中壓電纜接頭受潮特征分析及定位技術(shù)課件

中壓電纜接頭受潮特征分析及定位技術(shù)1目錄一、背景及意義二、接頭擊穿案例分析三、基于FDR的中間接頭定位技術(shù)四、受潮接頭定位案例分析五、結(jié)論2電力電纜的老化問(wèn)題截止2010年底中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)電纜長(zhǎng)度數(shù)據(jù)3從2000年開(kāi)始實(shí)施城市電網(wǎng)入地改造以來(lái)，截止2019年底中壓電纜長(zhǎng)度約超過(guò)70萬(wàn)公里，附件數(shù)量預(yù)計(jì)超過(guò)100萬(wàn)組目前大部分電纜運(yùn)行年限已超15年，部分已超過(guò)20年，逐步進(jìn)入了老齡化狀態(tài)，導(dǎo)致電纜線路故障頻發(fā)老化問(wèn)題是電纜線路故障的主要問(wèn)題之一電力電纜的常見(jiàn)故障電纜附件界面電場(chǎng)分布及微觀結(jié)構(gòu)電纜附件為密封結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜為固-固絕緣結(jié)構(gòu)，界面處電場(chǎng)為正交電場(chǎng)，接觸面存在微觀缺陷，其絕緣強(qiáng)度遠(yuǎn)低于固體介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)。因此，電纜附件絕緣性能由界面決定。電纜附件界面微觀結(jié)構(gòu)示意圖XLPE表面3D光學(xué)輪廓儀觀觀測(cè)圖4180目砂紙打磨500目細(xì)砂紙打磨電纜附件界面受潮問(wèn)題原因分析電纜附件的阻水材料和工藝性能不佳，由于工藝的限制及施工場(chǎng)地原因，電纜附件在制作過(guò)程中存在缺陷電纜運(yùn)行環(huán)境潮濕，長(zhǎng)期運(yùn)行后的應(yīng)力松弛會(huì)導(dǎo)致界面受潮，同時(shí)運(yùn)行中冷熱交替變化可能使界面產(chǎn)生氣隙（界面力學(xué)特性不匹配），此時(shí)外界水分侵入界面使得接頭受潮電纜附件溫度場(chǎng)分布從纜芯到外層逐漸衰減，當(dāng)電纜附件內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度存在差異時(shí)，可能導(dǎo)致氣壓的變化，最終水分侵入界面使接頭受潮。5目錄一、背景及意義二、接頭擊穿案例分析三、基于FDR的中間接頭定位技術(shù)四、受潮接頭定位案例分析五、結(jié)論6接頭擊穿案例123ABC位于冷縮接頭內(nèi)部復(fù)合界面處，直接導(dǎo)致B相硅橡膠件擊穿。位于冷縮接頭外側(cè)電纜本體外半導(dǎo)電層處，相間短路現(xiàn)象。故障產(chǎn)生過(guò)程對(duì)重慶某地區(qū)發(fā)生擊穿故障的三相接頭進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)A相相對(duì)完好，在B、C相明顯觀察到三處擊穿孔。7接頭擊穿案例對(duì)三處擊穿孔破壞嚴(yán)重程度、破壞位置進(jìn)行分析可以得出該三相接頭擊穿故障過(guò)程大致為：B相接頭復(fù)合界面處主絕緣發(fā)生擊穿故障相接地，非故障相電壓升至線電壓非故障相C相絕緣薄弱處與B相產(chǎn)生放電擊穿，產(chǎn)生相間短路故障，線路跳閘。8接頭擊穿案例故障引發(fā)原因觀察B相擊穿點(diǎn)1對(duì)側(cè)主絕緣，該處并未擊穿，但已經(jīng)產(chǎn)生了

