电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算.pdf

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1、沈阳工业大学硕士学位论文电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算姓名：贾延峰申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：苑舜;蔡志远20070113沈目|I 业大学硕士学位论文摘要本文以交联聚乙烯电力电缆为研究对象，介绍了电力电缆供电的优缺点，分析了电力电缆绝缘诊断的重要性，讨论了国内外电力电缆绝缘诊断技术现状和发展趋势，在此基础上提出本文研究的重点内容判断绝缘击穿故障的特征信号及其仿真研究。首先，从宏观及微观的角度阐述了电力电缆故障原因及类型。宏观角度，对运行中电缆易出现的故障的原因、部位进行了统计分析，并提出了适当的防范措施；在此基础上，从微观角度，更进一步分析了电缆绝缘老化的机理

2、，并就引起老化的各种因素的发生发展过程作了更深层次的研究。其次，对国内外现有的各种电力电缆绝缘诊断技术进行了详细的介绍与比较，结合电力电缆的特点，提出了以接地线电流为特征信号的电缆绝缘诊断方法。再者，通过对标准中规定的形式试验的分析，进一步验证研究电力电缆绝缘在线监测技术的必要性。最后，建立了仿真模型，对电力电缆局部缺陷由老化直至击穿过程中，电缆各电气量之间的关系作了详尽的仿真分析，主要完成了以下内容：仿真得出电力电缆绝缘由老化到击穿的过程：仿真分析了单相和三相电力电缆负载和电压不同时的绝缘电阻、电容及损耗因素与接地线电流之间的关系；通过仿真验证接地线电流法对电缆绝缘诊断的有效性。本文通过对电

3、力电缆局部绝缘缺陷的仿真研究，提出了基于接地线电流信号的绝缘诊断方法，并根据仿真结果提出了电缆绝缘由老化到击穿的三个阶段，从而为更好的运用电力电缆诊断技术，为电力系统安全、方便、迅捷的排除电缆故障提供有利的理论依据和实际经验。关键词：交联聚乙烯电力电缆，电缆故障，绝缘诊断，接地线电流电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算T h eF a u l tD i a g n o s i sa n dS i m u l a t i o no fR u n n i n gC a b l ei I lP o w e rS y s t e mA b s t r a c t1 1 l i sp a p e r

4、f i r s t 缸u s e so np o w 盱c a b l ew 曲X I J P Ei n s u l a t i 彻n 柚a l y z 髓t h ei m p o n 卸c co fd i a 印o s i sf b fc a b l ei n 鲫l a t i，i n 仃0 d u st l I ea d v 锄t a g e s 柚dd i s a d v 柚t a g e sf b rs u p p l y i n gp o w 盯晒i n gp o w 盯c a b l e，锄dd i s c l l s s 器i t st c c l l l l i q u el

5、c v e la l lo v e rt h ew o f l d 柚di t sd c v e l o p i n gt r e n do ft h ei n 鲫l a t i 彻d i a 印i sf o rX I j P l Ep o w r c rc a b l e B 舔c d 衄t l l j s，t h ef e a t u r 船s i 辨a l 姐d a r c ho fs i m u l a t i o no fi 璐u l a t i o nb r e a k d o w n 劬n，w h i c hi st t I ek e y锄b s t a n c co ft h

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13、 l p e I i o d sf b n na g i l I gt ob r e a k d o w nf b rc a b l ei 璐u l a t i a c r d i n gt os i m u l a t i r c 锄l t s，t l l e r c b y沈阳上业大学硕士学位论文0 f 艳r i n gf h v o m b l et h r yb 鹤i s 柚dp 髓c t i c a le x p c r i e n c ef o ra p p l y i n gb e t t 盯吼b l ei n s u l a t i 咖d i a 驴o s i s 她ds a

14、f c l y，c o n V 朋i e n t l y 锄dq u i c u ye l i m i n a t i n gc a b l ef a u l t s 1【e yW o r d s：J 陋p o w e r 姐b I e，b l ef a u，i 删l a“o nd i a 驴0 s i s g r o 哪d i 雌棚舢t独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的

