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[干法交联] 交联电缆出厂局部放电及交流电压实验若干问题分析

P:2010-03-30 13:46:09

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串联谐振局部放电试验系统因为属于一种在交联电缆制造过程中使用效率很高的试验设备,所以其在正常的连续试验使用过程中同生产设备一样,出现设备故障问题的可能性比较大。有时可能是检测系统本身的仪器或设备出现问题,有时可能是试验终端损坏或屏蔽室大门开启的电气及机械传动装置出现故障,出入屏蔽室的电缆盘装载运输平板车有时也会出现电气或机械故障。事实表明,无论试验系统本身出现那种性质的故障,都会造成电缆出厂试验过程的中断,给产品的定时生产何排产造成影响,造成交检验产品的积压,影响产品的及时交货率。同时在交联电缆局部放电试验的具体实际操作过程中,由于各种外部影响因素较多,再加上试验人员实际操作技能水平,经验方面存在的差异,造成实验人员在实际操过程中还会碰到一些比较具体的试验疑问或难题,还需要我们在具体的试验过程中不断的总结实验经验,进行设备及实验手段的完善。从而不断的提高交联和精度,减少产品出现错判和误判的可能性,提高电缆局部放电超标定位的精度,确保交联的生产制造质量和按时交货率。因此,对教练电缆局部放电试验系统的正确使用、维护及试验手段和解决,日益成为电缆生产厂家不得不关注的问题。

   1 局部放电试验系统经常出现的问题及解决查找方法

   1.1 局部量检测示波器在电缆试验过程中出现电缆本体击穿后,地线中有大的瞬间短路冲击电流流过示波器内损坏。损坏后经常表现为示波器在空载打标后,示波器准圆基线上接收不到打标回波脉冲,或者回波脉冲幅度较正常打标时明显减少,示波器空载打标信号不正常,导致试验无法正常进行。为了方便局放仪示波器在出现上述故障后快速对仪器故障原因进行查找判断和维修,在设备正常时,试验人员应该对你局放仪空载《不带电缆负载》打标后示波器版面的“校正输出”切换开关档位,“曾益”调节旋钮位置,“衰减”切换开关位当时所对应的局放量数字显示表的读数,勤于记录。以便在示波器出现异常情况时进行快速对比分析,迅速缩小故障查找范围,确定故障所在,迅速排除,恢复设备的正常使用功能。我们已给局部放电试验系统配置的JF-2000性局部放电检测仪为列,当局放仪正常时,可以用同舳电缆局放仪后面板上的校准方波输出设定1PC,衰减放在2档,曾以调节倒最大,此时数字表应显示50PC以上,测说明局放仪本身工作不正常使用情况下的相关参数的及时记录和积累将大大减少设备故障的排除时间。

   1.2 电抗器时局部放电试验的刻心部件,其内部线圈跌心因长其上下频繁移动或被试电缆长度较长试验过程中电抗器噪音较大造成的震动,可能使其机械传动部分的一些行程开关的底部固定螺丝发生松动,造成行程开关动作失灵,给电抗器及励磁变压器内部绕组不同档位的切换造成困难。只要在电抗器的顶部找到相应“高压开关”切换档位为对应的行程开关,将其底部固定旧可使上述设备故障得到及时排除。

   1.3 电抗器因各种原因在进行吊芯检查维修完毕后,因没有及时进行干燥去湿和抽真空处理,造成设备在实际应用过程中出现空载局部放电现象,导致设备无法正常使用。因此局部放电试验系统的电抗器部分在进行吊芯处理,二次重新安装就位后,一定要对其即使抽真空,去湿和干燥处理。同时对维修完毕的设备及时进行空载局部放电试验考核其设备实际使用性能,以保证设备能满足实验的需要。

