近年來(lái)隨著塑料電力電纜廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中電纜故障次數(shù)也增多了，針對(duì)塑料電力電纜的絕緣診斷愈來(lái)愈引起人們的關(guān)注。除了一般的電氣性能試驗(yàn)之外，提出了用直流分量檢測(cè)水樹(shù)枝，用極化松弛時(shí)間常數(shù)來(lái)判斷老化等，但定量的數(shù)據(jù)都還不成熟。本文章主要是介紹有關(guān)的方法、原理。

一般電氣性能

絕緣電阻和泄漏電流

交聯(lián)聚乙烯電纜(XLPE)的絕緣層電阻，一般應(yīng)在2x10⁹/km以上；護(hù)套的電阻應(yīng)不小于1X10⁶Ω/km。由于直流高場(chǎng)強(qiáng)對(duì)XLPE是有害的，因此，測(cè)量時(shí)施加的直流電壓不能太高(見(jiàn)各電壓等級(jí)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn))。

根據(jù)泄漏電流來(lái)診斷電纜的絕緣狀態(tài)是最一常用的診斷方法，其判斷標(biāo)準(zhǔn)可參考下表。試驗(yàn)時(shí)施加的直流電壓也不能太高。

對(duì)于XLPE電纜，絕緣電阻和泄漏電流與交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)有統(tǒng)計(jì)規(guī)律關(guān)系，如下圖所示。雖然數(shù)據(jù)的分散性比較大，但可以看出隨絕緣電阻下降，交流擊穿電壓也下降。從圖中可以看到泄漏電流增大，交流擊穿電壓就下降。因此，用這兩個(gè)參數(shù)來(lái)診斷絕緣還是很有實(shí)用意義的。

（1）絕緣電阻與擊穿電壓的關(guān)系（2）泄漏電流和擊穿電壓的關(guān)系

損耗因數(shù)tanδ

損耗因數(shù)是XLPE電纜很主要的電性能參數(shù)，可用電橋法測(cè)量。在施加交流電壓1.0kV、1.9kV、3.3kV下，可參考下表中所示的極限進(jìn)行推斷。

tanδ的判斷基準(zhǔn)

XLPE電纜損耗因數(shù)與擊穿電壓之間也存在統(tǒng)計(jì)規(guī)律，從下圖可以看出：tanδ增大，擊穿電壓趨于下降。這也說(shuō)明tanδ做為絕緣診斷的參數(shù)之一是必要的。

tanδ與擊穿電壓的關(guān)系

耐壓試驗(yàn)

由于長(zhǎng)電纜的電容量很大，用工頻交流做耐壓試驗(yàn)，需要大容量高壓試驗(yàn)變壓器，在現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的。過(guò)去都是用直流高壓來(lái)替代交流，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)直流高場(chǎng)強(qiáng)對(duì)XLPE絕緣會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害，現(xiàn)已基本不用。人們正在試用某種超低頻高壓，如0.1Hz來(lái)做耐壓試驗(yàn)，但它與工頻高壓的等效性，還有待進(jìn)一步研究和積累經(jīng)驗(yàn)。

局部放電

XLPE電纜中的局部放電造成的危害，要比油紙電纜的嚴(yán)重得多。XLPE電纜允許的放電量很小(出廠時(shí)要求小于10pC)，同時(shí)長(zhǎng)電纜的電容量大，測(cè)量局部放電的靈敏度又低，再加上現(xiàn)場(chǎng)干擾大，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電纜的局部放電是很困難的，目前只能測(cè)到比較嚴(yán)重的放電。對(duì)于允許的放電量尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一般認(rèn)為放電量為上百pC，或雖只有幾十pC的放電量但還在不斷增長(zhǎng),都應(yīng)做為異常處理。

直流分量

塑料電纜常見(jiàn)的故障是由水樹(shù)枝發(fā)展而造成擊穿。在有電場(chǎng)和水分同時(shí)存在時(shí)，塑料電纜的絕緣層會(huì)產(chǎn)生樹(shù)枝狀的放電腐蝕。樹(shù)枝發(fā)展愈長(zhǎng)，擊穿電壓下降得愈多，如圖所示。同時(shí)，樹(shù)枝增長(zhǎng)，絕緣電阻也下降，泄漏電流和損耗因數(shù)都增大，但樹(shù)枝增長(zhǎng)對(duì)這些性能的變化只是充分條件，而不是必要條件。近年來(lái)研究水樹(shù)枝發(fā)展的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)它的存在有整流作用，即在交流電場(chǎng)下會(huì)有直流電流通過(guò)絕緣層。于是可以在電纜的接地線上采集此直流分量。水樹(shù)枝發(fā)展愈嚴(yán)重，I₀就愈大。因此,就可根據(jù)此直流分量來(lái)診斷水樹(shù)枝的發(fā)展情況。

擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度與水樹(shù)枝長(zhǎng)度的關(guān)系

在交流電壓上疊加一直流電壓，可以大大提高測(cè)量直流分量的靈敏度，如疊加直流電壓50V，直流分量可增大10倍(一般直流分量為10^-9A數(shù)量級(jí))。直流分量的測(cè)量比較方便，而且便于在線檢測(cè)。下圖是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量直流分量的線路圖。電纜外屏不接地，電容器C將交流分量旁路。S₁閉，S₂開(kāi)，讓直流分量通過(guò)R，于是可采集到直流電壓，再經(jīng)低頻濾波LPF檢測(cè)儀器放大、顯示，就可測(cè)到直流分量。測(cè)量靈敏度要求能測(cè)10^-10A。DC電源供檢查電纜外層對(duì)地電阻，這時(shí)，將S1打開(kāi)，閉合S2、S3，測(cè)量聽(tīng)過(guò)R的電流，就可測(cè)得此電阻。

若要疊加直流電壓，可在試驗(yàn)變壓器的中點(diǎn)接入一直流電源，這樣，變壓器高壓端的電壓就成為工頻交流疊加在直流之上。

吸收電流

從物質(zhì)結(jié)構(gòu)上分析，塑料電纜老化時(shí)，高分子材料的聚集態(tài)和分子本身的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，分子鍵發(fā)生斷裂。這必引起介質(zhì)極化機(jī)理的變化，同時(shí)也反映在極化松弛時(shí)間的變化。在XLPE電纜上施加直流電壓，可測(cè)得吸收電流Ig。和反向吸收電流隨時(shí)間的關(guān)系曲線，如下圖所示。吸收電流曲線一般都是指數(shù)式下降，但時(shí)間常數(shù)在不同的時(shí)間區(qū)域中可能是不同的。可用不同的方法如模糊數(shù)學(xué)的模糊貼近度方法求取不同的時(shí)間常數(shù)τ、τ2、τ3。

吸收電流和反吸收電流隨時(shí)間的變化曲線