XLPE絕緣因放電燒蝕產(chǎn)生凹坑，厚度減小的現(xiàn)象。凹坑位置與擊

穿點(diǎn)1位置吻合。并且主絕緣燒蝕痕跡位于接頭應(yīng)力錐及導(dǎo)體屏蔽之間的復(fù)合界面上。9接頭擊穿案例故障引發(fā)原因觀察電纜纜芯、銅屏蔽層及鎧裝層，均有進(jìn)水受潮現(xiàn)象：接頭內(nèi)部及外部均嚴(yán)重受潮10接頭擊穿案例原因分析故障接頭正常A相案例中故障接頭正常A相連接管處情況如圖所示，可見(jiàn)安裝人員并未在連接管與主絕緣縫隙處進(jìn)行任何防水措施，這為內(nèi)側(cè)水分?jǐn)U散提供了條件。故障接頭故障B相故障相B相縫隙處纜芯出現(xiàn)破損和銅綠，說(shuō)明此處纜芯長(zhǎng)期處于潮濕狀態(tài)。11接頭擊穿案例原因分析該案例中接頭運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，根據(jù)放電破壞點(diǎn)位于復(fù)合界面中間位置以及接頭內(nèi)外受潮情況，對(duì)該接頭受潮破壞機(jī)理進(jìn)行了推測(cè)：電纜長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境，冷縮接頭橡膠件外側(cè)及纜芯均存在水分入侵水分分別由外側(cè)及內(nèi)側(cè)擴(kuò)散至復(fù)合界面復(fù)合界面兩側(cè)潮氣逐步向中間擴(kuò)展，在中間部位形成“干區(qū)”，此處電

場(chǎng)畸變產(chǎn)生局部沿面放電局部沿面放電不斷削減該處主絕緣厚度，最終產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象12接頭擊穿案例城市化電纜迅速發(fā)展，針對(duì)電纜接頭受潮產(chǎn)生的問(wèn)題，怎么辦？電纜接頭受潮后導(dǎo)致絕緣水平下降，可能威脅到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。電纜線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)、敷設(shè)環(huán)境復(fù)雜，故障發(fā)生后難以對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位排查，將導(dǎo)致故障影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。13目錄一、背景及意義二、接頭擊穿案例分析三、基于FDR的中間接頭定位技術(shù)四、受潮接頭定位案例分析五、結(jié)論14基于FDR的中間接頭定位技術(shù)缺陷定位技術(shù)研究現(xiàn)狀對(duì)于地下電纜線路尤其是長(zhǎng)電纜線路，診斷技術(shù)中另外一個(gè)棘手的問(wèn)題是如何對(duì)老化位置進(jìn)行定位，否則對(duì)于地下電纜的管理則非常困難。傳統(tǒng)的時(shí)域反射法(TDR)注入脈沖高頻成分較少以及高頻信號(hào)在電力電纜中衰減較為突出的特點(diǎn)，難以用于缺陷定位，主要用于故障定位。電纜常見(jiàn)缺陷長(zhǎng)電纜溝道15基于FDR的中間接頭定位技術(shù)測(cè)試原理圖提出了一種基于頻域反射法的電力電纜局部缺陷定位方法該方法能直觀呈現(xiàn)出電力電纜阻抗變化的接頭位置該方法采用掃頻信號(hào)，高頻成分含量較多，可以有效解決TDR中高頻信號(hào)衰減大的問(wèn)題該方法在各個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，采用窄帶濾波器減少噪聲影響，增加了動(dòng)態(tài)范圍反射系數(shù)測(cè)試結(jié)果圖(幅頻和相頻特性)頻域反射法定位原理16基于FDR的中間接頭定位技術(shù)極頻化域-反去射極法化缺電陷流定測(cè)位試原原理理電纜分布參數(shù)等效電路圖處理前的定位圖譜為了解決FFT中柵欄和旁瓣效應(yīng),本方理,再利用距離窗進(jìn)行處理突出缺陷點(diǎn)位置。處理后的定位圖譜任意位置z處的反射系數(shù)的實(shí)部:當(dāng)電纜接頭出現(xiàn)受潮等缺陷時(shí),

其單17位長(zhǎng)度的

電容

C

會(huì)發(fā)生變化

,從而使法電采纜用了帶Kaiser窗的DFT算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處反射系數(shù)

出現(xiàn)一定的變化

,

通過(guò)算法處理對(duì)局部缺陷進(jìn)行定位?；贔DR的中間接頭定位技術(shù)極頻化域-反去射極法化缺電陷流定測(cè)位試實(shí)原際理效果反射系數(shù)譜缺陷定位仿真器TDR本方法頻域反射法缺陷定位儀實(shí)物圖銅屏蔽層搭接不良缺陷示意圖18基于FDR的中間接頭定位技術(shù)極頻化域-反去射極法化缺電陷流定測(cè)位試實(shí)原際理效果FDRTDR水樹(shù)老化平臺(tái)電纜可調(diào)電抗器變壓器功率放大器水樹(shù)位置19在100m的長(zhǎng)電纜中培養(yǎng)水樹(shù)，

