在线智能检测高压电力电缆绝缘的技术方法

在线智能检测高压电力电缆绝缘的技术方法

王可坛 冯冀 姜涛 刘洁苇 苏鹏

国网天津电缆公司 天津 300300

摘要：在高压电力电缆的正常运行中，绝缘是一个重要的指标，直接关系到电缆的安全。因此在电缆运行的时候进行绝缘检测，可以有效提供诊断依据，及时发现所存在的绝缘问题，并进行相应的解决。对于高压电力电缆的绝缘检测，当前的技术方法主要有主绝缘检测与护套层的在线检测，但主绝缘故障与护套层故障的正确区分是一个世界性的难题，需要在现有基础上进行创新，以达到正确区分的目的，并和预警系统相结合，进一步保障高压电力电缆的安全稳定运行。

关键词：电力系统；高压输电线路；施工技术

一、常用的绝缘在线检测方法

在高压电力电缆运行系统中，绝缘技术是衡量高压电力电缆安全运行的关键指标套层绝缘在线检测是各大电网企业常。当前，主绝缘在线检测与护用的高压电力电缆绝缘在线检测方法。对电缆的主绝缘故障采用接地线电流法进行检测，对护套层绝缘故障采用环流法进行检测。一般来说，高压电力电缆护套层主要采用交叉互联换位排列方式，如排列方式呈正三角形则环流为零；如排列方式呈水平则环流大于零，但环流的绝对值不大。但是，护套层内常见绝缘故障为多点接地故障，导致接地电流较大，因而可通过检测接地电流来了解绝缘故障情况。如接地电流异常，可从两方面分析造成接地故障原因：一是多点接地故障造成绝缘故障；二是主绝缘故障导致泄露电流的增高。但在110kV及以上的高压电力电缆运行系统中，并没有更为明确的检测手段来鉴别到底是何种原因造成绝缘故障。

二、同时检测主绝缘与护套层故障的原理

为区分主绝缘故障和护套层绝缘故障，本文提出采用交叉互联接地方式，通过检测高压电力电缆的护套环流以明确主绝缘故障，通过检测电缆接头的护套感应电压以明确护套层故障。在图1所示A、B、C三相交叉点上行安装电流传感器，以独立泄漏线路a1-b2-c3为例，同时检测主绝缘与护套层故障的标准单元接线见图2。在护套层绝缘良好、高压电缆运行正常情况下，图1中1、4、8、10四个点检测到的电流与图2中I1、I2、I3、I10四个点的电流相等。

分析图1、图2的检测线路可看出：当A相主绝缘出现故障后，三相容性电流相互抵消，高压泄露电流Ihv是由主绝缘故障产生，高压泄露电流Ihv为I1、I2、I3、I10四个点的电流之和，且高压泄露电流Ihv不等于0；当护套层出现多点接地故障后，三相容性电流相互抵消，接地故障电流Ilv是由护套层绝缘故障造成，接地故障电流Ilv为I1、I2、I3、I10四个点的电流之和，且接地故障电流Ilv不等于0。因此，当实际测量的感应电压值降低时，表明护套内有多点接地故障；当实际测量的感应电压值小于理论值时，表明护套内有多点接地故障，如果I1与I10之和不等于0，表明存在主绝缘故障。

三、同时检测主绝缘与护套层故障的模拟实验

3.1模拟实验的等效电路

本次模拟试验中，采用变压器来模拟护套层感应电压，电容模拟主绝缘，电阻模拟主绝缘和护套层故障。通过模拟试验装置可实时检测护套层的感应电压和接地电流，以获取高压电力电缆是否出现绝缘故障。模拟试验中等效电路的相序分为A、B、C三相，在A、B、C三相序上分别加装6台电容，在12个交叉互联的护套连接点上各加装1台电流传感器，以模拟出高压电缆的主绝缘；在A、B、C三相序上分别加装6台隔离变压器，将输出电压从220伏降低到110伏，以模拟出电缆护套的感应电压；在等效电路的两旁分别连接一个1的主电阻，每个主相序上连接6个190的限流电阻。主隔离变压器连接3个额定功率为100W的7移相电阻，与电容组合成为容阻移相电路。当等效电路中输入220V的三相交流电源时，在容阻移相电路作用下将会形成三个主相序电压。如果感应电压抵消不完全，在2个主电阻和18个限流电阻上就会产生护套环流。这时12个电流互

感器开始采集环流，电阻分压器开始采集感应电压，所采集到的环流和感应电压是将会由故障诊断系统进行分析，以明确在线检测电缆绝缘故障的原因。

3.2实验装置的故障模拟

3.2.1测量并计算护套中的环流与感应电压

本系统采用220V交流电压在A、B、C三相序上加装的18台隔离变压器降低到110伏交流电压进行模拟。一般来说，护套内的感应电压为220V，通过2个1000的分压电阻，将感应电压降低到2.2V。另外，A相第1小段、B相第2小段、C相第3小段这3条支路的两个隔离变压器的副边电压之和小于0，因而这三个小段的两个隔离变压器的副边环流也为0。将A相第1小段的两个隔离变压器接地，测量得出：A相第1小段的隔离变压器副边的环流为0.58A，另外2小段的隔离变压器副边的环流为0.11A，两个电阻分压器上的感应电压均为88V和176V，以上测量结果与理论计算吻合。

3.2.2测量并计算电缆主绝缘的容性电流

一般电力系统的电压往往超前于电流，三相序上的系统电压和负荷电流间存在相位差α。假设功率因素cosα为0.8，则tanα为0.75。在忽略主隔离变压器相位移的情况下，移相电阻为7Ω。本次模拟试验采用任意一个移相电阻和相对应的电容组成容阻移相电路。计算图1中a1-b2-c3支路的容性电流得出：A相第1小段、B相第2小段、C相第3小段这3条支路的容性电流均为6.3A。通过电流传感器实测得出，三条之路的电流均为6.3A，测量结果与理论计算吻合。

然后，在模拟的等效电路上进行电缆故障的模拟，在A相第1小段的主绝缘上并联一个1000Ω的电阻来模拟该线路上主绝缘老化、电阻增大等故障，线路接通后，实测得出A相第1小段的容性电流为6.3026A，B相第2小段、C相第3小段这2条支路的容性电流为6.3A。A、C两相之间的容性电流计算值在6.3~6.3026安培之间，三次实测的容性电流也在6.3~6.3026安培之间，测量结果与理论计算吻合。

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