摘要： 本文分析了中压交联电缆线路绝缘老化的机理，分析了电缆线路绝缘有缺陷后有关电气特征量的变化规律，选取了运行不同年限的电缆线路在现场做0.1HZ交流耐压试验、局部放电试验和介损测量，通过大量的实测数据，提出中压交联电缆线路绝缘状态诊断判据，给出相应维护检修策略。列举了35KV莲小线、10KV莲四线、35KV龙矿线电缆绝缘诊断实例来说明基于0.1HZ电压下的绝缘诊断方法的有效性。

0 前言

近年来，随着交联电缆线路急剧增加，对交联电缆线路的绝缘状态诊断研究也趋于活跃。影响电缆绝缘的因素，归纳起来主要有以下四各方面： ①电因素：包括运行电压、大气过电压、操作过电压对电缆绝缘的影响。②热因素：包括电缆线路运行时因各种损耗产生的热量和外界环境产生的热量对电缆绝缘的影响。③机械因素：包括外力破坏、敷设时弯曲半径过小，中间接头和终端施工安装时遗留的缺陷等。④环境因素：腐蚀性的水分、空气，日照、辐射等影响。

在上述因素影响下，电缆绝缘性能可能劣化，表现在电气性能上，就是介损变大，绝缘强度降低，引起电缆局部放电，最终导致电缆绝缘击穿。

除了传统的绝缘电阻测量和耐压试验外，从上图可以看出，通过测量电缆的介质损耗和局部放电，可以判断电缆绝缘是否劣化，从而达到诊断电缆线路绝缘状态的目的，为运行维护部门制定相应的维护检修策略提供依据 [1-10] 。

1 中压交联电缆线路介损测量和局部放电定位

1.1 介损测量

由于工频电压下测量电缆线路介损和局部放电需要大容量的试验电源，因此很难实现。目前用于现场测量电缆线路介损和局部放电的设备主要是采用振荡波法和施加0.1HZ交流电压的方法。

从交联聚乙烯的介损频谱特性曲线看介损值在0.1Hz左右有一个峰值，而在工频50Hz左右，介损的变化不大，如图1所示

图2 为0.1Hz左右，不同频率下PE、XLPE随电压变化的关系，此图表明，0.1Hz下介损与电压有相关性最大。

从以上两图可以确定，对XLPE电缆的诊断，使用0.1Hz超低频介损是最为灵敏的。

 

图3为老化的电缆分别在0.1Hz、50Hz下对所作的介损 — 电压关系图，从例如中可以看出，老化电缆在0.1Hz下介损值与电压具有明显的相关性，而50Hz下老化电缆的介损与电压不具相关性。

因此，对于交联电缆50Hz下的介损无法用于电缆的老化状态诊断。而目前在电缆试验中使用的其它电源有变频电源、OWTS振荡电源，由于这两种电源频率根据电缆负载不同而变化，而电缆的介损又与频率有关，不同频率下的介损值无任何比较的意义。因此，任何不具固定频率的电源下测得的介损值在电缆诊断中均无任何意义。

运行中的电缆线路由电缆终端、电缆中间接头和电缆本体三部分组成，由于电缆终端和电缆中间接头的材料并非交联聚乙烯，而且电缆终端头和中间接头往往容易受潮和脏污，因此实测的介损值往往比交联聚乙烯的理论介损值大很多，但新旧电缆的介损值还是有明显的区别，如表1和图4所示

表1  0.1HZ下的介损测量值

tanδ 电缆	tanδ（U 0 ）	tanδ（1.5U 0 ）	tanδ（2U 0 ）	备注
森海绿景A相	1.19	0.899	0.76	新电缆，未投运
森海绿景B相	0.764	0.714	0.686	新电缆，未投运
森海绿景C相	0.665	0.623	0.608	新电缆，未投运
科技学院A相	0.384	0.348	0.331	新电缆，未投运
科技学院B相	0.229	0.236	0.257	新电缆，未投运
科技学院C相	0.196	0.216	0.235	新电缆，未投运
莲花开关站A相	6.39	9.97	15.77	旧电缆投运15年
莲花开关站B相	3.1	9.01	15.14	旧电缆投运15年
莲花开关站C相	4.85	7.81	13.17	旧电缆投运15年
国安开关站A相	25.163	40.721	54.843	旧电缆投运10年
国安开关站B相	12.785	22.169	27.449	旧电缆投运10年
国安开关站C相	32.4	43.259	53.592	旧电缆投运10年