水樹(shù)長(zhǎng)度約500μm，老化區(qū)域長(zhǎng)度為

30cm，F(xiàn)DR可對(duì)水樹(shù)區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，而TDR對(duì)水樹(shù)位置辨別能力很弱。目錄一、背景及意義二、接頭擊穿案例分析三、基于FDR的中間接頭定位技術(shù)四、受潮接頭定位案例分析五、結(jié)論20受潮接頭定位案例分析缺陷點(diǎn)測(cè)試電纜總長(zhǎng)（m）中間接頭（m）疑似缺陷接頭（m）A相2836598、801、1248、1650、21031248B相2837600、802、1249、1648、21011249C相2837600、801、1251、1651、20991251缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)B相測(cè)試結(jié)果圖結(jié)論：三相電纜長(zhǎng)度和接頭位置幾乎一致，說(shuō)明了FDR儀器測(cè)距的可靠性。1250m處接頭的

A、B兩相出現(xiàn)幅值異常增高，C相幅值明顯減小，不符合衰減規(guī)律，因此1250m處接頭為疑似缺陷接頭缺陷接頭不符合信號(hào)的衰減規(guī)律接極頭化-定去位極實(shí)化測(cè)電案流例測(cè)-試1(原成理都某供電局某段10kV三相電纜）測(cè)試結(jié)果A相測(cè)試結(jié)果圖B相測(cè)試結(jié)果圖C相測(cè)試結(jié)果圖缺陷接頭 末端缺陷接頭末端缺陷接頭末端21受潮接頭定位案例分析接極頭化-定去位極實(shí)化測(cè)電案流例測(cè)-試1(原成理都市供電局某段10kV三相電纜）電纜總長(zhǎng)度為2837m（波速設(shè)定為172m/μs

），與TDR測(cè)試一致；電纜在600m、800m、1250m、1650m、2100m疑似為中間接頭；1250m處接頭峰值不符合衰減規(guī)律，疑似1250m處接頭存在缺陷；缺陷接頭22受潮接頭定位案例分析時(shí)域恢復(fù)首端反射系數(shù)譜時(shí)域恢復(fù)接極頭化-定去位極實(shí)化測(cè)電案流例測(cè)-試2

原理測(cè)試對(duì)象：重慶市某段10kV三相電纜臺(tái)賬信息：測(cè)量得到電纜全長(zhǎng)為1700米，中間接頭個(gè)數(shù)未知，但是已更換多個(gè)，同時(shí)測(cè)量得到的三相絕緣電阻分別為1.64GΩ、∞、12.1GΩ。23受潮接頭定位案例分析接極頭化-定去位極實(shí)化測(cè)電案流例測(cè)-試2

原理結(jié)論：電纜總長(zhǎng)度為1730m（波速設(shè)定為172m/μs

），與TDR測(cè)試一致電纜在150m、346m、700m、900m、1210m、1350m、1548m疑似為中間接頭接頭2峰值明顯高于接頭1和接頭3，疑似接頭1或2存在缺陷；通過(guò)時(shí)域恢復(fù)并局部放大發(fā)現(xiàn)，接頭2波形為“左負(fù)右正”，，因此疑似接頭2存在缺陷。24受潮接頭定位案例分析接極頭化-定去位極實(shí)化測(cè)電案流例測(cè)-試2

原理后續(xù)處理：現(xiàn)場(chǎng)人員找到并打開(kāi)中間接頭2，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部受潮嚴(yán)重，拆除后再次測(cè)試絕緣電阻，往往開(kāi)閉所方向絕緣電阻為491GΩ、98.3GΩ、15.5GΩ，往變電站方向絕緣電阻為15.1GΩ、268GΩ、104GΩ。將電纜接頭恢復(fù)后，絕緣電阻為∞、∞、38.6GΩ，電纜絕緣恢復(fù)正常。接頭內(nèi)部受潮嚴(yán)重（纜芯出現(xiàn)銅綠）電纜接頭位置示意圖25受潮接頭定位案例分析接極頭化-定去位極實(shí)化測(cè)電案流例測(cè)-試3

