CN109142992A

CN109142992A - 一种35千伏交联电缆绝缘老化状态评估方法

Info

Publication number: CN109142992A
Application number: CN201810760122.9A
Authority: CN
Inventors: 乔金秋; 顾金; 周平; 刘圣奇; 李乐; 孙君洋; 周逸彬
Original assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2019-01-04

Abstract

本发明涉及一种35千伏交联电缆绝缘老化状态评估方法，(1)筛选出需要进行绝缘老化状态评估的电缆；(2)对待评估的35kV交联电缆进行交流耐压试验，若交流耐压试验不通过，则查出绝缘薄弱处进行抢修；若交流耐压试验结果良好，则进入步骤(3)；(3)采用等温松弛电流法对35kV交联电缆绝缘状态进行评定，并根据评定结果给出相应的处置意见。本发明可以对35kV老旧电缆的绝缘状态、使用寿命得到一个较为直观的结果，为电缆的“技改”工作提供可靠的参考，也为防止老旧电缆运行故障的发生提供保障。解决目前对绝缘材料的检测结果不可靠、检测方式适用范围较小的问题。

Description

一种35千伏交联电缆绝缘老化状态评估方法

技术领域

本发明涉及电缆绝缘状态评估，具体涉及一种35千伏交联电缆绝缘老化状态评估方法。

背景技术

交联电缆的设计寿命一般为30年，对于运行时间大于25年或本体故障累计满4次及以上的35kV电缆(不包括外部原因和附件故障)需要进行技改和大修，并经状态评价存在绝缘缺陷的电缆线路，应安排更换，因此大量的交联电缆需要进行更换和紧密监测。但目前对中、高压电缆的状态检测，特别是绝缘状态评估尚未引起足够的重视，基本上处于运行至故障发生然后进行抢修的状态。为确保城市安全供电，研究中、高压交联电缆绝缘老化状态诊断技术，并在此基础上建立电力电缆运行导则及诊断依据成为电力系统迫切需要解决的技术难题。

国内外对于电缆绝缘检测系统的研发多种多样，可以分为以单一的检测方法为基础的检测系统或者以多种检测方法结合的综合检测系统，电缆绝缘状态检测的方法主要有：直流分量法、直流叠加法、分布式光纤温度测量法、介质损耗因素法、回复电压法、接地电流法、逐级升压法、零序电流法等。

1、基于直流分量法的检测系统

通过施加交流电压，测量绝缘体中直流电流分量，绝缘体中水树枝密度越大、长度越长或电缆绝缘的老化程度越高则直流电流分量越大，因此可以检测直流分量来判断电缆绝缘老化程度，但是该方法只适用于在线检测，由于在线检测时电缆绝缘中电流直流分量很小(一般为纳安级)，容易受到外界干扰，并且电缆端部表面泄漏电阻受环境影响较大，容易造成很大误差。

2、基于直流叠加法的检测系统

通过将低压直流电压接到电缆上电压互感器的中性点并叠加到运行中的电力电缆导体线芯上，用灵敏度较高的低量程直流电流计测量出流过电缆绝缘体的直流电流，该直流电流可以分析并判断电缆的绝缘老化情况，然而该方法适用于中性点不接地的电网，而对于中性点直接接地的电网以及不在运行的电缆线路是不适用的，因此基于该方法的检测系统无法普遍应用。

3、基于介质损耗因素法的检测系统

将流过电缆绝缘体中的电流以及电压分别通过电流互感和电压互感器分别测量出来，并通过其他测量装置测出电缆绝缘的介质损耗因素，通过介质损耗因素判断电缆绝缘老化状态。基于介质损耗因素法的检测系统在对整条线路电缆绝缘老化状态的检测十分有效。介质损耗法所需要的测量仪器要求较高。由于在线监测系统周围存在高电压、强干扰，再加上tanδ的值很小，一旦有一点测量偏差，可能会造成tanδ偏离实际很多。为了获得真实信号，对传感器提出相当高的要求，使其不单单具有良好的线性度还具有良好的角差。环境因素对测量结果影响较大，相关实验表明：温度、湿度、都会对测量结果造成影响，并且影响程度很难界定。

4、基于回复电压法的检测系统

回复电压法(RVM)是近年国内外一种较方便的检测电缆绝缘老化状态的方法。该方法可以对被测电缆多次重复测量，是一种抗干扰能力强，操作简便，有效的测量方法。回复电压法的测量原理利用的是电介质的极化特性，其测量过程如下：

(1)将直流高压施加于绝缘电介质的两端，绝缘电介质的表面会出现束缚电荷，其内部会发生电导、极化等现象。

(2)将绝缘电介质的两端接地进行放电，此时绝缘电介质表面电荷会立即释放，同时介质内部出现去极化过程。

(3)去极化过程，该过程是一个十分缓慢的过程，当放电完成时，去极化过程仍未完成，因此会在电极之间出现一个电势差，称之为回复电压该方法中电介质的极化现象与绝缘材料的老化程度、所含的水量以及温度等多种因素密切相关，因此可以检测回复电压用以此判断电缆绝缘的老化状态。由于有检测回复电压时间长，受电缆长度影响较大等缺点，未能普遍应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种35千伏交联电缆绝缘老化状态评估方法，可以对35kV老旧电缆的绝缘状态、使用寿命得到一个较为直观的结果，为电缆的“技改”工作提供可靠的参考，也为防止老旧电缆运行故障的发生提供保障。用以解决目前对绝缘材料的检测结果不可靠、检测方式适用范围较小的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种35千伏交联电缆绝缘老化状态评估方法，所述评估方法如下：