 

从上述数据可以看出，新电缆其tanδ很小，而运行多年后的电缆由于其恶劣的运行环境和接头、终端头工艺与材料的影响，tanδ值总是偏大，与理论值相差很远。

2、局部放电测量

   运行维护人员总是希望在实际的电缆线路上，运用适当的仪器设备和方法检测出电缆中存在的缺陷。文献【11】对市场上存在的基于0.1HZ正弦波、变频振荡波、工频正弦波和工频附近振荡波等四种波形的局部放电检测系统做了全方位比较。四种局部放电检测设备对人为制造的电缆缺陷均能检测到局部放电信号并定位，但不同系统测出的局部放电量却相差很大，有时达到10的 N 次方。不同的系统对缺陷的反应灵敏度也不一样，也就是说其局部放电的起始电压不一样。为了研究同一电缆试品在0.1HZ电压和工频电压下局部放电情况，我们在试验室内准备了7个样品，这7个样品存在不同的缺陷，如表2所示

表2 比对试验电缆试品制备

试品编号	电压等级（kV）	试品长度 (m)	试  品  制  备
CS-01	10	10	运行15年的退运电缆，热缩终端，无接头。
CS-02	10	9	经过人工加速老化后的新电缆，两端预制型终端，中间预制接头；无人工缺陷。
CS-03	20	9	经过人工加速老化后的新电缆，两端预制型终端，中间预制接头；接头受人工外力冲击，以模拟电缆线路运行中外力破坏。
CS-04	35	8	新电缆，两端预制型终端，中间预制接头；接头中人工制作半导电端口处气隙缺陷，以模拟现场电缆线路安装不良。
CS-05	35	8	新电缆，两端预制型终端，中间预制接头；接头中人工制作金属粉末悬浮电位缺陷，以模拟现场电缆线路安装不良。
CS-06	35	8	新电缆，两端预制型终端，中间预制接头；接头中人工制作半导电端口处切痕缺陷，以模拟现场电缆线路安装不良。
CS-07	35	5	新电缆，两端安装预制型终端，无接头；电缆本体人工制作过度弯曲损伤电缆绝缘的缺陷，以模拟现场电缆线路安装不良。
备注

对同一编号的电缆试品，先采用超低频(0.1Hz)试验设备进行试验，然后采用工频(50Hz)试验设备进行同一试验项目，完成相同试验条件下的比对试验。比对试验过程简要描述如下：

（1）对每一电缆试品进行2U0耐压试验，试验时间为5分钟；

（2）对电缆试品施加0.1HZ电压，进行起始放电电压、熄灭电压和局部放电量测量，并记录试验结果；

（3）采用JFD-H局部放电检测系统对同一电缆试品进行起始放电电压、熄灭电压和局部放电量测量，并记录试验结果；

（4）重复（2）和（3）。试验数据如表3所示

表3  起始放电电压比对

试验结果 试品编号	电缆综合测试车		JFD-H 局部放电检测系统			判断效果比较
	(0.1 Hz ， kV)		(50 Hz ， kV)		PDIV差值	0.1HZ	50HZ
	起始电压	熄灭电压	起始电压	熄灭电压
CS-01	17.4	-	13.3	11.4	4.1	劣	优
CS-02	17.4	-	19.4	18.9	-2	优	劣
CS-03	24	18	18.9	18	5.1	劣	优
CS-04	36	31.2	37.7	35.4	-1.7	相当	相当
CS-05	39.1	33.5	53.2	48.5	-14.1	优	劣
CS-06	49.1	44.6	48.5	42.9	0.6	相当	相当
CS-07	20.1	15.6	11.9	11.4	8.2	劣	优

综合现场测试和比对试验数据，0.1 Hz 交流电压下和50Hz交流电压下，电缆试品的介质损耗角正切值 tgδ 测量值有一定差别，但变化趋势一致，对于老化的电缆、进水的电缆tgδ值明显大于新电缆和干燥的电缆，而且对于老化的电缆， 0.1 Hz 交流电压下tgδ值与电压的相关性更强。0.1Hz下，交联电压内不同的缺陷、不同的接头安装缺陷的局部放电起始电压与50Hz工频时基本一致，有些缺陷0.1HZ电压下，更容易被发现（表现为PDIV值低）。 

