摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，阐述了10kV电缆超低频介质损耗检测的原理和方法，对一条10kV电缆开展了超低频介质损耗测试，发现介质损耗超标，找出介质损耗超标的原因，对有问题电缆接头进行解体分析，为电缆超低频介质损耗检测的应用提供参考。
关键词：超低频；介质损耗；电缆；应用
引言
随着城市建设的高速发展，电力需求逐步增长，其与土地资源日益紧张之间的矛盾也逐渐凸显，配网线路的改造工作迫在眉睫。相比架空线路，电力电缆占地少、可靠性高，在配网线路中的应用率越来越高。目前，国家电网公司在运10～35kV配网电缆线路总长度已超30000km，运行时间最长可达25年。然而，电缆实际运行中往往受到各种不利因素的影响，如绝缘老化、潮湿进水、负荷变化、外力破坏等，降低了电缆的使用寿命，严重时还会影响配网线路的安全稳定运行。据相关统计，2001年我国10～220kV电力电缆的平均运行故障率高达5.2次/（100km•a），是发达国家的10倍，且配电线路电缆故障率远高于输电线路。因此，对电缆绝缘性能开展定期测试与诊断，及时排除故障电缆，并寻找引起电缆故障的主要因素，对提高电力系统稳定性具有重要意义。现有的电缆绝缘性能在线检测方法主要有直流法、交流叠加法、局部放电法、介质损耗因数（tanδ）法等，国内外诸多学者对各种检测方法均开展了相应的研究。通过叠加直流电压来测量电缆绝缘电阻，并尝试通过电桥配置来提高测量的精度；利用局部放电法对高压电缆附件局放进行检测分析，并对检测传感器的合理安装位置进行了探讨。然而，现有的在线检测方法存在检测信号微弱、易受干扰、精度不高等缺陷，同时缺乏相关行业标准，还未达到成熟阶段。
1电缆介质损耗测量的原理及意义
在电压作用下，电缆绝缘介质产生一定的能量损耗，这部分损耗称为介质损耗，简称介损。产生介质损耗的主要原因是绝缘介质电导、极化和局部放电。介质损耗的大小直接反映电缆绝缘性能的优劣。对于同一电缆，介损越小，绝缘性能就越好，反之亦然。为便于分析，通常将绝缘介质看成等效电阻R和等效电容C的并联电路。通过测量tanδ可以发现一系列绝缘缺陷。一般情况下，若电气设备的绝缘良好，tanδ不会随着电压的变化而变化，但是如果绝缘有缺陷，特别是绝缘内部存在气隙时或介质进水潮湿时，tanδ随电压的变化会很明显。
2电缆介质损耗与绝缘老化的关系
电缆在运行过程中，由于热效应、机械应力、恶劣环境等因素导致电缆受潮、接头老化与水树劣化等，使其绝缘特性逐步降低、介损增加。对于运行年限较长的电缆，其绝缘老化主要原因是水树枝劣化。在潮湿的环境中，电场强度比较低的条件下，经过电场长时间作用，电缆绝缘内部会逐渐产生水树。水树主要由一系列含水微孔沿电场方向排列构成，微孔中聚集了极性基团与杂质导电离子等，一定程度上增大了电缆的介质损耗。水树枝产生后会缓慢地生长和壮大，并逐渐转化为电树枝。当水树枝转换为电树枝后，电缆将可能在几周到几个月内发生击穿。在此过程中，电缆的介质损耗不断增加，其绝缘特性也逐渐降低。此外，部分电缆在电缆运行初期绝缘性能便会大幅下降，主要由于安装不当或者附件质量不佳，导致电缆外皮破损等，使电缆易受潮甚至进水。电缆一旦进水，其主绝缘在强电场的作用下，容易产生水解，水份被高聚物吸附、吸收并扩散，使其绝缘性能下降，介质损耗因数增大。若进水发生在电缆接头处，其接头处易形成电树枝，出现爬电现象，使其绝缘电阻值下降，介质损耗因数增大，接头绝缘老化速度加快，最后导致放电引起故障。
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3PDC测试
