交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝测试系统设计

交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝测试系统设计

陈向荣,徐阳,徐杰,史文,杨文虎

1112

刘英,曹晓珑,李敬飞,刘景光

(1.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安

2.江苏中煤电缆股份有限公司,江苏

宜兴

214251)

1

1

1

1

1

710049;

摘要:根据脉冲电流法的测量原理,设计了可用于XLPE电缆绝缘中电树枝放电连续测试的局部放电测量系统,并利用典型电晕模型实验证实了该系统的稳定性和可靠性。组建了实时显微数字摄像系统对电树枝引发和生长过程进行实时观测。结果表明:整个系统满足电树枝生长过程实时观测与局部放电连续测量的要求,为研究XLPE电缆绝缘中电树枝引发与生长机理及其局部放电特性提供了实验研究平台。关键词:XLPE电缆绝缘;电树枝;实时摄像;局部放电测量中图分类号:TM206;TM247.4

文献标志码:A

文章编号:1009-9239(2010)02-0061-04

DesignofMeasurementSystemofElectricalTree

inXLPEPowerCableInsulation

CHENXiang-rong1,XUYang1,XUJie1,SHIWen1,YANGWen-hu1

LIUYing1,CAOXiao-long1,LIJin-fei1,LIUJing-guang2

(1StateKeyLaboratoryofPowerEquipmentandElectricalInsulation,Xi anJiaotongUniversity,

Xi an710049,China;2JiangsuZhongmeiCableGroupCo.,Ltd,Yixing214251,China)Abstract:Basedontheprincipleofimpulsecurrentmethod,apartialdischargemeasurementsystemwasdesignedforthecontinuoustestofdischargeofelectricaltreeinXLPEcableinsulation.Inaddition,theexperimentalresultsofconventionalcoronamodelverifiedthestabilityandreliabilityofthesystem.Areal_timemicroscopedigitalimagingsystemwasconstructedforthereal_timeobservationoftheinitiationandpropagationofelectricaltree.Anexperimentona110kVXLPEcablesampleshowsthatthewholesystemcanfulfilltherequirementsofreal_timeobservationofelectricaltreeinganditscontinuouspartialdischargemeasurement.ThisstudyhelpsprovideanexperimentalplatformforthestudyofinitiationandpropagationmechanismofelectricaltreeinXLPEcableinsulationaswellasitspartialdischargecharacteristics.

Keywords:XLPEpowercableinsulation;electricaltree;real_timeimaging;partialdischargemea surement

1前言

交联聚乙烯(XLPE)电缆因其优越的机、电性和热性能广泛应用于城市电力的传输,随着城市和现代工业的迅速发展,110kV以上高电压等级的电缆XLPE在我国城市电网中的应用越来越广泛。电缆绝缘中的缺陷主要有屏蔽层凸起、杂质和微孔[1],这些缺陷的存在是造成电树枝引发与快速生长的隐患,

收稿日期:2009-11-19

基金项目:国家自然科学基金项目(50877057)

作者简介:陈向荣(1982-),男,湖南新邵人,博士生,从事交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝破坏以及电缆可靠性评估方向的研究,(电话)029-82665116(电子信箱)chenxiangrong.xh@http://。

对电缆的安全运行造成严重威胁。因此,研究XLPE电缆绝缘中电树枝的引发和生长机理及其局部放电

特性有着非常重要的现实意义。聚合物中电树枝是一种极其复杂的电腐蚀现象,它的生长受到外施电压及其频率、残存应力、温度以及材料的聚集态等诸多因

[2-5]

素的影响。目前,针对高压XLPE电缆绝缘中电树枝及其局部放电特性的研究文献较少。

根据文献[6-7]提供的脉冲电流法和IEC

60270局部放电测量标准,设计了电树枝局部放电连续测量系统,可对加工的XLPE电缆绝缘试样进行连续局部放电测量。同时,还组建了观察电树枝引发和生长过程的实时显微数字摄像系统。利用局

部放电连续测量系统和实时显微数字摄像系统同步工作,获得了可靠的实验结果。2

电树枝局部放电连续测量与实时观测系统试样取自64/110kV级高压XLPE电缆,抽出缆芯后,切削加工成5mm厚度空心圆盘状或半圆状试样。采用典型的针-板电极结构,电极间距控制为2~3mm,针电极(SKD-11)的直径为1mm,针尖圆锥角为30 ,曲率半径(5 1) m。为保证针电极与XLPE绝缘之间的紧密结合,在经过酒精清洗处理并烘干的针电极表面预涂一层聚乙烯。专用的模具加热试样至120~140!,将针电极匀速插入,在模具中退火3min后,关掉加热电源,等待5min后将试样取出自然冷却至室温,冷却速率为11!/min。

实验线路如图1所示,其中高压电源由调压器T1和高压试验变压器T2(YDTW-10/100)构成,R为试验变压器T2自带的10k 保护电阻,C1和C2构成1000 1的电容分压器,Ck为2000pF的耦合电容,Cx为试样,检测装置由RC并联电路模块构成。同轴电缆的波阻抗为50 ,放大器频带50Hz~18MHz,放大倍数10和100可选,示波器采用TektronixTDS220双通道数字式实时示波器,模拟带宽为100MHz,实时采样率为1GS/s,用于局部放电脉冲信号的实时观察。

由图3可知,检测阻抗的频带为50Hz~4.3MHz,其耦合到的局部放电脉冲信号经过前置放大器(#10)放大,利用NI5112双通道高速数字采集卡(采样率设定为10M/s)连续采集,采集到的局部放电信号经过软件带通滤波后的带宽为100~500kHz,采用Labview和数据库技术相结合的方法编程实现局部放电数据的处理,实验系统完全满足IEC60270中推荐的宽带局部放电测量仪的标准要求。采用图4所示原理图对系统进行校准。

2.1试样与实验线路

2.2RC型检测阻抗

脉冲检测阻抗如图2所示。图2中,电阻R50为50 ,Rd为10k ,电容Cd为10pF,P为并联保护单元,整个模块封装在屏蔽铝合金盒内。为了检验检测阻抗的幅频特性,利用任意波形发生器(SONY/TektronixAGW2041)输出的正弦信号作为输入,比较输入信号和经过检测阻抗后的输出信号,得到检测阻抗的幅频特性如图3所示。