2  实测案例

2.1  35KV龙矿线交联电缆绝缘诊断案例

35KV龙矿线是从110KV变电站到福建煤电公司35KV变电站的专用线，该线路由架空和电缆线路组成，其中电缆线路总长约800米，该电缆线路又由2段电缆构成，一段为铜芯120平方毫米，敷设于2000年，另一段为铝芯240平方毫米，2009年6月，该线路新旧对接的中间接头故障，修复过程中，对旧电缆做直流耐压试验时，发现泄漏电流偏大，2009年8月委托做绝缘诊断试验。 2009年08月22日   在晴朗天气下施加0.1HZ电压，当电压升至 26kV 时， L1 相（B相）开始检测到局部放电信号，放电量达 1632pC ，局部点定位显示放电点在端部（包括近端和远端），对波形形状进行详细分析，且根据经验判断，局部点初步判断在远端。

根据局部放电定位谱图显示，在 35kV 龙矿线419.5米局部放电现象，故障点在远端。

在 52kV 时，电缆远端时发生电晕放电。

割开龙矿线电缆故障相应力管后，发现铜屏蔽，生锈严重。

经过此电缆的铜屏、半导电、绝缘进行相关处理后，再进行测量发现局放现象消失。

35kV 龙矿线电缆介损测量情况：

 

表4   35kV龙矿线电缆在不同电压下介损测量值

电压 kV	26	39	45.5
L1	1.621 × 10 -3	10.663 × 10 -3	17.570 × 10 -3
L2	2.163 × 10 -3	9.250 × 10 -3	13.875 × 10 -3
L3	1.451 × 10 -3	8.069 × 10 -3	19.596 × 10 -3

  2.2  同安莲花变－ 1 号塔 35kV 电缆介损、局放测量

同安莲花变－ 1 号塔 35kV 电缆介损、局放测量如下：测试时间为2007年11月7日;   测试地点为同安供电局莲花变电站;电缆型号为YJV22×26/35kV 3×150mm2;电缆长度为1099m。

当电压升至 10kV 时， L1 相开始检测到局部放电信号，放电量达 1050pC ，局部点定位显示放电点离莲花变电站 344 m.  

加压击穿后，使用电缆故障定位系统 S3000 ，多次脉冲法，对击穿点进行定点。 击穿点离莲花变电站 344 米，与局部放电点位置一致。

L2 、 L3 相在 35kV 以下没有局部放电。在 35kV 时，电缆远端发生电晕放电。

表5  同安莲花变不同电压下介损测量值

U/kV	26	39	52
tan δ 1 /10 -3
tan δ 2 /10 -3	0.73	0.69	1.07
tan δ 3 /10 -3	0.53	0.64	1.06

2.3  莲四变电站 10kV 电缆的局部放电试验

2007—11、2008—10，两次对莲四变10kV电缆进行了局部放电和介损试验对比。2007—11局放试验结果如图15所示，2007—11荷四变电缆介损测量情况如表6和图16所示。2008—10局放试验结果如图17所示。2007—11试验的电缆型号：YJV22×8.7/10kV 3×150，总长787m。  

 

表6  2007—11荷四变电缆不同电压下介损测量值

U/kV	8.7	13	17.4
tanδ 1 /10 -3	6.39	9.97	15.77
tanδ 2 /10 -3	3.1	9.01	15.14
tanδ 3 /10 -3	4.85	7.81	13.17

由于两次试验时，提供的电缆长度数据不一致，导致软件定位有偏差。把此电缆长度换算成787m（第一次试验时提供的长度数据）后，得到定位点的距离为426m。2008—10局放波形如图18所示。2008—10介损试验结果如表7和图19所示。

 

表7  2008—10荷四变电缆不同电压下介损测量值

U/kV	8.7	13	17.4
tanδ 1 /10 -3	12.7	14.6	18.7
tanδ 2 /10 -3
tanδ 3 /10 -3

从两次试验结果可以看出，电缆的介损非常大，并且一年之内有所发展，电缆已处于老化状态。经调查，该电缆在敷设过程中曾经进水，后经真空处理后投入运行。由于电缆中水分不能彻底排除，经较长时间的运行，促进了电缆的老化。

