煤矿6kv电缆对地绝缘参数检测技术的研究--电气工程及自动化专业论文

煤矿6kv电缆对地绝缘参数检测技术的研究--电气工程及自动化专业论文内容摘要：

介质本身也有的来自外部杂质外部温度越高分子热运动 就越剧烈对自由离子的约束也越小形成的电导电流越大这一点和金属的导电特性是完全相反的此外介质在外加高压电场的作用下会形成一定程度的电离使得载流子数目增多?下降当然介质受潮后?也会下降 表征电导的参数是电导率γ在高电压工程中一般常用电阻率ρρ 1γ来表征介质的绝缘电阻电介质电导主要是离子电导其电导随温度的变化规律与属于电子电导的金属材料是相反的 243 损耗 绝缘介质在电场的作用下会产生电能的损耗这些损耗主要来自以下三个方面 1 电导损耗 2 极化损耗 3 游离损耗 [9] 如图 22所示介质两端施加交流电压 U时由于介质中有 损耗所以电流 I不是电容电流而是包含有有功和无功两个分量 Ir 和 Ic 图 22 介质在交流电压作用下的电流相量图 由图 23 所示介质在交流电压作用下的功率三角形可见介质损耗 P Qtanδ U2ωCtanδ 23 图 23 介质在交流电压作用下的功率三角形 用介质损耗 P表示介质品质好坏是不便的因此 P值和试验电压试品电容量等因素有关不同试品间难以相互比较所以改用介质损失角的正切 tanδ介质损失角δ是功率因数角φ的余角来判断介质的品质 tanδ同ε r 一样是仅取决于 材料的特性而与材料的尺寸无关的物理量 有损介质可用电阻电容的串联或并联等效电路来表示如果损耗主要是电导引起的则常用并联等效电路如果损耗主要由介质极化及连接导线的电阻等引起则常用串联等效电路 25 绝缘介质的吸收现象 许多电气设备的绝缘都是多层的多层介质的特性可以粗略地用双层介质来分析如下图 24 所示 图 24a 双层介质的等效电路 图 24 b 吸收曲线 C1C2介质 12 的等效电容 R1R2介质 12 的绝缘电阻 当开关 Q合上直流电压加到绝缘介质上后电流表 A的读数变化如图 24 b 中曲线所示 直流电压加上瞬间电流很大回路电流主要由电容电流分量组成而加压时间很久之后电容 C1和 C2相当于开路回路电流为泄露电流 Ig 此时 Ig取决于绝缘电阻 R1与 R2之和这就出现了由最初的电容电流到最终的泄露电流之间的过渡过程当试品电容量较大时这一过渡过程进行得很慢甚至达数分钟或更长图 24 b 中阴影部分的面积为绝缘在充电过程中逐渐吸收的电荷 Qa 这种逐渐吸收电荷的现象叫作吸收现象对应的电流 Ia 称为吸收电流它是由于介质中偶极子逐渐转向并沿电场方向排列而产生的 [9] 当开关合上时绝缘两端 突然有一个很大的电压变化在极短的时间内 t 0介质上的电压按电容分压此时 24 25 当达到稳态后介质上的电压将按电阻分压此时回路电流 26 而 27 28 由 t 0 至电压达到稳态一般有一个过渡过程例如当式 27 中 U1比式 24 中的U1 小时在过渡过程中 C1 要放电同时 C2 要进一步充电这个过渡过程的快慢取决于时间常数σ 29 由以上分析可见加上试验电压后流过试品的电流由两部分组成第一部分为传导电流 Ig 其大小与试品总的绝缘电阻 R1R2 成反比第二部分为吸收电流 Ia 其大小与试品绝缘的均匀程度密切相关如试品为均匀介质或 R1C1≈ R2C2 则吸收电流很小吸收现象便不明显如果试品很不均匀或者 R1C1与 R2C2相差很大则吸收现象十分明显 在相同的电压下不同设备的绝缘其总电流随时间下降的曲线不同即使同一设备绝缘受潮或有缺陷时其总电流也要发生变化当绝缘受潮或有缺陷时电 