絕緣電阻值在10 kV電纜狀態(tài)評(píng)價(jià)中的重要性研究

譚家祺

(廣東電網(wǎng)公司 佛山南海供電局，廣東 佛山 528000)

絕緣電阻值在10 kV電纜狀態(tài)評(píng)價(jià)中的重要性研究

譚家祺

(廣東電網(wǎng)公司 佛山南海供電局，廣東 佛山 528000)

摘要：配電網(wǎng)的電力傳輸使用電纜越來越多，停電試驗(yàn)仍然是目前判斷電纜運(yùn)行狀態(tài)是否良好的有效手段。其中絕緣電阻測試是電纜試驗(yàn)中的一個(gè)檢測項(xiàng)目，但試驗(yàn)人員往往只對(duì)其作為一個(gè)參考值考慮，忽略了絕緣電阻值對(duì)于電纜狀態(tài)評(píng)價(jià)的重要性，錯(cuò)誤地認(rèn)為只要通過耐壓試驗(yàn)和振蕩波局放測試合格，就允許電纜投入運(yùn)行。通過對(duì)配電電纜進(jìn)行絕緣電阻測試，提出了絕緣電阻值在電纜狀態(tài)評(píng)價(jià)中的意義，分析了電纜絕緣電阻測試機(jī)理，同時(shí)結(jié)合佛山南海電力電纜檢測的成功案例，闡明了絕緣電阻值對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)的重要作用。

關(guān)鍵詞：電纜；絕緣電阻;10 kV電纜；電纜運(yùn)行

隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)電力傳輸使用電纜取代架空線路的比例正逐步提升，使電纜出現(xiàn)故障的概率增大。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前引起電纜出現(xiàn)故障的主要原因是電纜中間頭故障和外力破壞，因此，剔除外力破壞的因素，掌握電纜本體和中間頭的運(yùn)行狀態(tài)，是供電部門最為關(guān)注和重視的課題。

1電纜檢測項(xiàng)目

目前，10 kV電纜一般采用交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜供電，按照南方電網(wǎng)公司《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(Q/CSG 114002-2011)的規(guī)定，該類型電纜在新做終端或接頭后，應(yīng)測試主絕緣的絕緣電阻和交流耐壓試驗(yàn)。部分供電局引入電纜振蕩波局放測試項(xiàng)目(OWTS)，以便早期發(fā)現(xiàn)電纜局放問題，了解電纜絕緣性能。

2電纜檢測項(xiàng)目應(yīng)用現(xiàn)狀

1)絕緣電阻測試。其是檢查電纜絕緣最簡單的方法，目的是檢查電纜絕緣是否老化、受潮，以及耐壓試驗(yàn)中暴露出來的絕緣缺陷。預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求絕緣電阻>1 000 MΩ。由于測試絕緣電阻表輸出電壓較低，一般為2 500 V的直流脈動(dòng)電壓，導(dǎo)致測試人員對(duì)其測試值只是作為一個(gè)參考值考慮，只要交流耐壓通過試驗(yàn)，一般會(huì)判斷電纜可以投入運(yùn)行。

2)交流耐壓試驗(yàn)。其是鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的最嚴(yán)格和最直接的試驗(yàn)方法，對(duì)判斷電力設(shè)備能否繼續(xù)運(yùn)行具有決定性的意義。目前，電力電纜耐壓試驗(yàn)一般采用串聯(lián)諧振方式，試驗(yàn)電壓為2.0U0，時(shí)間為5 min。

3)電纜振蕩波局放測試。其是一種新興試驗(yàn)技術(shù)，是目前對(duì)電纜絕緣狀況檢測的一種有效測試手段。測試原理是直流電源首先在被測電纜端加壓至預(yù)設(shè)值，之后閉合電子高壓開關(guān)，通過設(shè)備電感與被測電纜電容發(fā)生諧振，在被測電纜端產(chǎn)生阻尼振蕩電壓，并通過基于局部放電脈沖在電纜中傳播的行波原理實(shí)現(xiàn)局部放電源定位。

4)電纜直流耐壓試驗(yàn)。其可大大降低對(duì)電源的要求；但大量研究表明，直流電壓不適合對(duì)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。這是由于XLPE電力電纜絕緣電阻較高，交流和直流下電壓分布差別很大，在直流電壓作用下，絕緣電阻的電壓是按電阻分布的，而在交流電壓下，電場是按介電常數(shù)呈反比例分配的，直流耐壓試驗(yàn)后，在XLPE電纜中特別是電纜缺陷處會(huì)殘余大量的空間電荷，當(dāng)電纜投運(yùn)后空間電荷常造成電纜的絕緣擊穿事故[1-3]。90年代后期, 我國重新修編了電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中有關(guān)電纜預(yù)防性試驗(yàn)方法的規(guī)定,不再推薦直流耐壓試驗(yàn)。