15、同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。虢蝉吼业关于论文使用授权的说明本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵循此规定)签名：j 嶂导师签名：日期：趔Ul 垒沈阳1：业大学硕士学位论文1 绪论1 1 电力电缆绝缘诊断的意义随着工业的发展、城市的扩大，输电、配电系统中电力电缆的比重在不断提高。目前所用的电力电缆大多采用有机绝缘材料，如油纸、橡胶、交联聚乙烯等。如果电缆的制作质量(包括缆芯绝缘、护层绝缘所

16、用的材料及制作工艺)好、运行条件(指负荷、过电压、温度及周围环境等)合适，而且不受外力等破坏，则电缆绝缘的寿命相当长。国内外的运行经验也证明了这一点：制造、敷设良好的电缆，如有事故大多由于外力破坏(如开挖、挤压而损伤)或地下污水的腐蚀等所引起的。随着我国经济的快速发展，现代企业的生产也要求电力电缆的运行是长期、连续和安全稳定的。然而由于电力负荷的不断增加，电力电缆由绝缘缺陷所导致的事故隐患也在不断增加，因此如何保证电力电缆安全稳定的运行已成为了电力系统中一个多因素、非常复杂的课题。电缆绝缘的好坏是影响电缆安全可靠运行的关键因素：为了保证电缆安全稳定的运行，就有必要对电缆绝缘进行诊断，以期对电缆

17、绝缘缺陷做到及早发现及早应对。我国早期的电缆绝缘诊断技术主要是定期的预防性试验制度，然而由于电缆线路越来越长，电容量越来越大，给预防性试验带来了很大的困难，而且在长期运行中累积的经验表明这种定期的预防性试验存在诸多弊端，主要有1 1】【2】【3 l：第一，必须停电进行试验，这样往往造成供电中断；第二，不能根据电缆绝缘状况有选择地进行试验，往往是对所有电缆都进行试验，结果使绝缘本来完好的电缆经多次试验而导致电缆绝缘性能加速劣化；第三，易对电缆造成“累积效应”、“整流效应”等。因此，电力电缆在线监测技术是电缆绝缘诊断的必然发展趋势。为了更加准确、有效的判断运行中电缆绝缘是否击穿，找出表征电缆绝缘良

18、好程度的各种电气量参数的临界值，是电力电缆绝缘在线监测技术的关键所在。通过统计电力电缆绝缘的各种电气量参数信息，找出一种准确有效的电力电缆绝缘诊断判据，从而使电力系统从预防性阶段过渡到预知性阶段，进一步提高电力电缆网的安全可靠供电，减少突发事故的产生M。目前我国电力电缆绝缘诊断技术，还处于起步发展阶段，如何电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算准确、快速的查找出电缆绝缘隐患，找到一个有效的电力电缆绝缘击穿时的判断依据，是当前及以后要努力进行的工作。1 2 国内外电力电缆绝缘在线监测的现状及发展长期以来，国内对电气设备绝缘诊断主要采用定期试验维修的方法，这种离线试验方法在过去为电力行业作出了重

19、要的贡献，但我们也时常碰到，经过试验维修，合格的设备投入运行后不久就出现事故的情况。电缆作为一种特殊的设备，在试验时使用耐压试验等方法，本身就会对其造成损伤，加快了电缆的老化，影响电缆的绝缘特性，虽然耐压试验仍然是一种有效的发现故障的方法，但我们一直在不停的寻求新的试验方法。在线监测技术的发展，为电缆的检测提供了新的思路。近二十年来，为了保障电力电缆的安全运行，电力电缆绝缘在线监测技术得到了长足的发展。目前，x L P E 电力电缆的在线监测技术主要有直流分量法、直流叠加法、辔6法、局部放电法及低频(O 1 H z)叠加法等。国外，特别是欧美和日本等发达国家这些方法已经得到较广泛的应用，积累了

20、丰富的经验，在监测方法和技术上处于领先地位，其研究开发的绝缘监测及检测装置已有较好的应用效果：更重要的是，长期的在线运行提供了大量的监测结果，丰富了对电缆缺陷和老化的判据。值得一提的是，日本在交联电缆的在线监测技术和方法上投入了大量人力和物力，开发了一些诊断设备，并提出了电缆老化程度的判据【8】【9】【1 0 l。国内，在线监测技术目前尚处于起步阶段，不少学者和研究单位对国外的监测技术和方法进行跟踪研究，如上海交通大学、西安交通大学、清华大学、上海电缆研究所等。在电力电缆在线监测领域，国内也有大量相关论文和研究成果，但是目前投入实际运行的在线监测产品并不多见。1 3 论文的内容与关键技术本论文

