纜接地線中串接入測(cè)量裝置 由測(cè)得的低頻電流診斷絕緣 低頻電流也是納安級(jí) 對(duì)測(cè)量裝置要求較高低頻法 低頻疊加法 避免直流微電流測(cè)量上的困難 將7.5 Hz、20 V的低頻電壓 在線疊加于電纜 在電纜接地線中串接入測(cè)量裝置 絕緣電阻值 低頻疊加法6 kV電纜絕緣電阻與工頻擊穿電壓的關(guān)系判斷規(guī)則 絕緣電阻大于1 000 M 性能良好 絕緣電阻小于1 000 M 性能下降 絕緣電阻小于400 M 電纜應(yīng)立即更換復(fù)合判斷法 絕緣狀態(tài)與特性參數(shù)間的統(tǒng)計(jì)分散性 僅用一種方法診斷絕緣 漏判和錯(cuò)判的可能 采用幾種方法，互相配合進(jìn)行復(fù)合診斷 可提高診斷的正確性 采用