两次试验在17.4kV下均在435m左右检测到局部放电信号。电缆运行过程中，该点存在击穿的危险，属于注意状态。但由于该点在排管内，至今也未处理，电缆也没有击穿。

3  中压交联电缆超低频诊断标准及检修策略

通过选取不同运行时间（运行1年、5年、10年、20年）高压电缆线路，进行介质损耗正切测量和0.1HZ下局部放电测量和分析研究，找出电缆绝缘老化状况与tgδ之间的关系，应用超低频0.1Hz下交联电缆介损和局放进行诊断研究，并提出相应的诊断标准。根据现场试验，比对试验并结合国外的0.1Hz下电缆诊断经验，局部放电起始电压（partial discharge initiaon votage以下简称PDIV）和介质损耗tgδ为依据，将电缆线路绝缘状态分为正常、注意、异常和严重四个状态。其判断标准如下：

（1）正常状态：UPDIV＞2U0且tanδ（U0）≤10 且 tanδ（2U0）-  tanδ（U0）≤10

（2）注意状态：2U0≥UPDIV＞1.5U0或20≥tanδ（U0）＞10或

20≥tanδ（2U0）- tanδ（U0）＞10

（3）异常状态：1.5U0≥UPDIV＞1.0U0或30≥tanδ（U0）＞20或

30≥tanδ（2U0）- tanδ（U0）＞20

（4）严重状态：UPDIV≤1.0U0或t tanδ（U0）＞20或tanδ（2U0）- tanδ（U0）＞30

对于正常状态的电缆线路，建议六年后再做绝缘诊断；对于注意状态的电缆建议四年后再做绝缘诊断，异常状态的电缆应在一年内再做绝缘诊断试验，而严重状态的电缆必须立即找出缺陷，进行维修或更换。

4   结论

通过研究试验可以看出，0.1Hz局放测量系统可以准确地测出电缆回路中的局部放电，并进行准确定位,通过模拟的局放点可以证明其定位的准确性。研究表明，交联电缆在0.1Hz下局部放电特性与工频50Hz下等效，可以用0.1Hz下局部放电测量来判断工频下运行电缆的状态。同时，在50Hz下局部放电的研究成果可应用于0.1Hz下的局部放电测量诊断。在实际运行线路的测量中也充分说明局放测量的有效性。

研究表明，可以用0.1Hz下的介损来评判电缆的水树老化状态。工频及变频、OWTS等频率不固定的电源下测得的介损值不能作为老化的评判依据。

试验表明：超低频0.1Hz下介损与超低频局放诊断综合应用才能对电缆的老化状态作出完整、准确的评判。

电缆进水会使电缆的介损值大大高于正常的电缆。XLPE电缆在使用过程中，不可避免存在绝缘老化问题，尤其是存在水分的情况下，XLPE电缆在运行容易产生水树，严重时就会引发故障。

因此，用0.1Hz下介损测量和局部放电测量，对绝缘状态进行诊断并缺陷点的定位，可让严重老化的电缆及时退出运行、并修复电缆系统中的缺陷，可避免故障发生，变事故后抢修为基于状态的维修。以提高电缆运行可靠性，减少非计划性停电，提高供电质量。

参考文献：

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【10】  赵宇，刘青，高援利，周作春，李华春，张文新，陈平   高压XLPE电缆线路局放测试系统应用研究 [ C ] // 2008中国国际供电会议 .  [S.L]:[s.n],2008:2.

【11】  DirkB o rneburg ,IngoDiefenbach,FrankMerchel,MarioKliesch,MartinKeller,DirkRittinghaus  市场上中压XLPE电缆局部放电检测设备的比较  [J]ew-das  magazine  fur die energie wirtschaft,2007，9（4）：3 .

作者简介

严有祥  男  1968.09 ，研究生（硕士），高级工程师，从事高压电缆维护工作

苏雪源  男  1972.06  大学 ( 学士 ) ，高级工程师，从事高压电缆维护工作

陈日坤  男  1975.11, 研究生（硕士） , 工程师 , 从事高压电缆维护工作

杨毓庆  男  1975.06 大学 ( 学士 ) , 工程师 , 从事高压电缆维护工作

陈朝晖  男  1968.11 , 大专 , 高级技师 , 从事高压电缆维护工作

蔡俊宇  男  1983.04,  研究生（硕士） ,  工程师 , 从事电缆维护工作