原理測(cè)試對(duì)象：重慶市橋檢一線某段10kV三相電纜臺(tái)賬信息：測(cè)量得到電纜全長(zhǎng)為1300米，中間接頭個(gè)數(shù)未知，同時(shí)測(cè)量得到的三相絕緣電阻分別為300MΩ、120MΩ、200MΩ。時(shí)域恢復(fù)相間首端反射系數(shù)譜時(shí)域恢復(fù)26受潮接頭定位案例分析接極頭化-定去位極實(shí)化測(cè)電案流例測(cè)-試3

原理結(jié)論：電纜總長(zhǎng)度為1330m（波速設(shè)定為172m/μs

），與TDR測(cè)試一致；電纜在125m、260m、360m、430m、580、650m、814m、970m疑似為中間接頭；接頭8峰值明顯高于接頭7，疑似接頭8存在缺陷；接頭8波形為“左負(fù)右正”因此疑似接頭8存在缺陷。27受潮接頭定位案例分析接極頭化-定去位極實(shí)化測(cè)電案流例測(cè)-試3

原理后續(xù)處理：現(xiàn)場(chǎng)人員找到并打開(kāi)中間接頭8，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部受潮嚴(yán)重，且接頭主絕緣存在明顯放電痕跡，接頭拆除完成后再次測(cè)試絕緣電阻，此時(shí)往開(kāi)閉所方向絕緣電阻為346GΩ、552GΩ、1024GΩ；電纜接頭位置示意圖接頭存在嚴(yán)重缺陷28目錄一、背景及意義二、接頭擊穿案例分析三、基于FDR的中間接頭定位技術(shù)四、受潮接頭定位案例分析五、結(jié)論29結(jié)論接頭長(zhǎng)期運(yùn)行中，因防水性能下降，造成界面水分入侵，從而導(dǎo)致絕緣降低，繼而導(dǎo)致界面電弧和絕緣燒蝕擊穿；水分的入侵一種可能來(lái)自外部，沿著界面入侵，另一種則是沿著導(dǎo)體的擴(kuò)散侵入界面，兩種可能都存在，因此在防水措施，導(dǎo)體的阻水也是一種重要措施；通過(guò)對(duì)中間接頭采取基于頻域反射法的定位技術(shù)，利用異常的頻域定位幅值突變和時(shí)域波形相結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)中間接頭的受潮進(jìn)行診斷；

現(xiàn)場(chǎng)缺陷接頭的解剖分析表明，導(dǎo)體的水分?jǐn)U散是水分入侵一個(gè)重要途徑。30結(jié)論改進(jìn)措施31水分入侵和擴(kuò)散是接頭擊穿故障重要原因，因此為改善接頭因受潮而導(dǎo)致?lián)舸┕收线@種情況，目前可采取的措施包括以下幾點(diǎn)：完善統(tǒng)一配網(wǎng)冷縮接頭工藝標(biāo)準(zhǔn)，目前配網(wǎng)使用的冷縮附件不同廠家所用材料工藝均有差別，部分廠家為節(jié)約成本忽略了部分關(guān)鍵材料及制作環(huán)節(jié)，導(dǎo)致接頭實(shí)際防水性較差。提高附件安裝人員技術(shù)素養(yǎng)，使其對(duì)接頭各個(gè)結(jié)構(gòu)功能及制作要求更加熟悉，同時(shí)可增加監(jiān)督和問(wèn)責(zé)環(huán)節(jié)。對(duì)于大量已安裝接頭，可采用一些新的方法對(duì)嚴(yán)重受潮接頭進(jìn)行定位和診斷，在其發(fā)生擊穿故障前進(jìn)行辨別和更換，盡量避免非計(jì)劃停電事故的發(fā)生。地址：四川大學(xué)電氣信息學(xué)院高壓樓郵編：610065電話：028-8540601585466288Http：//

Email:zhoukai_scu@163.comCEEI-HIGH

VOLTAGE

LABORATORY32電纜修復(fù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（參與起草）CEEI-HIGH

VOLTAGE

LABORAT