缆绝缘老化原因电老化热老化机械老化环境老化绝缘老化主要表现树枝化电树枝水树枝电力电缆故障在线检测方法直流分量法直流叠加法交流叠加法差频法电力电缆的故障测距与定点方法确定故障性质粗测距离经典法电桥法现代法脉冲反射法低压脉冲反射法脉冲电压法脉冲电流法二次脉冲法探测路径或鉴别电缆精测定点声测定点法听测方法感应法电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究裸露电缆故障的特殊定点方法局部过热法偏芯磁场法跨步电压法电力电缆外护层绝缘故障的测寻测距定点低压电力电缆故障探测超高压电力电缆故障的探测电力电缆故障仿真电力系统仿真软件介绍电缆故障检测波形算法仿真短路性故障仿真开路性故障仿真首段及其附近故障点的仿真电缆故障波形仿真短路性故障叠加波形仿真开路性故障叠加波形仿真结论参考文献致谢电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究绪论课题背景及目的随着社会经济的发展和现代化建设步伐的加快，工农业以及人民生活的用电量日益增加，对电力的需求量越来越大，要求电网的安全运行也越来越高。而作为连接各种电气设备传输和分配电能的电力电缆，已经逐渐取代了架空线的位置。电力电缆是在电力系统中用于传输和分配电能的电缆。电力电缆是导体外包有优质绝缘材料，并有各种保护层的电缆。它的主要功能与架空导线样，在电力系统中传输和分配大容量的电用能。与架空线的区别是电力电缆可在各种环境下敷设，安全隐蔽不受外界气候变化的干扰以及可以较少维护，经久耐用般要求年以上。但电力电缆的结构比较复杂，制造工序多，产品价格要比较空导线高出几十倍因此般应用不适应采用架空线路的场合，如城市中暑配电线路和工矿企业的动力引入与厂区的主干电力线路中以及跨越江河铁路战场，贯穿地下隧道等。实际上电力线路是架空导线与电力电缆共同组成的，架空导线侧重于产生电源的输变配电部分，而电力电缆侧重使用于配电用电端，因此，中低压电力电缆的生产量占以上。电力电缆经常用作发电厂变电所以及工矿企业的动力引入或引出线，当线路在过江过近海过铁路处，也常采用电力电缆。电力电缆与架空线路相比，优点是受气候的影响小，安全可靠，隐蔽耐用，但成本较高。年美国公司率先开发了交联聚乙烯电力电缆，年和年日本的住友公司和昭和公司采用美国专利，也先后研制出这种电缆。随后北欧的瑞典等国，以及法国意大利等也先后开发了这项技术电缆。上世纪年代末，沈阳电缆厂用悬链工艺制造出我国第根交联电缆，年代初，上海电缆厂开始用立式交联土艺生产交联电缆，郑州电缆集团股份有限公司在试制成功交联电缆后，年首次用立式全干法工艺生产的交联电缆通过两部鉴定，填补国内空白，相继已有十多条生产线具备冶，获交联电缆的生产条件。实际上国内高压交联电缆的应用还要超前于电缆的制造。可以说高压交联电缆的批量使用促进了制造行业的技术进步，而制造技术和工艺装备的发展又不断满足了电力工业的需要。目前，国产和高压交联电缆的制造技术已基本接近当代世界先进水平。在进步加强企业内部管理，稳定产品质量，合理选择电缆种类和参数，提高与整个线路相关的技第页共页电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究术水平的前提下，高压交联电缆线路的安全性可靠性经济性就会不断提高。电缆以其良好的性能，成为各种电压等级的主要电缆产品。目前电缆已被广泛使用于中高压配电线路中，并且随着城网改造的深入发展，呈现出快速增长的趋势。随着电缆数量的的增多以及运行时间的延长，电缆故障越来越频繁。根据国家电网年的的运行经验表明，随着电网改造进入定的阶段，电缆运行了定的年限，故障率有逐年升高的趋势。年电缆故障跳闸率为次百公里年，年电缆故障跳闸率为次百公里年。电缆发生故障时，由于埋在地下，查找比架空线困难，若故障测距不准，电缆路径不清楚，耽误了大量时间，造成无法估量的损失。年供电局军区的电缆出现故障，造成连续两次停电，造成了定政治影响。传统的电缆绝缘老化的诊断方法有绝缘电阻试验，直流耐压泄漏电流试验，介质损耗角正切试验，局部放电试验，耐压试验，直流放电试验，残余电荷等方法。以上传统方法，统称为离线检测方法，其共同缺点是要求在停电状态下试验。而随着社会对电力需求的日益增大和电气设备规模的扩大，尤其是现代大型计算机的发展，要求尽量减少停电次数，甚至不能停电接地故障时，可把两个健全相导体并联使用以增大电容量，使故障点更容易击穿放电。图健全相导体替代高压电容器接线超高压电缆故障点测试方法和步骤与般高压电缆类似，但测量到的故障点放电波形有所不同，应注意识别。下面以直流闪络法为例，介绍脉冲电流波形。使用个健全相导体时脉冲电流波形测试时，电缆故障相导体与健全相导体是通过测试线连接在起的，忽略高压信号发生器及连接导线的影响，电缆故障相与健全相导体在测量端阻抗是匹配的，电流脉冲在测量端基本上没有反射。故障点放电产生的电流脉冲在故障点及健全相导体的远端来回反射，形成与使用电容器的测试方法类似的波形，如图所示。图健全导体作电容的脉冲电流波形波形上第个脉冲仍然是故障点放电初始脉冲而第二个脉冲是故障点放电脉冲运动到健全相导体远端返回到测量端的波形的第三个脉冲是远端反射脉冲在故障点的反射脉冲。