电力电缆接头关键缺陷局部放电发展程序研究

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1、电力电缆接头关键缺陷局部放电发展程序研究第1章绪论1.1课题背景及意义目前，交联聚乙稀(XLPE)电力电缆已被广泛应用到输电线路和配电网中。根据相关统计资料，截止2010年底，国家电网公司系统6kV?500kV在运电缆线路386768回，回路总长度为234166km。2000-2010年间，llOkV电缆年平均增长率为27%，220kV电缆年平均增长率为24%,6kV~500kV电缆线路中XLPE绝缘电缆占98.68%⑴。随着电缆线路的延伸，电缆中间接头使用量也相应增加，桂橡胶绝缘预制式中间接头以其整体预制式设计、绝缘性好、安装便利等特点，现已广泛使用在中、高压XLPE电力电缆上。由

2、于预制式中间接头为多层固体复合介质绝缘结构，绝缘结构紧凑且需要在现场条件下安装成型，影响其绝缘性能的原因很多，因而发生事故的概率远远大于电缆本体。对近十年来全国XLPE电力电缆运行故障类型和数量的统计分析表明，电缆中间接头击穿故障的比例约占电缆运行故障总数的31%[5]。据报道，某预制式中间接头在投运2年后发生击穿，解体后发现XLPE-桂橡胶界面上有明显的由于放电形成的炭化通道[5_7]，如图1-1(a)所示。某中间接头在运行中发生击穿，解剖后发现在XLPE-桂橡胶界面上有半导电残留物及爬电痕迹[8]。北京市某条10kV电缆A相在做振荡波局部放电测试时发现局部放电量超标，通过脉冲反射

3、法定位放电点位于中间接头处，对该接头解体后发现接头电缆的外屏蔽层剥离不整齐、有突起，解体照片如图l-l(b)所示[9]。某220kV预制式中间接头在运行不到1年的情况下硅橡胶绝缘被击穿，解体后发现了如图1-1(C)所示的击穿通道，仔细观察后发现，破坏起点位于半导电层的表面，且击穿通道的周围存在细微的树枝通道，分析故障原因在于接头半导电层突起缺陷引起电场集中，在运行电压作用下引发电树枝并最终导致了桂檢胶绝缘的击穿。某条110kV电缆进行交流耐压实验，C相电缆在初次升至126kV后击穿，之后五次反复升压，均在40kV左右时放电跳闹，分析故障位置在中间接头接头处，对该接头解体发现接头主体中

4、间有三个小孔，导致从电缆线芯屏蔽罩直接向接头主体放电击穿，如图1-1(d)所示。可见，在投运电缆线路中，由于各种原因导致的中间接头故障屡见不鲜，如何通过有效的监测手段准确、实时掌握中间接头的运行状态，避免因接头击穿导致的大面积停电事故，是保障电力安全输送的重要课题。大量资料表明[12_19]，导致高压电力设备故障的主要原因是绝缘性能的劣化和失效，因此高压电力设备的绝大多数故障最终归结为绝缘性故障。绝缘故障的起因不仅是由于强电场作用和材料缺陷引起的绝缘劣化，而且在设备的运行过程中各种外界因素（机械、热力）和电场的相互作用最终也会演变为绝缘性故障。例如，某220kV电缆-GIS线路，运行

5、5个多月后GIS发生故障，解剖发现电缆招护套和GIS尾管之间的电气连接（铅封）在外力作用下断开，如图1-2所示，使尾管电位悬浮，电缆绝缘屏蔽和尾管之间形成了较大的电位差，两者之间的空气被击穿，最后发展为放电性绝缘故障。1.2中间接头局部放电测量方法的研究现状1.2.1脉冲电流法脉冲电流法是广泛应用于各类高压电力设备局部放电检测的经典方法，也是〔60270[22]和GB/T7354[23]标准所推荐的局部放电检测方法。由于发生局部放电时试样两端电荷的变化，与试样两端连接的测试回路中就会有脉冲电流，通过测量局部放电所产生的脉冲电流在检测阻抗两端引起的脉冲电压，可以测定局部放电信号[24]

6、，同时通过测量已知放电量的校正信号，可以对视在放电量进行标定。脉冲电流法的测量频率通常在10MHz以内，根据测量带宽的不同可以分为窄带和宽带两类，窄带传感器带宽一般在10kHz左右，中心频率在20-30kHz之间或更高；宽带传感器带宽为100kHz左右，中心频率通常在200-400kHz之间。脉冲电流法无法在现场条件下测量局部放电信号的重要原因是加压条件受到限制，为解决电缆加压测试的难题，近年来我国相关单位开始研究将振荡波局部放电测试方法用于投运电缆的局部放电检测及定位。振荡波测试系统示意图如图1-3(a)所示，首先由直流高压电源通过外接电抗器对电缆充电，在电缆芯线和屏蔽层之间累积电

7、荷，充电完成后并接在高压回路和地电位之间的高速固态幵关突然闭合，试品电缆通过电抗器对地放电，电缆等值电容、电抗器电感和回路电阻形成LCR振荡回路，在电缆芯线和屏蔽层之间产生近似于工频的阻尼振荡电压波，激发出绝缘缺陷处的的局部放电信号，通过稱合电容及检测阻抗测量局部放电信号，如图1-3(b)所示。测量频带选定在VHF频段，能够很好保留局部放电信号的频率信息，基于脉冲信号在电缆行波结构中的传播、反射机理可以定位出缺陷点所在的位置电抗器试品电缆。第2章实验研究平