21、是针对配电网中电力电缆的研究，首先统计电力电缆绝缘故障的类型及原因，明确故障发生发展的机理，进一步了解电力电缆各组成部分的作用；通过对国家标准中规定的现场试验的研究分析，对比性的论证电力电缆绝缘在线监测技术的必要性。在此基础上，研究电缆绝缘逐步老化直至击穿的过程中，表征电缆绝缘良好程度的电气沈阳f：业大学硕士学位论文量参数的变化情况，找出一种准确、有效并便于测量的电气参数特征量作为电缆绝缘击穿时的判别值。1 3 1 论文主要内容(1)电力电缆故障类型及原因分析虽然电力电缆较架空线路的运行可靠性有了很大提高，但随着社会生产的不断发展，负荷的不断增加，电力电缆故障也时有发生。为了更好的保证电力电缆

22、安全可靠的运行，对电缆故障原因及类型进行统计是必要的。(2)现场试验根据国家标准规定，对电力电缆进行现场试验，论述现场试验的作用，并研究现场试验是否能够完全反映电力电缆绝缘状况。(3)电力电缆绝缘击穿时特征量的选取及临界值的确定为了更加准确有效的判断电力电缆绝缘是否击穿，特征信号的选择和击穿时临界值“的确定是非常重要的。本文拟通过仿真计算得出电力电缆绝缘逐步老化直至击穿过程中，电缆绝缘电容、绝缘电阻、损耗因素及接地线电流之间的关系，通过分析确定判断电缆绝缘击穿的特征信号及特征量。1 3 2 关键技术及难点本课题的关键技术有三点：对电力电缆故障类型与原因的大量统计工作，仿真模型的建立，电力电缆绝

23、缘击穿时特征信号及临界值的确定。(1)电力电缆故障类型与原因的研究在查阅大量文献的基础上，要通过统计总结找出电缆发生故障的原因及故障类型，工作量大，并且在上述研究的基础上，还要对电缆故障的深层原因进行研究。(2)电力电缆仿真模型的建立在对电力电缆进行仿真研究之前，必须建立一个能正确反映电力电缆绝缘状态的模型，这是本课题研究的一个关键所在。(3)电力电缆绝缘击穿时特征信号及特征量的确定电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算特征信号的确定是本课题研究的基础，要在现有的在线监测方法的特征信号中(如局部放电、直流法、低频法、接地电流法等)选取出一种准确、简单实用、可靠的特征信号，不仅要比较各种特征信

24、号的优缺点和适用范围，而且所选的方法必须适应电缆网自身的特点。电力电缆模型的建立是确定特征量(电力电缆绝缘击穿临界值)的第一个难点，所建立的电力电缆模型应能准确、有效的反应电力电缆的结构和参数以及电缆故障时接地线电流的特点。而特征量的选取是本课题最重要的部分，准确的确定特征量能够有效实现电力电缆绝缘击穿故障的预判别，从而通过各种控制手段避免故障的发生。沈阳工业大学硕士学位论文2 电缆网的故障电力电缆本体由纯净的材料在净化环境里连续制造而成，其绝缘结构和尺寸的制造误差很小，通常可以简化为理想同轴电容结构。在交变电场下，内部电场分布比较均匀，介质中任意一点的电位均满足泊松方程，理论上认为电力电缆可

25、靠性高1 1 1 l、安全性好而且其占地面积小、不影响城市美观，在我国城市居民区、工矿企业及部队使用愈来愈多。但由于受机械、热、水等因素的影响，可能出现故障1 1 2 1。人口稠密，特别是地下管线复杂的城市区域，电力电缆输、配电线路安全的重要性更为突出【“。2 1 电缆故障原因虽然我国主要城市的1 0 2 2 0 k V 电力电缆平均运行故障率己由1 9 9 7 年度的1 1 3 次(1 咖a)逐年下降到2 0 0 1 年的5 欲(虹l a)，但与发达国家相比仍然高出许多倍。电力电缆发生故障的主要原因为：1)外力破坏、市政建设时野蛮施工造成电缆破坏故障大幅上升：2)电力电缆施工时没有严格按工艺