(1)根据35kV交联电缆常规的运行资料与运行数据，筛选出需要进行绝缘老化状态评估的电缆；

(2)对待评估的35kV交联电缆进行交流耐压试验，若交流耐压试验不通过，则查出绝缘薄弱处进行抢修；若交流耐压试验结果良好，则进入步骤(3)；

(3)采用等温松弛电流法对35kV交联电缆绝缘状态进行评定，并根据评定结果给出相应的处置意见。

进一步地，步骤(1)中，需要进行绝缘老化状态评估的电缆的筛选条件为：

(a)投运年限：电缆投运时间超过20年；

(b)负荷情况：电缆发生过过负荷运行，或三相不平衡运行；

(c)绝缘类型：交联绝缘；

进一步地，步骤(3)中，首先对电缆绝缘体施加直流电压，电介质内部偶极子会定向排列产生极化现象；然后在放电阶段短暂时间内会发生电子的热释放，电介质内会产生去极化现象，此时检测其电流即为等温松弛电流，通过测量等温松弛电流计算老化因子，根据老化因子评定电缆的绝缘状态，从而确定电缆的老化程度。

进一步地，步骤(3)中，等温松弛电流为：

其中，I_n为等温松弛电流；

τ₁、τ₂、τ₃分别是对应了半导体屏蔽层与XLPE形成的界面极化时间常数、XLPE中晶区与无定形区之间的界面极化时间常数、老化过程中XLPE与水树枝等引起的水合盐之间的界面极化时间常数；

a₁、a₂、a₃则对应三种界面极化的极化强度。

进一步地，步骤(3)中，所述老化因子的计算方法为：

其中，A为老化因子；

a₁、a₂、a₃则对应三种界面极化的极化强度。

进一步地，通过老化因子对电缆绝缘状态的判定标准：若A<1.75，则电缆的绝缘状态为良好；若1.75<A<1.90，则电缆的绝缘状态为中等；若1.90<A<2.10，则电缆的绝缘状态为老化明显；若A>2.10，则电缆的绝缘状态为老化严重。

进一步地，若电缆处于老化“严重”状态，则建议更换电缆；若电缆处于老化“明显”的状态，则建议结合其它检测进一步排查；若电缆绝缘状态为“中等”，建议在后期运行中重点观察。

本发明达到的有益效果：(1)本发明可以对35kV老旧电缆的绝缘状态、使用寿命得到一个较为直观的结果，为电缆的“技改”工作提供可靠的参考，也为防止老旧电缆运行故障的发生提供保障，且采用等温松弛电流法的可靠性较高。

(2)减轻35kV交联电缆的技改压力，节约人力、物力和财力，最大限度的发挥电缆在电网安全运行中的作用。

附图说明

图1是本发明评估方法流程图

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明提出一套针对于投运年限超过20年的35kV交联电缆绝缘老化状态的评估方法，对35kV老旧电缆的绝缘状态、使用寿命得到一个较为直观的结果，为电缆的“技改”工作提供可靠的参考，也为防止老旧电缆运行故障的发生提供保障。

如图1所示，本发明的方法如下：

(1)根据35kV交联电缆常规的运行资料与运行数据，初步确定需要进行绝缘老化状态评估的电缆，主要从以下几个方面筛选：

(a)投运年限，电缆投运时间超过20年；

(b)负荷情况，电缆发生过过负荷运行，或三相不平衡运行等情况；

(c)绝缘类型：交联绝缘。

(3)采用等温松弛电流法对35kV交联电缆绝缘状态进行评定，并根据评定结果给出相应的处置意见，如：“建议更换”、“结合其它检测进一步排查”、“在后期运行中重点观察”等。

基于老化因子的数值可直接评估电缆的绝缘状态，目前的绝缘状态分类标准一般参照德国标准如表1所示

表1

绝缘状态	良好	中等	老化明显	老化严重
					老化因子	A<1.75	1.75<A<1.90	1.90<A<2.10	A>2.10

本发明通过对国产电缆的长期研究发现，由于国产电缆和国外电缆在材料选择、制备工艺上的差异，国产电缆的老化因子普遍高于国外电缆，因此本发明对德国标准进行了修正，适当提高了老化因子评估的标准值，参见表2。

表2

绝缘状态	良好	中等	明显	严重
					老化因子	A<1.75	1.75<A<1.90	1.90<A<2.10	A>2.10

根据表2的评定结果，若电缆处于老化“严重”状态，则建议更换电缆；若电缆处于老化“明显”的状态，则建议结合其它检测进一步排查；若电缆绝缘状态为“中等”，建议在后期运行中重点观察。