3電纜絕緣電阻測試機(jī)理分析

針對(duì)當(dāng)前電纜故障率高，以及電纜在投運(yùn)前通過交流耐壓試驗(yàn)和振蕩波局放測試合格后，運(yùn)行不久就發(fā)生中間頭爆炸的故障事件，進(jìn)行了電纜試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。篩選單位近幾年來電纜交流耐壓和振蕩波局放測試數(shù)據(jù)合格，絕緣電阻明顯偏低的共11條電纜實(shí)施燒穿試驗(yàn)，成功發(fā)現(xiàn)了7條電纜存在重大隱患，驗(yàn)證了絕緣電阻值對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)具有重要指導(dǎo)意義。其余4條電纜經(jīng)過燒穿試驗(yàn)后，沒有發(fā)生擊穿現(xiàn)象，而且絕緣電阻明顯提高，到目前沒有發(fā)生故障。經(jīng)分析可知，試驗(yàn)人員對(duì)電纜狀態(tài)判斷時(shí)，沒有對(duì)絕緣電阻值高度重視，以致對(duì)那些只要通過耐壓試驗(yàn)和振蕩波局放測試合格，絕緣電阻偏低的電纜，做出了投運(yùn)的錯(cuò)誤判斷，沒有從電纜的結(jié)構(gòu)上對(duì)絕緣電阻數(shù)據(jù)所反映的缺陷進(jìn)行綜合判斷分析。

下述進(jìn)行電纜絕緣電阻測試的工作機(jī)理分析。眾所周知，只有當(dāng)絕緣缺陷貫通于兩極之間時(shí)，測量絕緣電阻時(shí)才會(huì)有明顯的變化，即通過測量才能靈敏地檢出缺陷。若絕緣電阻只有局部缺陷，而兩極間仍保持有良好絕緣時(shí)，絕緣電阻降低很少，甚至不發(fā)生變化[4]。測量電纜絕緣電阻主要是測試電纜芯線和電纜中間頭與電纜屏蔽層間的絕緣性能，測試等值電路圖如圖1所示。

圖1　電纜絕緣電阻測試等值電路圖

圖1中，R11～R1n為電纜主絕緣對(duì)地絕緣電阻，R21～R2n為電纜中間頭對(duì)地絕緣電阻。從圖1可以看出，絕緣電阻值反映了全部并聯(lián)支路的絕緣狀況，在撇除電纜終端頭臟污等因素對(duì)測試的影響后，只要任何1個(gè)并聯(lián)的電阻值偏小，將會(huì)導(dǎo)致絕緣電阻測量值隨著降低。R21～R2n中其中1個(gè)阻值變小，表示該電纜中間頭位置絕緣下降，大部分是由于絕緣表面放電、燒蝕和碳化引起，R11～R1n中其中一個(gè)阻值變小，表示該電纜主絕緣縱向損傷。

絕緣電阻阻值明顯偏低時(shí)，通過燒穿試驗(yàn)可以了解電纜中間頭和主絕緣縱向絕緣的狀態(tài)。電纜受潮通常是從外皮附近開始的，根據(jù)電滲現(xiàn)象，電纜絕緣中的水分在電場作用下帶正電，當(dāng)電纜芯線加負(fù)極性電壓時(shí)，絕緣中的水分會(huì)被其吸引而滲過絕緣向電纜芯移動(dòng)，使其絕緣中高場強(qiáng)區(qū)的水分相對(duì)增加，導(dǎo)致泄流電流增大，試驗(yàn)擊穿的幾率大大增加。當(dāng)通過燒穿試驗(yàn)一段時(shí)間后，水分已集中或蒸發(fā)，絕緣電阻會(huì)明顯升高，表明電纜中間頭絕緣還沒有受到嚴(yán)重破壞。目前，通常采用10 kV的交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜，絕緣標(biāo)稱厚度為4.5 mm，運(yùn)行相電壓約為6 kV，在排除外力破壞的影響下，一般不會(huì)發(fā)生縱向的貫通缺陷，而由于電纜外半導(dǎo)層的緊緊包裹，電纜絕緣本體也不會(huì)發(fā)生橫向的水樹放電現(xiàn)象。

