电力电缆初期绝缘故障检测方法综述

武汉第二电线电缆有限公司 金 飞

1 绝缘保护概念

为了确定绝缘状态，必须进行一些绝缘测试和维护，这通常被称为绝缘预防性测试，电缆是由导电芯、绝缘层以及护套三部分构成的。电缆可以被分类为三个不同的种类。技术人员提供的纸绝缘电力电缆和橡塑绝缘电力电缆，其中包括聚氯乙烯绝缘电力电缆和交联聚乙烯绝缘电力电缆、乙丙橡胶绝缘电力电缆、电容式充油电缆等，其防护性能试验项目如下。

一是纸绝缘电缆：要进行绝缘电阻测量（主绝缘）以及主绝缘直流耐压试验。

二是塑料绝缘电缆：要进行绝缘电阻测量（主绝缘、护套绝缘、内衬绝缘）、主绝缘直流耐压试验以及交叉互联系统试验，大修后或者有必要时可进行铜屏蔽层电阻和导体电阻比试验。

三是充油电缆：主要进行电缆护套直流耐压试验、交叉互联系统试验以及电缆油试验。

2 绝缘电阻测量

通过对电源线进行绝缘性能的一次检测，笔者能够了解电源线是否出现老化、受潮的情况，以及是否有电阻受到测试线绝缘性能的影响。对于不同类型的电力电缆，其测试方法也应有所不同。1kV以下的电缆使用1kV 兆欧表，1kV 及以上的电缆使用2.5kV 兆欧表，而6kV 及以上的电缆则使用5kV 兆欧表。在检测时首先要将电源线与电源相接好，然后再通过试验回路使被测电源线接地，并把试验设备固定好。在塑料绝缘电力电缆的绝缘性能极差的情况下，可以使用万用表来测量屏蔽层与屏蔽层、屏蔽层与地面之间的直流电阻。在通电一段时间后，笔者需要重新配置正负极的连接方式，并确保其正确性。由于温度和湿度都会引起电阻变化。受到湿度的作用。因此，要在绝缘层表面涂上一层防潮剂。如果保温层处于潮湿状态，那么安装是必须的。

因此应对电缆附件进行全面检查和修理。当电缆被埋在地下时，需要对接地钢的保护绝缘进行测量，并检查外部护套是否损伤。要检查内导体绝缘层有无破损。

笔者还需对金属的保护层以及金属设备的绝缘电阻进行测量，并检查其内部壳体是否损伤。在有水或湿气存在时，要注意检查内绝缘层是否破损。这两项测量数据能够揭示绝缘材料是否会受到湿气的不良影响。电缆敷设在沟渠或电缆支架中时，应保证支点处的外壳不被损坏，也不被浸入水中或特殊场所，外帘的性能很难测量温度，更重要的是测量铜保护层对钢屏蔽的电阻。电缆终端或套管表面的土壤和水分对绝缘有积极影响。另外，必须加保护环，并且保护环必须连接到兆欧表的“保护”端。如果电缆是三芯电缆，可以用相位参数作为两端保护环之间的连接，如图1所示。

图1 测量绝缘电阻时的屏蔽接线

3 直流耐压和泄漏电流试验

直流保护电压测量交流电源线之所以采用直流电压测量，主要是因为电源容量较大，不宜采用大容量的测量电源，所以改为直流承受额定电压，降低额定电压。直流电阻电压测量通常采用整流半波电路，因采用较大电容的电缆，故滤波电容不需要安装。但当电力线路的电压大于35kV以上时，应采用双电压互感器并保持额定电压。测量泄漏电流的仪器一般采用微安表，微安表应与端子相连也可以与端子电位端子相连。总的来说，采用直流测试与交流测试相比造成的部分损坏和极小[1]。

直流测试的缺点是没有交流测试严格准确。直流测试与电导率成反比，交流测试中性电缆的功率分布与介电常数成反比，直流测试有两个指标，其一是电压的精确测量，其二是电压接通的时间。普通电力线路其直流测试电压等级电压约为400～600kV/cm 是交流试验电压的2倍，试验时间一般为5～10min。一般情况下，直流电阻测试5min内可能会出现误差，GB50150-91规定最长测试时间为15min。

