基于高压端PDC测量的电缆绝缘状态精准评估技术(1).pdf

1、中国，杭州中国，杭州2025.102025.10周凯周凯 李泽瑞李泽瑞 四川大学四川大学 电气工程学院电气工程学院汇 报 提 纲一、研究背景二、测试原理及特征参数提取三、特征参数与绝缘状态的关联四、PDC诊断电缆老化应用案例五、结论一、研究背景 我国高压电缆总体呈现里程长(超五万公里)、增速快(超10%)的特点。随着运行年限的增加，高压电缆故障率逐年增加，威胁供电可靠性。近年来，由缓冲层缺陷导致的高压电缆击穿故障在全国各地屡次报道。201620172018201920200.00.51.01.52.02.53.03.54.0全国高压电缆线路总长(万公里)时间(年)110 kV 220 kV 3

2、30-500 kV全国高压电缆线路总长变化阻水缓冲层烧蚀引起绝缘劣化电缆故障引发电缆井火灾事故中国电力企业联合会.中国电力统计年鉴M.北京:中国统计出版社,2021.高压电缆故障频发且危害巨大 大量案例表明缓冲层烧蚀发展至电缆击穿，涉及缓冲层腐蚀、烧蚀、半导电层烧蚀及主绝缘热老化等一系列复杂老化过程；电缆热老化及缓冲层烧蚀等缺陷导致绝缘失效风险激增；电缆可靠性浴盆曲线故障失效概率运行时间早期故障期耗损故障期偶然故障期 2年25年不同运行年限电缆寿命 电缆老化问题严重导致故障风险激增一、研究背景 高压电缆缓冲层持续劣化，损伤绝缘屏蔽及主绝缘 缓冲层烧蚀缺陷逐渐会发展至主绝缘热老化，导致电缆局部区

3、域绝缘性能下降而迅速击穿。“图钉状”缺陷人工加速缓冲层烧蚀导致的主绝缘热老化现象缓冲层烧蚀导致的绝缘层热老化缓冲层烧蚀致半导电层烧蚀一、研究背景 高压电缆烧蚀缺陷发展过程及机理 缓冲层烧蚀缺陷存在明显的孔洞及碳化痕迹，代表缓冲层经历了高温过程；在缓冲层烧蚀严重的区域超过700，绝缘屏蔽及绝缘区域也受到高温影响，最高可能超过300，高温导致了主绝缘的热老化；而且该热老化区域可能不止一个，而且存在热点转移。局部高温的产生机理局部高温热点仿真结果一、研究背景 电缆热老化与其他老化形式差异明显 缓冲层烧蚀及其引发的后效主绝缘热老化与其它老化形式有较大区别，其对介电参数的影响较小（电导率、介损等变化相对

4、较小），难以通过传统检测手段进行评估，且还需考虑热老化的不均匀性，判定其发生部位。传统评估方法如绝缘电阻、吸收比只能定性，亟需一种高压电缆绝缘状态精确评估方法，准确辨识电缆热老化，从而有效区分电缆缓冲层烧蚀缺陷发展阶段。绝缘水树老化机理绝缘热老化机理一、研究背景 绝缘状态诊断技术研究现状基于PDC的时域介电响应方法的信息量丰富、方法简单、检测精度高一、研究背景汇 报 提 纲一、项目背景二、测试原理及特征参数提取三、特征参数与绝缘状态的关联四、电缆缺陷的分段诊断方法五、结论二、测试原理及特征参数提取 PDC技术基本原理：PDC时域介电谱分子级信息数学模型宏观信息 电气设备整体电气参数的变化 绝缘

5、界面处的绝缘信息获取整体绝缘老化信息 可对不同的绝缘结构进行数学建模 模型参数变化反映绝缘信息数学建模有依据 可获得大量分子构造、束缚和运动电荷的相关信息对分子链运动敏感多层绝缘介质E偶极子极化界面极化R0C0R1C1R2C2R3C3 通过控制真空高压继电器的刀闸切换，使得测试样本进行充电（极化）、放电（去极化）过程 皮安表用以记录流过电缆试样的细微电流，并加以采集和分析。等效电路 极化过程RC回路充电RC串并联电路绝缘电阻充电电容极化支路 去极化过程RC回路放电tIpolIdepol0t0U0 PDC技术基本原理：二、测试原理及特征参数提取电流(nA)0时间(s)施加电压极化撤压接地去极化电

6、导电流成分吸收电流成分去极化电流 电导电流成分电导率、绝缘电阻 吸收电流成分、去极化电流 介质损耗因数、电流衰减时间常数、老化状况 PDC技术基本原理：二、测试原理及特征参数提取 传统低压端极化去极化电流测量的局限性：1.必须断开地线测量；2.易受地线干扰；3.信号处理可能使参数提取产生误差。0penddpend00()()i titC U=+直流电导率：直流电导率：低频介损：低频介损：低压侧测量峰峰值100 160 nA最大峰峰值5.2 A现场测试地线干扰严重 测量干扰多 测试时设备需脱地 微电流表不能连接在高压侧等效电路绝缘电阻充电电容极化支路RC串并联电路极化去极化电流推导传统传统PDC