26、要求而留下的隐患【1 4 l；3)电缆本体质量问题；4)电缆的长期过负荷运行，据统计我国大约有7 2 的电缆线路常处于过负荷运行状态且缺乏及时的维护。如果不计外力破坏引发的电缆故障，那么在电缆投运初期(卜5 年)电缆及附件质量和安装敷设质量问题是电缆故障的主要原因；在运行中期(5 2 5 年)，电缆基本进入稳定运行期，故障很少；在运行后期(2 5 年后)，电缆本体绝缘树枝状老化及附件材料老化加剧，电缆运行故障急剧上升，其中附件故障约占8 0。根据2 0 0 1 年全国主要城市电缆故障统计，在引发故障的原因中外力破坏占5 8，附件质量占2 7，敷设施工隐患占1 2，本体质量占3。2 1 1 外力

27、破坏外力破坏1 1 5 l 是电缆故障的主要原因，城市规划工作中自来水、煤气、通讯、市政、路桥、房地产、绿化等施工中造成电缆损坏约占电缆故障的5 8。主要表现为：(1)机械开挖、人工打桩施工时未经核对，损坏电缆而接地短路。这类事故占电缆故障 4 0。电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算(2)安装、固定不牢，电缆错位、摩檫、变形，导致绝缘故障。这类事故在移动设备上经常发生。(3)车辆辗压，地面沉降，造成电缆错位、变形，导致故障，这类问题在部分直埋电缆上较多。而造成外力破坏电力电缆的原因无外乎以下几点：1)市政施工人员安全意识薄弱，为赶工期违章作业，在未进行人工试挖探坑的情况下，善用机械钻孔：

28、2)监理不力，工程各管理部门协调不好，安全责任和措施未落实到人；3)边设计、边拆迁、边施工的工作方式导致施工措施信息滞后。上述外力作用往往造成电缆护套局部破损及铠装钢带变形嵌入绝缘，再加上土壤中的潮气或水分会从损伤部位侵入到电缆绝缘中，最终就会导致运行故障。为了降低由外力破坏引起的电缆故障，电力部门应采取有效的措施防范电缆遭受外力的破坏，具体措施如下：1)加大巡查频率，对破坏事故频发区、市政施工建设密集区及节假日增加巡查次数。2)参与有关管线协调会议，通过这种会议向有关市政建设部门介绍地下电缆线路的走向及具体位置。3)实行危险点控制方案，在市政施工位置指定专人定时问、定内容的巡查。4)在电缆管

29、理上实行领导一技术专责一运行专责一护线员的层层负责制度。5)实行安全措施交底及线路监护工作，对涉及电缆保护区内的施工，必须向有关电缆监管部门提交电缆监护方案，并经审核后派专人对施工点的电缆进行监护。6)在电缆保护区设置电缆标志牌。8)通过各中宣传方式，宣传电力相关法律及电力设施保护的知识。9)对电缆线路上的违章进行严厉惩罚，及时向违章部门及个人发出隐患赔偿或处罚通知书。除此之外电缆主管部门还应与市政施工部门做好沟通，及时了解施工进展情况，做好电缆保护工作。6沈刚I 业大学硕士学位论文2 1 2 电缆安装、施工的问题据文献 1 1 统计1 0 k v 及以上电缆有约1 2 的运行故障与安装和施工

30、质量问题有关。电缆在 正常寿命期l 4 的时间就被更换。电缆敷设未执行规范要求或施工时地理环境、天气条件影响，为电缆投入运行后留下众多隐患。(1)电缆外护套破损敷设时野蛮拖拉，损伤电缆外护套，引起主绝缘内部进水受潮，导致事故发生。(2)环境潮气、湿度偏大制作电缆头时因环境潮气、湿度偏大，绝缘局部受潮，使绝缘性能下降，发展成贯穿性通道，导致电缆击穿事故。(3)中间接头密封不良电缆中间接头密封不良，投入运行后使绝缘内部受到潮气、水分的侵蚀，引起中间接头绝缘受潮劣化。(4)导体连接管压接不良电缆中间接头导体连接管压接不良，打磨不平整，特别是在压接管口边缘处，局部有尖角、毛刺。(5)中间接头设置不合理