第及第二个脉冲之间的时间应是电流脉冲在健全相导体来回趟的时间，而第二个及第三个脉冲之间的时间是脉冲在测量端与故障点之间往返趟的时间，对应故障点距离。第页共页电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究两个健全相导体并联使用时的脉冲电流波形分析电流脉冲的反射时，电缆测量端可以用两个大小与电缆波阻抗相等的并联电阻来等效，根据第二章关于行波反射系数的计算公式，求出电流脉冲在电缆测量端的反射系数为，由于不使用电容器，测量回路的杂散电感比较小，电缆故障点反射脉冲开始小段的正脉冲现象不明显了，可以忽略不计。图两健全相导体并联脉冲电流波形图给出了典型的脉冲电流波形。除在故障点及测量端来回反射外，故障点放电脉冲到达测量端后会越过连接线透射到两个健全相导体上去，在健全相导体上来回反射，并透射到故障导体上去，使测量到的脉冲电流波形比较复杂。根据故障距离的不同，对波形的影响也不同，但不管怎样，波形上的第个脉冲是故障点放电初始脉冲，而第二个脉冲是故障点反射脉冲，二者之间的时间差对应故障距离。第页共页电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究电力电缆故障仿真在实际的电力系统上进行试验和研究，往往会破坏系统的正常运行，考虑到经济性安全性等原因，般不能在实际系统上人为的进行各种试验尤其是故障试验，常通过建立个与电力系统相似的模型间接地研究它的规律，这种间接试验技术就是电力系统仿真技术。电力系统数字仿真被广泛用于电力系统动态问题的研究。电力系统仿真软件介绍用于电力系统暂态分析的仿真工具主要有的改进版等等。是普遍应用的电力系统电磁暂态和机电暂态仿真程序，复杂的网络和任意结构的控制系统都可以用它来仿真。经过多年来的不断发展，具有模型的可扩展性和兼容性，除暂态计算外还有些重要的附加功能。主要的组件有耦合和非耦合线性集中参数元件频率相关的分布参数输电线路和电缆模型变压器避雷器等非线性元件常规开关时间相关开关及电压相关开关等二极管和晶闸管等阀体三相同步电机和通用电机等。功能强大应用灵活，是业界有名的仿真工具的用户界面。它使用户能够在个集成的图形界面下实现电路图连接仿真运行结果分析及数据管理等功能，还包含了在线打印图形功能和控制测量模块。有个事先编好的并经过测试的模型库，从简单的无源元件和控制模块到电机模型设备输电线路和电缆等复杂的模块都包含主模型库中，可以很方便地直接调用。当现有的模型不能满足需要时，还可以自定义特殊模块。是进行电力系统电磁暂态仿真的强大工具，是的仿真引擎。的仿真结果以时间瞬时值的形式给出，这点与常规的相量仿真引擎不同，后者以相量的幅值和相角第页共页电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究方式给出结果。但可以用的内置工具将瞬时值结果转换为相量值的形式。是强大的科学计算工具，它的语言简洁易用，内置了几十个工具箱，为不同领域的科学研究和科学计算提供了有力工具。它的电力系统模块库可以进行复杂电力系统的建模和稳态暂态计算，同时它的小波分析工具箱可以很方便地进行数据分析处理。但中没有合适的电力电缆模型，如果想用要自己来设计，就不能用来仿真，只用于数据处理。由于条件限制，同时又由于中没有合适的电缆模型，最终选择了作为仿真建模工具。电缆故障检测波形算法仿真短路性故障仿真其仿真模型包括脉冲发生器，受控电压源，内部阻抗，电容，电缆线路，断路器，测量电压表及示波器图短路故障仿真电路图若电缆在处发生低阻短路或接地性故障时，故障点处的等效阻抗应为故障电阻与电缆特性阻抗的并联，即根据传输线理论，故障点处的反射系数应为由上式推倒出第页共页电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究因此当无穷时，，可得到如下结论短路性故障的反射系数为,即,且与极性相反。越小，反射脉冲幅值越大，反之，越小。这就是低压脉冲反射法不能测试高阻故障的根本原因。当时反射脉冲幅值最大，即，这种情况称为短路故障的全反射。图短路性故障波形仿真图上图中，是测试仪产生的发射脉冲负极性开始入射的时刻，是入射脉冲到达故障点后形成的反极性反射脉冲到达测试端的时刻，由于测试端等效阻抗大于电缆特性阻抗，所以在测试端将产生同极性反射脉冲相当于时刻的反射脉冲再次向故障点入射，到达故障点后，产生反极性反射，并传向测试端„„，从而形成了„„时刻的二次三次等多次反射脉冲。各反射脉冲时间间隔相等，幅值越来越小，各相邻反射脉冲的极性相反。开路性故障仿真采用相同的模块仿真开路故障。电缆与电缆用短路器相连，断路器的初始状态参数设置为，即断路器断开，电缆在此处发生短路故障。其电路图如下第页共页电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究图开路故障仿真电路图若电缆在处发生开路性故障时，这点的等效阻抗应为故障阻抗与电缆特性阻抗的串联，即根据传输线理论，故障点处的反射系数应为由上式推倒出因此当无穷时，，可得到如下结论开路性故障的反射系数为,即,且与极性相同。越大，反射脉冲幅值越大，反之，越小。当无穷大时反射脉冲幅值最大这种情况称为开路故障的全反射。第页共页电力电缆绝缘试验与故障检测方法研究图开路性故障波形仿真图上图中，是测试仪产生的发射脉冲负极性开始入射