4 泄漏电流测量技术

电源线的漏电流非常微小，通常仅为几到几十微安。因此用微安计来检测其漏电电流就可以了。受到测试设备中使用的高压电缆和其他弱电流的干扰，当微安表与非电位端连接进行测量时，很多的测量数据都是不准确的，有时误差可能高达数倍到数十倍。实际测试时，应尝试在电位端子末端的导线上连接一个微安表。在进行微安表的测量过程中，对电缆及其两端的保护是至关重要的。对于完整的电缆，我们可以使用图2展示的保护闭锁技术。当微安表工作一段时间后，由于外界因素如电压波动等引起绝缘击穿而造成事故。此外，微安表采用的是金属屏蔽层进行保护，而从微安表到待测物体的连线则使用金属屏蔽线进行防护，电缆的两端则使用保护帽和保护环进行保护。为了防止干扰，在测试前最好将电缆全部裸露在外，然后再把其插入仪表中。由于屏蔽层和导体之间仅有微小的空隙，因此没有必要具有高度的绝缘性能[2]。

图2 测量直流泄漏电流时的屏蔽方法

在测试地点，无法使用上述模型，因为电缆末端相距较远，并且看不到连接处。有些操作使用的是三相电缆的另一相作为两端的保护连接，但使用这种方法是因为测量漏电流包括另一相的漏电流，并且每相要承受两个电压电阻，这个过程的平衡需要探索。在其表面采用两端同时测量的方法，即在不带电的高压端加一个微安表，同时记录两端的漏电流值。此时，高压端测量的漏电流包括电源线的漏电流、漏电流和杂散电流，而另一端测量的是漏电流和杂散电流[3]

5 残余电压法

目前国内外学者研究总结了比较成熟的电学测量方法-残余电压法，使用残余电压法测量的发明成果和贡献比较大。残余电压法的测量原理如图3所示。在正式测量时，应将开关K2断开，同时将K3开关进行接地处理，采用直流输电进行接地测试开关K1电压，1mm 绝缘厚度的充电电压采用1kV，充电约10min 左右，此时间段开关K1和K2应交替接地，开关K1和K2接地完成大约10s 后，同时将开关K1和K2打开，测试开关K3的剩余电压。XLPE 电缆的测量数据与tan 值之间展现出了很好的关联性。因此，必须通过改变电缆终端之间的距离来达到目的。通过研究发现，交联聚乙烯电缆在经历不同的老化阶段后，其残余应力会有所不同，电缆受损的程度越严重，其残余应力也就越高。

图3 残余电压法测量原理

6 反向吸收电流法

反向电流吸收法的测量原理如图4所示。测量之前首先要把开关K1拨到电源一侧，然后才能把开关K2闭合，电源通电10min1kV 直流电压，断开电源3min 后，将开关K1进行接地处理，此时将开关K2打开，采用电流表进行反向吸合电流的测量。测量30min 电流值Q，测量时应主要开始时间应在电流源断开3min 之后进行，至33min结束。

图4 反向吸收电流法测量原理

在实际运行过程中，老化退化的6.6kV 交联聚乙烯电缆的吸收值、绝缘电阻，以及tan 与电缆的ACU 击穿电压之间的关系显示，QU 的关系明显优于tan-U，而绝缘电阻与U 之间的相关性则是最弱的。可见，当监测电缆损坏时，需要测量Q 和tan。由于两者都依赖于全绝缘特性，且测量残余误差时外界干扰较少，因此测量结果更加准确。

7 电位衰减法

电位衰减法与吸收电荷、绝缘电阻、tank 和交流击穿电压有关，电位衰减法是测量电缆放电后的自放电压降率，测试时，先充电，然后自行放电，因为静电电压表的绝缘大于电缆的绝缘，如果电缆绝缘良好，自行放电就会很慢；如果电缆绝缘不好，输出电压会很快下降。

8 结语

导致电缆绝缘故障失效的原因较多，各项实践经验证明，若电缆本身材料的芯线绝缘和护套绝缘出厂质量合格，进场检查验收合格，即电缆制造质量好，使用过程中没有受到超载、过电压等人为操作 因素影响，且电力电缆的设计符合设计规范要求，电缆的敷设符合施工规范要求，那么电缆被破坏的主要原因在于挖掘、挤压或者地下腐蚀等外部环境，电缆本身在使用过程中会受到外部环境等因素的影响，使得电缆的绝缘层出现不同程度的老化，导致电缆绝缘层被破坏发生绝缘故障。