31、中间接头设置不合理，施工中电缆中间接头之间距离设置太近，有些电缆平均约1 0 0 I I l 就有一个中间接头。这些施工质量问题绝大部分是可以避免的，所以要求电缆安装人员在敷设电缆时，遵守安装规程，时刻注意地理环境及气候。2 1 3 电缆本体质量问题电缆本体质量缺陷常会引起绝缘进潮，绝缘强度下降，从而发生击穿事故。通过这几十年的运行经验，我们发现电缆本体绝缘缺陷是造成电缆故障的主要因素，其中绝缘进水是绝缘问题中的常见现象，也是油纸电缆故障的主要原因。几年的两网改造将老旧油纸电缆更新成交联电缆。目前所有的电缆厂基本均用诺基亚生产线，设备差别不大，关键是制造过程中的管理，包括加料问的环境、温度、湿

32、度，绝缘偏心度电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算的监控、绝缘屏蔽层的界面处理，还有从线芯到外护套以及出厂实验等。近年来由于面临激烈的市场竞争，部分电缆厂家常在电缆制造过程中尽可能地取负公差尺寸以降低成本，使生产过程中稍有不慎或管理疏漏便导致电缆本体制造缺陷，如电缆绝缘层中局部区域微孔、杂质和焦烧的数量和尺寸超标；绝缘层、内外半导体屏蔽层的偏心度超标：内外半导体屏蔽层突异物缺陷：金属屏蔽层开裂等缺陷。文献 1 1 统计显示电缆本体质量问题占电力电缆故障的3，2 0 世纪7 0 一8 0 年代投运的x L P E 绝缘电力电缆产品均采用l+2 挤出的生产设备和湿法蒸汽交联工艺，约有3 7 0

33、 0 0 k m 质量不稳定的产品投入运行且进入了高故障率时期。宝钢从1 9 8 8 以后发生多起供电电缆主绝缘击穿事故，解剖后发现电缆主绝缘严重偏心。后于1 9 9 7 年更换电缆。于9 5 年进行的耐压试验发现每升高一个电压等级一些电缆样品就会发生主绝缘击穿，后经解剖发现电缆主绝缘中局部存在明显的颗粒状杂质。对换下来的电缆进行寿命评估时发现电缆寿命至少还有1 7 年。2 1 4 过负荷运行根据文献【1 1】统计，约有7 2 的电缆线路长期运行在过负荷且缺少及时维护的状态，加之较差的散热环境，使得夏季环境温度较高时，过负荷运行的电缆本体热量无法散出温度过高，加剧整根电缆的绝缘老化，留下事故隐

34、患。2 2 电缆易出现故障部位电缆易出现故障的部位主要有绝缘、附件和外护套。2 2 1 绝缘问题电缆的绝缘老化主要出现在电缆投入运行的后期，导致运行后期故障率大幅上升：绝缘老化主要分为树枝状老化、电一热老化及附件材料老化。电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、硝鼓等化学生成物，腐蚀绝缘层；绝缘层中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘程度下降。过热会引起绝缘层老化变质。电缆绝缘内部气隙产生电游离造成局部过热，使绝缘层碳化。电缆过负荷是电缆过热很重要的因素。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧沈刚工业大学硕士学位论文道等通风不良处的电缆、穿在干燥管少的电

35、缆以及电缆与热力管道接近的部分等都会使电缆绝缘本身过热而使绝缘层加速损坏I 嘲。2 2 2 附件问题理论上认为，电力电缆受外界环境因数和人为因数影响较小，安全运行可靠性高，但是电缆的中间接头和终端通常在电缆敷设现场人工制作安装，容易出现纰漏。电缆附件(如图2 1)故障占电缆故障的2 7。其宏观主要表现为复合界面放电和附件材质早期老化。其中复合介质沿面放电占电缆附件故障的7 3，附件材质早期老化占附件故障的2 7【1 1 l。图2 2 给出了中问接头故障时的图片。电缆附件故障往往是由制作工艺不精，在制作过程中，使附件出现气泡、水分、杂质等缺陷，导致局部放电而引起绝缘击穿，主要体现在1 1 7 l