流的吸收现象不明显总电流随时间下降较缓慢而试品的绝缘电阻与电流成反比因此根据 I15I60 的变化就可以初步判断绝缘的状况通常用吸收比 Ka 来表示 210 式中 I15R15为加压 15s时的电流和对应的绝缘电阻 I60R60为加压 60s时的电流和对应的绝缘电阻 极化指数用 PI 来表示 211 即试品在加压后 10 分钟时的视在电阻值和 1 分钟时的视在电阻值之比 显然对于不均匀试品的绝缘如果绝缘状况良好则吸收现象明显 Ka 值远大于1PI值也较大如果绝缘严重受潮松弛极化变得不明显由于 Ig大增 Ia迅速衰减 Ka值接近于 1PI 也较小 推荐的 KPI 与绝缘状况的关系见下表所示 表 21 KPI 与绝缘状况的关系 状态 K PI 危险 11 10 不良 11～ 25 10～ 11 可疑 11～ 125 较好 125～ 14 125～ 20 良好 14 20 吸收比极化指数与绝缘吸收 系数 G 和吸收时间常数的关系式如下 212 213 绝缘吸收系数 G 主要取决于介质的不均匀程度当绝缘材料绝缘良好或者很差时 G都会表现出较小的值使得试品吸收比 K偏小这导致用吸收比 K来判别绝缘状况的优劣变得不确定 与吸收比 K 相比用极化指数 PI 来 衡量绝缘状况的优劣有其优越性通常 T≈100～ 200s 于是 Ge600T≈ 0 所以式 213 可以简化为式 214 214 因此可以看出 PI 与吸收时间常数 T 成单调变化的关系而且因为是在测试电压施加比较长的时间后测量的受几何电容充电电流的影响较小所以现在有学者提出用 PI 代替 K 作为绝缘性能判别指标要更科学的观点 但是我们应该看到受到 G值与材料绝缘优劣关系的不确定性的影响单纯靠 K或者 PI来衡量材料绝缘性能好坏都是 片面的应该结合绝缘电阻 Rc的值等参数来综合判断而且仅依据一次测量数据来判断绝缘状况的劣化也是不充分的重要的是对各参数进行的长期观察和对比分析各参数的变化趋势并以此为依据判断绝缘老化情况和剩余绝缘寿命 第 3 章 电缆绝缘诊断技术 31 概况 对运行电缆实施绝缘检测的目的是了解电缆及其附件的老化情况以其判断是否能继续可靠工作进而评估其残余寿命检测方式分为破坏性与非破坏性 2 种是在特定波形电压下使缺陷部位击穿以筛选出能继续可靠运行的直接方法其波形和电压值的差别有不同筛选效果显然对运行电缆绝缘老化检出与竣工交接试验有不 尽相同的考虑国外对高压 XLPE 电缆绝缘老化检测技术的研究近年来才见有少量报导只查阅到日本荷兰 2 个国家的有关情况 1 日本日本用基于高压 XLPE电缆线路运行实际性能的评估来考虑实施必要的绝缘检测主要有电缆本体 66kV电缆少数出现 PD 老化导致绝缘故障是由 EVT 引起的故需有能检出 EVT 的检测方法东京电力公司近年来开发出了损失电流法来用于对长约 1000km 无径向防水层的 66kV电缆水树检测由于 110kV以上 XLPE电缆迄今未发生过因绝缘老化而导致的故障又因其具有金属套防水绝缘层厚度足以适应水树生长故对其检测的必要性目 前还不迫切电缆附件 66kV 预制应力锥式终端在长期运行后曾因硅脂脱失导致击穿 275kV 挤出模塑式接头运行后曾发生绝缘击穿原因是有纤维状杂质混入了终端与接头通过对挤出安装工艺进行改进完善后将可避免此类缺陷但预制式附件的绝缘界面弱点难以杜绝故宜实施 PD 检出且需运用适应有多种干扰源的现场 PD 检测仪如今对 66～ 500kV