4應(yīng)用實(shí)例

4.1案例1

某變電站10 kV出線電纜，型式為YJV22—3×300， 額定電壓為8.7/15 kV，長度為2 475 m，投運(yùn)日期為2010年9月。2012年12月15日，電纜振蕩波局放測試合格，測試圖如圖2所示。在圖2中，L1、L2、L3分別指電纜的A、B、C相。

2014年復(fù)測該電纜主絕緣電阻測試情況見表1。

表1　電纜主絕緣電阻測試表

對(duì)絕緣值最低的B相進(jìn)行電纜燒穿作業(yè)，當(dāng)試驗(yàn)電壓升至10 kV時(shí)電纜已經(jīng)擊穿，經(jīng)故障查找發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)電纜中間頭故障，解剖檢查發(fā)現(xiàn)該電纜中間頭問題如下。

1)中間頭三相纜芯的開剝尺寸明顯不符合標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致冷縮主體沒有與電纜半導(dǎo)電層搭接，電纜主絕緣層外露(見圖3)。

圖2　10 kV銅材乙線719開關(guān)柜至#1電纜分支箱G02柜局放測試圖

2)A、C相電纜主絕緣有明顯燒蝕放電、碳化痕跡；對(duì)應(yīng)冷縮頭內(nèi)表面對(duì)應(yīng)位置也有燒蝕痕跡(見圖4和圖5)。

圖3　中間頭三相纜芯的開　圖4　A相電纜主絕緣有　剝尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)　明顯燒蝕放電痕跡

圖5　C相電纜主絕緣嚴(yán)重?zé)g、碳化

4.2案例2

某變電站10 kV出線電纜，型式為YJV22—3×300，額定電壓為8.7/15 kV，長度為2 787 m，投運(yùn)日期為2007年11月。2014年5月，通過燒穿試驗(yàn)查找并修復(fù)一個(gè)電纜中間頭缺陷后，再次測量電纜絕緣電阻發(fā)現(xiàn)阻值沒有明顯提升，考慮到中間頭是同一批產(chǎn)品，因此懷疑其他中間頭也存在缺陷，決定對(duì)另外2個(gè)中間頭直接更換，重新接駁后，測量三相絕緣電阻值均>2 500 MΩ。對(duì)直接更換的其中一個(gè)電纜中間頭進(jìn)行解剖檢查，發(fā)現(xiàn)三相主絕緣層表面均已變色發(fā)黃，硅脂干結(jié)(見圖6和圖7)；C相主絕緣層表面有刮痕，刮痕尾端存在電數(shù)枝(見圖8)。

圖6　三相主絕緣層表　　　圖7　硅脂已干結(jié)，失去　面均已變色發(fā)黃　密封作用

圖8　C相主絕緣層表面有刮痕，刮痕尾端存在電數(shù)枝

5結(jié)語

為了保證電纜的安全運(yùn)行，應(yīng)對(duì)電纜各項(xiàng)測試結(jié)果進(jìn)行全面和綜合評(píng)價(jià)，絕緣電阻阻值對(duì)電纜頭進(jìn)水受潮、水樹枝等劣化缺陷反應(yīng)明顯，振蕩波局放測試能發(fā)現(xiàn)制作工藝和絕緣內(nèi)部放電等缺陷，測試人員應(yīng)掌握各測試項(xiàng)目的測試重點(diǎn)，做出客觀正確判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜存在的安全隱患，降低電纜故障率，保證供電可靠。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯彭光宇

Importance Research of Insulation Resistance Value in the Evaluation of 10 kV Cable State

TAN Jiaqi

(Nanhai Power Supply Bureau of Foshan，Guangdong Grid Co.， Foshan 528000， China)

Abstract：The cables used in transporting electricity of distribution network is getting more and more. At present the power shut-off tests are still the effective method in judging whether the electric cables are working properly. Among them the insulation resistance test is one of the test projects in cable tests, but the test people usually only regard it as a reference value for consideration and ignore the importance of insulation resistance value for judging the cable status. They mistakenly think that as long as the anti-pressure test is passed and oscillation wave PD test is passed as well, the cables are allowed to put into use. Through the insulation resistance test done to the distribution electric cables, the significance of insulation resistance value in cable status evaluation is put forward. This article analyzes the working principle of cable insulation resistance test, while the importance of insulation resistance value to the electric cables’ operational status evaluation is clarified, combined with successful cases in electric cable tests in Nanhai of Foshan City.

Key words:cable, insulation resistance, 10 kV cable, cable run

收稿日期：2015-02-13

作者簡介：譚家祺(1973-)， 男，工程師，主要從事配電運(yùn)行及試驗(yàn)管理等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TM 247

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A