36、：(1)电缆的中间接头、终端头制作质量不高1)剥离半导体时，损坏内绝缘或绝缘表面有微粒、灰尘等杂质，或者半导电层爬电距离处理不够，在投入运行后，都将使其中的杂质在强大的电场作用下发生游离，产生电树枝。42)制作过程中，如果导线压接质量不好，使接头接触电阻过大而发热，或热收缩过渡等造成了绝缘老化，从而使绝缘层老化击穿，导致电缆接地短路或相间短路，使电缆头产生“放炮”现象，同时伤及附近的其他电缆。3)电缆接头工艺不标准，密封不规范，投入运行后使绝缘内部受潮气，水分的侵蚀，引起中间接头绝缘受潮劣化。严重时使电缆主绝缘内部大面积进水，导致主绝缘整体性受潮，最终发生电缆击穿故障。4)导体连接管压接不良。

37、电缆中间接头导体连接管压接不良，打磨不平整，特别是在压接管口边缘处，局部有尖角、毛刺，易造成接头内部电场不均匀，运行中产生了局部放电，绝缘老化，绝缘性能下降，发生击穿事故。5)电缆终端或中间接头金属屏蔽层接地电阻过大。对于电缆的金属屏蔽层而言在一般交联电缆上要有两点接地，且接地电阻要小于规定值。若接地电阻值超标很多，当电缆及接头受到过电压时，会感应产生更高的过电压。进而引起绝缘部分的老化击穿。电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算图2 1 电缆中间接头F i 晷2 1p a w c r 龆b l e 啪s i l i j o 缸a)中问接头局部开裂a)1 0 c a l d c h i s

38、n o f 岫s i d o n j o i n tb)电缆中间接头沿面放电痕迹c)中间接头击穿事故”c r p i n g d i h a f 萨o f t r a m i“o n j o i n tc)b 化a k d a w m f 砌to f 仃壮s i l i o n j 咖图2 2 电缆附件故障F 弛2 2c a b l e 扯s s o f y 血u l t sl O沈阳工业大学硕士学位论文同时电缆接地故障引起的系统过电压造成电缆的再次故障的可能性也仍然存在，后果也是比较严重的。(2)电缆本体在运行过程中因负荷的变化，环境因素的变化而热胀冷缩，特别是热收缩型电缆附件不能够随之弹性

39、变形而丧失密封作用，在电缆附件与电缆X L P E 绝缘层之间形成呼吸效应，将大气中的水分和潮气带入电缆附件中，引发电缆附件内部相间或相对地短路故障。(3)环境湿度、潮气偏大。制作电缆头时因环境潮气、湿度偏大，绝缘局部受潮，使绝缘性能下降，发展成贯穿性通道，导致电缆击穿事故。为了尽量避免电缆中间接头、电缆终端故障，电力部门应制订有效措施防范电缆接头故障，具体措施如下；1)进一步建立与规范电缆及附件的设计、选型、施工、监理、交接与验收的标准与规范，保证产品质量和施工质量的全程控制。2)应尽可能减少电缆中间接头，对于隧道、槽架与直埋混合方式敷设的电缆，接头应尽量设置在隧道或槽架中。3)对于电缆中间

40、接头的制作人员，应进行必要的业务资质与技术评定，持证上岗。4)在剥削护套、绝缘屏蔽层、半导体要细心，绝缘表面应彻底打磨，押解后必须去尖角、毛刺，清除金属粉末，防止杂质颗粒遗留。除此之外，技术人员应严格按照有关操作技术规程进行，以确保电缆中间头和终端头的制作质量。在选用电缆头时，逐步改用橡胶预制式接头。它是总结并克服热收缩电缆头缺点的基础上专门研制使用的，适用于交联电缆接头，并且达到了国际I E C 标准。制作全过程要求均应在现场完成，要选择合理适当时机，设法避免环境温度、湿度、灰尘、甚至工作人员汗液对电缆接头制作的不良影响，消除制作环节本身的事故隐患。2 2 3 电缆外护层问题我国城市电网的改

