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长距离三相电力电缆绝缘在线监测方法
摘要:长距离电缆存在金属护层交叉互联和负载电流造成电压降的问题,因而与短距离电缆绝缘的在线监测存在很多不同。提出了一种新的在线监测方法,即双端同步测量损耗因数(tanδ)法,对该方法的原理进行了分析,给出了计算tanδ值的理论依据;对存在同步误差、电压误差时该方法可行性进行了论证,运用Matlab 软件对三相电缆等效电路进行了仿真。仿真结果表明,选取两端电压的相量和的一半作为参考电压,电缆绝缘tanδ值不会随负载电流变化而变化;对于电缆绝缘的不同故障,可以通过tanδ值的变化来判断三相黑龙江省研究生创新基金重点科研项目.电缆的绝缘状况,因此可知利用双端同步测量tanδ法来测量长距离电缆绝缘状况是正确的、可行的。飞鹤线缆
关键词:绝缘在线监测;长距离电缆;交叉互联;介质损耗因数;Matlab
0 引言
目前电力电缆绝缘的在线监测方法主要有直流成分法、直流叠加法、交流叠加法、接地电流法、局部放电法和损耗因数法等。直流成分法是指在外加交流电源的作用下,如果在运行中的交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘产生了水树枝,由于水树枝具有“整流作用”,使得流过电缆绝缘的电流中含有一个微弱的直流电流分量(一般为nA 级以上),通过检测这一微弱的直流电流分量对电缆绝缘状况进行评估[1];由于现制造工艺上的改进,目前XLPE 电缆均采用干式交联法,在高电压等级的电缆线路中,水树枝而引起的绝缘故障已不多见,只有在长期潮湿环境下的电缆会在其半导体层的缺陷处引发水树枝[2],该方法不适用于初期投运的电缆,对运行较长时间的电缆仍然适用。直流叠加法是指在电缆所接电压互感器的中性点,或是使用其他方法将一低压直流电源叠加到正在运行的电缆线芯上,用灵敏度较高的电流表测量流过电缆绝缘的直流泄漏电流或是测量电缆的绝缘电阻来对电缆绝缘状况进行评估[3]。交流叠加法是指将一个频率为工频频率2 倍加1 Hz 的交流电压叠加到正在运行的电缆上,通过检测此时电缆中1 Hz 劣化信号的强弱来判断电缆绝缘的状况[4]。由于在高压线路中三相中性点通常是直接接地,无在电缆线芯上叠加直流、交流电源,因此直流叠加法、低频叠加法和交流叠加法也不适用。局部放电法是评价电力电缆绝缘状况的最佳方法,电缆绝缘老化的起点是由杂质、气隙、凸起毛刺等缺陷引起的,在电场、热、机械、化学等因素的共同作用下以局部放电、树枝老化等形式表现出来,但最终以电树枝的形式导致电缆绝缘的击穿,XLPE 电缆绝缘在树枝老化过程中会产生不同频率的局部放电信号,但是电缆的局部放电信号微弱、波形复杂多变难以区分,因此工程中难以实现现场的在线监测[5-6]。接地电流法是指利用电流互感器测量流过电缆接地线的电流,通过接地线中电流是否呈增大趋势来判断电缆绝缘状态,但在金属护层交叉互联下接电线上的电流几乎为零,因此接地电流法也不适用[7-8]。损耗因数(tanδ)法是利用电流互感器和电压互感器分别将流过电缆绝缘的电流和施加于电缆上的电压测量出来,再通过数字化测量装置测出电缆绝缘tanδ值;相对而言,虽然XLPE 绝缘tanδ值一般都很小,但是tanδ法仍然是比较实用的方法[9]。因此本文通过监测tanδ值的大小作为判定电缆绝缘状态好坏的依据,并据此提出了新的在线监测方法。
对于长距离的电力电缆,金属护层都是交叉互联的,并且长距离电缆线芯的电阻和残余电感都不等于零,电缆中的负载电流便会在电缆的线芯电阻和残余电感上形成电压降,导致电缆两端的对地电压出现比较大的差异,而且这种差异还会随着电缆负载电流的变化而变化[10-11]。在这种情况下,选取电缆不同位置对地电压作为基准相量进行电缆绝缘tanδ在线监测时,测量结果将会是不相同的,并且监测结果还会随电缆负载电流的变化而变化,这就给长距离电缆绝缘tanδ在线监测及绝缘状态评估带来了困惑。鉴于目前金属护层交叉互联下电缆绝缘的在线监测一直没有找到合适的方法,本文提出了一种新的在线监测方法,该方法不仅实现了交叉互联方式下电缆绝缘的在线监测,而且给出了长距离电缆线芯存在电压降时参考电压的选取方法,通过仿真可以证明该方法的有效性和可行性。
1)选取电缆两端电压的相量和的一半作为参考电压计算tanδ值保持不变,不受负载电流的影响,而选取电缆任一端电压计算时tanδ值是变化的,受负载电流的影响。
2)当存在电网谐波、频率波动、同步误差及地电位不同引起的电压误差时对在线监测电缆绝缘tanδ值的影响较小,能够准确反映出电缆绝缘的状况。
3)处于故障下的电力电缆其绝缘tanδ值明显增大,可以通过监测tanδ值的变化可以判断电缆绝缘状况,且双端同步测量tanδ 在线监测法适用于任何连接方式的高电压长距离电力电缆绝缘tanδ在线监测,无论其金属护层是否交叉互联。
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