等温松弛电流法如下：首先对电缆绝缘体施加直流电压，电介质内部偶极子会定向排列产生极化现象；然后在放电阶段短暂时间内会发生电子的热释放，电介质内会产生去极化现象，此时检测其电流即为等温松弛电流，等温松弛电流与电介质内部老化程度密切相关，可以通过等温松弛电流来判断电缆的老化程度及绝缘体内部存在的缺陷；还有一个重要的参数指标来衡量绝缘材料的老化情况，就是老化因子，通过测量等温松弛电流，计算电缆老化因子，评定电缆的绝缘状态，并根据评定结果给出相应的处置意见。

老化因子的计算式为：

其中，A为老化因子；

a₁、a₂、a₃则对应三种界面极化的极化强度。

等温松弛电流与时间的关系可表示为：

其中，I_n为等温松弛电流，q是电荷量，L为电介质(绝缘材料)的厚度，f₀(E)是初始的陷阱占据情况，N(E)为陷阱密度，K是波尔兹曼常数，T是温度，t时间。

可简化为：

实施例：

1，初步确定需要进行绝缘老化状态评估的电缆，通过筛选有15条35kV交联电缆线路符合条件；

2，对待评估的35kV交联电缆进行交流耐压试验，若交联耐压试验不通过，则查出绝缘薄弱处进行抢修；若交流耐压试验结果良好，则进入下一环节，即电缆绝缘老化试验。

3，电缆绝缘老化试验

本实施例以筛选出的众望7262(望新)35kV电缆对本发明的方法进行说明。电缆信息和测试参数分别如表3、表4所示：

表3电缆信息

表4测试参数

直流极化电压	极化时间	短路时间	去极化时间
				2500V	1800s	0s	1800s

通过对电缆绝缘体加2500V的直流极化电压，极化时间和去极化时间都为1800s，通过测试系统采集极化电流，经滤波后分析绝缘老化状况，通过测试系统主要分析绝缘中三种不同类型的极化结果即：无定形与晶体的界面极化、由于老化造成的界面中金属盐、水合离子的极化；把三种极化曲线进行拟合得到电缆绝缘整体老化情况。

通过对A、B、C三相电缆分别测量得到的极化曲线，可获得三类与电缆老化相关极化峰数据。具体参数见表5。

表5众望7262(望新)分析结果

通过不同极化峰的松弛参数，可计算电缆老化因子。由表5可知，三相电缆的老化因子存在明显差异，可能与三相运行的负荷不平衡有关，其中A相的老化因子达到了3.08，其接头处存在明显的过热老化现象，相对B相和C相要严重的多，因此推断A相电缆的老化最为严重。

根据表5中计算出来的老化因子，A相电缆绝缘处于“严重”状态，建议更换；B相电缆处于老化“明显”状态，建议结合其它检测进一步排查；C相电缆处于老化“中等”状态，建议在后期运行中重点观察。

本发明可以配合技改工作开展，针对符合技改或大修要求的35kV交联电缆在改造前进行绝缘老化评估，根据绝缘老化评估的结果做相应处置，若交联电缆绝缘能够满足安全运行，则该条电缆可以延迟技改。本发明可以减轻35kV交联电缆的技改压力，节约人力、物力和财力，最大限度的发挥电缆在电网安全运行中的作用。

Claims

1.一种35千伏交联电缆绝缘老化状态评估方法，其特征在于：所述评估方法如下：

2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(1)中，需要进行绝缘老化状态评估的电缆的筛选条件为：

(a)投运年限：电缆投运时间超过20年；

(b)负荷情况：电缆发生过过负荷运行，或三相不平衡运行；

(c)绝缘类型：交联绝缘。

3.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(3)中，首先对电缆绝缘体施加直流电压，电介质内部偶极子会定向排列产生极化现象；然后在放电阶段短暂时间内会发生电子的热释放，电介质内会产生去极化现象，此时检测其电流即为等温松弛电流，通过测量等温松弛电流计算老化因子，根据老化因子评定电缆的绝缘状态，从而确定电缆的老化程度。

4.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(3)中，等温松弛电流为：

其中，I_n为等温松弛电流；

a₁、a₂、a₃则对应三种界面极化的极化强度。

5.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(3)中，所述老化因子的计算方法为：

其中，A为老化因子；

a₁、a₂、a₃则对应三种界面极化的极化强度。

6.根据权利要求5所述的评估方法，其特征在于，通过老化因子对电缆绝缘状态的判定标准：若A<1.75，则电缆的绝缘状态为良好；若1.75<A<1.90，则电缆的绝缘状态为中等；若1.90<A<2.10，则电缆的绝缘状态为老化明显；若A>2.10，则电缆的绝缘状态为老化严重。

7.根据权利要求6所述的评估方法，其特征在于，若电缆处于老化“严重”状态，则建议更换电缆；若电缆处于老化“明显”的状态，则建议结合其它检测进一步排查；若电缆绝缘状态为“中等”，建议在后期运行中重点观察。