41、造中，高压电缆被广泛使用，电力电缆外护套是保护电缆的第一道防线，其完好与否对电缆的使用寿命关系重大。(1)外护套作用I 蚓电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算外护套位于电缆最外层，多采用聚氯乙烯(P v C)或聚乙烯(P E)两种材料。外护套在高压电缆结构中的主要作用有：1)保护作用。电缆的敷设环境，经常伴有水分、腐蚀性物质以及白蚁的侵蚀。对于有金属护套的电缆，位于电缆最外层的外护套是为保护金属护套(如波纹铝护套)免受周围物质的腐蚀而设计的。对于没有金属护套的电缆，外护套就直接起到对主绝缘的保护和密封作用。2)绝缘作用。1 1 0 k V 以上电压等级的高压电缆，绝大部分采用单芯结构。由于

42、电缆运行时导体电流的电磁感应，在金属护层(护套和屏蔽层，下同)上产生感应电压。为避免感应电压在金属护层上形成环流，降低电缆的载流量，除在金属护层的连接上采取措施外，电缆的外护套必须具有良好的绝缘性能，使金属护层对地绝缘。电缆的外护套受损，对于单芯电缆，其金属护套将会形成接地回路，产生环流。环流一方面会使电缆金属护套发热，降低电缆输送容量；另一方面由于破损处空气及水分的侵入，加速电缆金属护套腐蚀，危及电缆主绝缘。因此，保持外护套完好对电缆安全运行非常重要l 埘。(2)故障原因电缆外护层故障的原因主要有3 种：1)电缆旁边的硬物损伤：2)施工遗留缺陷；3)白蚁蛀蚀；调查表明第l、2 种原因对电缆的

43、损害并不严重，严重的是白蚁腐蚀。调查的电缆段是从外护套绝缘电阻不合格的电缆段中随机抽取的，所选的9 小段电缆，有6 小段发现蚁害，占6 6；在找到的2 9 处故障点中，蚁害造成1 6 处，占5 2。电缆一旦受到蚁害，其发展非常快；2 0 0 0 年1 1 月发现的一处白蚁腐蚀情况，当时该电缆仅投运3 年，腐蚀已深入金属护套内。(3)防范措施对于运行中的电缆，只能从提高测寻效率方面采取措施。例如采用较好的仪器、工具。熟练掌握测寻技术等。如果故障点太多，就难以处理了。沈阳：业大学硕士学位论文防止外护套故障根本的对策，应采用系统工程的方法，实行全过程控制。从电缆的选型和安装开始就要制定防止故障的目标

44、：1)电缆的选型。选择硬度较高和防蚁性能好的外护套，目前已有一种工艺，可以在外护套上挤压一层防蚁护套，其防蚁性能较佳。其次，可考虑选用耐腐蚀的金属护套，即使电缆受到蚁害，也可减低金属护套被腐蚀的程度。2)提高电缆敷设安装质量。采用先进的敷设方法，电缆在敷设过程中不受到大的侧压力，防止外护套受到损伤。严格电缆装置环境要求，如直埋电缆周围必须有不含石块和硬物等的细砂保护。2 3 电力电缆故障的周期性特点电力电缆线路故障率和多数电力设备一样呈现典型浴盆曲线：投运初期(1 5 年髑)容易发生运行故障，其主要原因是电缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问题；运行中期(5 2 5 年内)，电缆本体和附件基本

45、进入稳定时期，线路运行故障率较低，故障主要原因是电缆本体绝缘树枝老化击穿和附件呼吸效应进潮沿面放电；运行后期(2 5年后)，电缆本体绝缘树枝状老化、电一热老化以及附件材料老化加剧，电力电缆运行故障大幅上升。2 4x L P E 电力电缆故障的发生发展机理电缆击穿故障往往是由上述原因引起的，由于破坏程度的不同，在运行中电力电缆击穿故障的发生大致可按投运初期(1 5 年内)、运行中期(5 2 5 年内)及运行后期(Z 5 年后)三个时期划分。然而电力电缆由外力破坏、安装质量、过负荷及电缆本体质量问题发展到击穿的过程中又要经过电热的多重效应，导致绝缘破坏，致使击穿故障的发生，其过程大致可以用图2 3