XLPE 电缆线路主要实施的是 PD 检测 2 荷兰荷兰在 150kV XLPE 电缆线路运行多年突然发生终端击穿的情况后针对预应力锥硅脂流失等绝缘界面缺陷的检出明确了需采取 PD 检测法为此他们开发出了适合 现场用的高频 PDHFPD 或超高频 PDVHFFD 新型检测仪英国澳大利亚瑞士等欧洲国家也有同类应用 L 接地 E 保护环 G 电力线路或照明线路测量绝缘电阻时 L接电线 E接大地所测的是电线与大地间的绝缘电阻对于电缆线路除了 E接缆壳 L接缆芯外还需将电缆壳芯之间的内层绝缘接于 G 端钮上以消除因表面漏电而引起的误差对于测量不同芯线芯数的电缆的绝缘电阻时不需被测试部分也应短路接地 图 31 兆欧表的使用 对于使用兆欧表的注意事项有以下 1 测量前须将被测试对象之额定电压了解清楚相应地选择摇表之电压等级使二者额定电压相适应一般 应用的摇表有 500V 1000V 2500V 5000V 之分原则上测量低压电气设备的绝缘电阻应使用低电压的摇表测量高压电气设备的绝缘电阻应使用高电压摇表否则摇表电压大于被测试设备电压其测量值会偏小反之则偏大达不到应有的要求与此同时摇表的选择还要考虑仪表的测量范围 仪表的量程 是否合适即摇表的测量范围不应过多的超过被测试设备的绝缘电阻值不然的话读数误差较大另外有的摇表仪表盘刻度 标尺 不是从零开始而是从 1兆欧或 2兆欧开始这种表不适宜测潮湿场所低压电气设备或低阻值电气设备的绝缘电阻值因为低于 1 兆欧仪表不能显示准 确数值 2 测量前检查摇表是否完好为此先将摇表的端钮 L 与 E 端开路 不接被测品 摇动手柄达到其额定转速此时观察摇表指针是否指∞位置然后将端钮 L与 E端短封再慢速摇动手柄此时观察摇表指针是否指 0位置若开路指∞短路指 0说明摇表处在完好状态反之则说明摇表有问题 3 被测试对象若是运行中的电缆应先停电实行安全技术措施经过充分的放电后才可进行测试工作以保证表和人身安全测试前应将摇表放在干燥清洁平稳安全离被测试设备距离适当并远离磁场干扰的位置这是使用摇表应具有的必要条件测试前应记录周围环境的湿度和温度应该使用专用的测量导线或者 绝缘强度高的多芯软导线将摇表端钮 L连接至被测试对象的相线端钮 E连接至被测试对象的外壳上 4 测量开始应将摇表摇柄转至额定转速后开始计时有的人忽视或做不到这一点这将导致测量数据的误差应引起注意 5 正确读取测量数据和对测量结果妥善地分析处置以及做好测试记录是正确使用摇表的注意事项之一摇表的转动即便到了规定的测量时间 1 分钟或更长的时间后除观看指示数值外应先断开 L 测试导线再停止摇表转动切莫反其道而行之测量工作完毕对被测试设备要先行放电尤其对容性的电力电容器高压长距离电力电缆等要长时间的充分放电确认无电压后再作收尾工作 322 泄露电流的测量 在直流电压作用下测量泄露电流 实际上也就是测量绝缘电阻经验表明当所加的直流电压不高时有泄露电流换算得出的绝缘电阻值比兆欧表测绝缘电阻能获得更多的信息但当用较高的电压来测泄露电流时就有可能发现兆欧表所不能发现的绝缘损坏或弱点一个良好的绝缘在标准规定的试验电压作用下其泄露电流不应随加压时间的延长而增大读取泄露电流值的时间一般规定为达到试验电压后 1 分钟 在进行泄露电流试验时要求整流回路的高压直流电源必须稳定主要测量随时间变化与吸收电流相比绝缘材料受潮后泄露电流会增加当介质上所加电压去掉 后介质放电会出现吸收过程类似的过程但没有泄露电流现象可根据下面的极化指数和泄露指数来判断受潮程度 极化指数 31 泄露指数。