将待测电缆被试品的缆芯和屏蔽接地线分别与限流电阻端、皮安表电流信号输入端相连。当测试开始时，工控机将高压继电器切换至S1，高压直流电源、限流电阻、皮安表、电缆试样构成完整回路，此时被测电缆处于极化状态。经过一定的极化时间之后，继电器切换至S2，电缆试样、限流电阻和皮安表构成去极化回路，此时被测电缆处于去极化状态。在电缆的极化和去极化过程中，皮安表负责测量和记录电流数据，并将数据存储在皮安表的缓冲区内，然后通过RS232串口将记录的数据传送给工控机。为使该测试方法不对老化电缆试样的绝缘造成二次损伤，所施加的直流极化电压往往不超过电缆相额定电压的40%，且文献[16]指出极化电压为相额定电压的10%时也可检测出电缆内部绝缘的老化问题，因此本文采用1kV电压对电缆进行极化/去极化电流检测。此外，对于XLPE绝缘电缆，极化过程中的能量损耗主要考虑的是取向极化损耗和界面极化损耗。取向极化建立时间为10−5~10−2s，而界面极化建立所需时间相对比较长，通常为10−2~104s。为保证电缆绝缘电介质的充分极化，极化时间应足够大，这样才能有效地对电缆绝缘层老化前后的绝缘状态进行评估和诊断。
4电缆超低频介损测试的应用
1）将新旧电缆交接处的电缆中间接头切除，经检测靠近鸣山开闭站一侧电缆介损正常，靠近会展中心的1263m长的电缆介损异常。2）将异常段电缆中间位置（靠近会展中心664m）的中间接头切除，经检测靠近鸣山开闭站一侧电缆介损正常，靠近会展中心的电缆介损仍异常，测试过程中发生中间接头加压击穿事件。3）将距离会展中心的238m处中间接头切除，再次测量两侧电缆均恢复正常状态，由此可知，此接头是导致电缆低频介损及绝缘电阻异常的原因。4）对处理后的电缆进行整体检测，三相电缆的绝缘电阻恢复至14GΩ，介损值均在3‰以下，对电缆第三个中间接头进行解体分析，通过解体发现中间接头应力锥端部防水带材明显进水，应力锥内部进水，最终导致绝缘电阻和低频介损测试异常。
5超低频现场试验
电力配电系统中投资最大的是电缆系统。电缆系统要求具有高度的可靠性和合理的寿命。为了保证电缆系统的可靠性和达到规范和工业标准，我们就必须对其做试验。电缆制造厂家的责任是必须保证生产并提供高质量的产品。他们必须保证和验证产品适用于特定的用途。为了提供符合要求的电缆产品，保证产品的材料质量和对生产过程的控制，制造厂家必须对电缆进行试验。对于电缆用户来说，电缆试验意味着不同的事。安装前的检查可以拒绝接收运输导致的损坏电缆。电缆安装后和投产使用前的试验可以发现可能的机械损害和不合格的安装工艺。检修后的试验可以保证检修质量和检测到其它可以导致电缆在返回投入使用中产生故障的缺陷。对电缆的定期试验可以了解电缆系统的整体情况，从而可以按计划检修，排除将来的电缆系统故障，以避免突发故障。通过对几十万英尺的交联聚乙烯（XLPE）电缆的试验证实，当从一批电缆中挑出有故障的电缆时，超低频（0.1HZ余弦脉冲）试验的效果最好。对于测试存在大量均匀分布“水树枝”损伤的交联聚乙烯电缆，超低频试验的结果是不明确的。如果把缺陷数量和缺陷尺寸作为验收电缆的标准，可以采用以下规则来简化选择过程。
结语
10kV电缆超低频检测技术是国际先进的电缆绝缘状态评估和检测方法，在国外的应用较为广泛，国内则开展甚少。超低频介损检测技术可以提高电缆介损检测的准确性，尤其是当电缆进水受潮时，检测结果可靠性较高。
参考文献：
[1]褚晓锐，颜怀梁，钱波．电缆试样的介质损耗测试试验及分析[J]．西华大学学报：自然科学版，2006（5）：63-65，107．
[2]尹燕民，杜永刚，王德胜．电缆超低频（VLF）正弦波耐压试验的应用[J]．设备管理与维修，2014（增刊1）：103-104．
论文作者:候迪,胡明丽
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/11/20
标签：电缆论文; 介质论文; 低频论文; 电压论文; 测试论文; 树枝论文; 试样论文; 《电力设备》2019年第15期论文;