46、 概括电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算老化因素起点老化形态局部放电；f蕾电树技老化：一-力 哆枝j 色化图2 3 电力电缆绝缘老化到击穿的发展过程F i 昏2 3 m ep I o o e 醛劬m a g i n g t ob I e a k d a w no f p 州m r c a h k绝缘击穿由图2 3 可以看出电树枝老化是绝缘击穿故障的直接原因，无论任何故障原因最终都会转化为电树枝的形式。下面对电力电缆主要的几种老化故障机理做以介绍。2 4 1 局部放电在含有气体(如气隙或气泡)或液体(如油膜)的固体电介质中，当击穿强度较低的气体或液体中的局部电场强度达到其击穿场强时，这部分

47、气体或液体开始放电，使电介质发生不贯穿电极的局部击穿，这就是局部放电现象，这种放电虽然不能立即形成贯穿性通道，但长期的局部放电，使电介质(特别是有机电介质)的劣化损伤逐步扩大，最终导致整个电介质击穿。局部放电引起电介质劣化损伤的机理是多方面的，但主要有如下三方面：电的作用，带电粒子对电介质表面的直接轰击作用，是有机电介质的分子主链断裂；热的作用，带电粒子的轰击作用引起电介质局部的温度上升，发生热熔解或热降解；化学作用，局部放电产生的受激分子或二次生成物的作用，使电介质受到的侵蚀可能比电、热作用的危害更大。在运行电压下，局部放电能够存在于电树枝、孔隙、裂纹、杂质以及剥离的界面上。当绝缘中存在微孔

48、或绝缘层与内、外半导电层问有空隙时，将由于局部放电侵蚀绝缘而1 4沈阳工业人学硕士学位论文使绝缘性降低，以致发生老化形态，表现为绝缘击穿。根据绝缘层中存在微孔的模型，由下面经验式算出允许最大微孔尺寸：如壹仙()(2 1)式中：2 d 微孔直径，胁：【，施加电压，k v，为电缆额定电压的1 2 3 倍；，n 绝缘层内半径，咖；风绝缘层外半径，咖。高压x L P E 电缆按满足(2 1)关系式进行设计构造，能保证在正常运行场强卞謇发生局部放电，这或许是在正常使用条件下一般未出现因局部放电导致绝缘老化击穿事例的缘故。但当电缆本身受到外伤或附件组装不善时，就可能出现起因于局部放电导致绝缘老化的绝缘击穿

49、。如在模拟包带式接头的增强绝缘层中，其包带有断带状态时所作的验证性试验，经解体检查已获证实。2 4 2 绝缘老化近3 0 年的运行及研究表明，树枝状老化是x L P E 电缆绝缘破坏的主要过程。对于树枝状老化，按照形成原因，可把树枝分为电树枝、电化树枝、水树枝。(1)电树枝老化，它是由于绝缘层每个部分或绝缘与其他固体接触面间(例如与屏蔽交介面)存在气隙、或绝缘层内有杂质、或屏蔽层有缺陷(突出处、凹处、不连续)等原因引起电场的集中，导致绝缘中薄弱环节局部放电，逐步形成电树枝。对电树枝引发以屏蔽层突出处最甚，杂质、气隙次之。这种树枝的特点就是气隙中没有水分，树枝状放电从材料不连续介面(气隙、杂质介

50、面、内外半导电层介面)引发出来，树枝管连续、内空、管壁上由放电产生的弹力痕迹、分支少而清晰。对于x L P E 绝缘，由电树枝出现到全部路径击穿的时间较短，这是电树枝与水树有所区分的一个特点。电树枝老化的过程可分为引发期或称诱导期、之后的生长期及最后的击穿。在引发期，一定的时间内无明显的局部放电现象，加压一定的时间会突然出现局部放电，产生电力系统运行中电缆故障诊断方法及仿真计算电树枝。加压后无局部放电这段时问称为树枝引发时闻，试品开始起晕时的电压称为起晕电压或起始电压，该值通常较高。此时最大放电电流脉冲幅值约为数十微安。电树引发之后的生长期，在较低的交流电压下就会维持电树发展。这是由于树枝诱发