   1.4 设备空载或带电缆实验过程中有时会发生假击穿现象。一个原因是设备调压器经长期使用后,线圈与电刷接触的环氧平面,调压器裸露滑道的碳刷磨损物较多,造成电刷在移动调压过程中导轨表面局部存在火花放电现象,造成试验系统在调压过程中频繁出现火花放电报警现象。因此在试验过程中要定期对调压器点刷滑动导轨表面进行清洗,可利用变压器油定期对导轨表面擦拭,同时对线圈的电极碳刷叶要及时进行维护和保养,以延长调压器的正常使用寿命,清除设备假击穿现象的发生,设备电抗器部分的高压套管、高压滤波器部分的耦合电容,校准电容,电感线圈之间的高压连接引线端部经常会因维修移动造成线鼻子固定螺丝产生松动导致设备线路局部出现接触不良而产生火花放电报警现象。造成系统频繁出现火花放电现象。此时只要仔细对设备高压滤波器部分的高压连接线进行检查和紧固处理,就会很快消除上述现象。

1.5 试验系统高压引线的快速接头在实际使用过程中出现的问题也比较多。使用中经常会由于35KV交联电缆试验油杯过重,造成高压引线快速接头处均压屏蔽金属软管出现拉脱现象,导致系统因试验线路局部接触不良出现火花放电报警现象。长期的实际工作经验表明,高压引线在实际的使用过程中需要定期修理和更换。同时试验系统的一些同注舳电缆信号的接头处有时还会出现接触不良现象,给试验造成麻烦。因此在平常实验过程中,应该适量备用一些两头封装好的同舳电缆信号线及高压引线,以便在上述问题出现时,迅速更换,提高试验的效率和精度。同时对出现问题的同舳电缆信号线及高压引线及时维修好,以备下次使用。

2局部放电试验系统使用中存在的不足及改进建议:

    21  试验用屏蔽室电动大门是目前试验过程中一个容易出现问题的部分。由于受大门面积大,重量比较重,机械传动、连锁装置的设计不合理及实验过程误操作等因素的影响,常常会造成大门在开启关闭过程中出现卡死现象,这不但对电动大门的行程导轨和机械传动齿轮造成损坏,而且严重影响了电缆正常试验工作的顺利进行。同时在电缆的试验过程中由于屏蔽室大门开启和关闭过程惯性较大,其开启关闭到两头后对设备机械部分的冲击较大,造成电动门出现问题的几率增大。由于在整个局部放电试验系统的设计和现场建设初期,电动屏蔽室大门的现场精细化设计和安装往往容易被忽视,其设计过程一般都比较粗糙,这给后期的使用、维护、修理造成较大的困难和麻烦。因此对于屏蔽室大门传动装置的合理、精细化设计和制作,也要引起试验设备厂家足够的重视和关注。从而保证屏蔽室大门平稳、轻松、可靠的开启和关闭,降低设备故障率。

    22   电缆移动装载小车的设计还需要不断完善。现在的电缆局部放电试品既有半成品又有成品。在做半成品局部放电试验的时候,为了减少试验背景,需要将半成品铁工装采用绝缘垫小车进行隔离。以此避免半成品铜带屏蔽通过接地线以及铁工装、小车、小车铁轨道、屏蔽室构成循环接地,造成试验背景增大。为了保证半成品试验的顺利进行,电缆小车上应该加装耐压耐磨而且有一定厚度的绝缘衬底,实现半成品和小车的绝缘隔离。电缆移动小车的行经轨道在屏蔽室大门位置有一活性轨道过桥,由于轨道过桥衔接位置存在一定的高低落差,有时会造成小车在行经该位置处出现跳跃脱轨现象,陷入屏蔽室大门的正反行程轨道槽内。将装载了电缆的小车从屏蔽室大门的正反行程轨道槽内转移出来实际上是一件很费时费力的工作。因此电缆移动小车轨道过桥形状的设计必须引起重视,保证小车在经过该处时,过桥不会出现脱轨现象。电缆局部放电试验过程一般都采用悬挂式试验终端进行,如果交检的成盘电缆端头位置、方向摆放不合适,很可能造成试验终端无法正常和电缆端头连接,而要将电缆端头的位置和方向调整,又需要将电缆重新移出屏蔽室利用行车转动调整电缆盘,这样做既费时又费力又具有一定的安全隐患。为了方便试验过程中电缆头位置和方向的合理摆放,电缆小车上应增加有使电缆盘沿其方向方便旋转的功能和装置。可使电缆盘的电缆头旋转到我们试验所需要的合理位置。同时为了在电缆局部放电超标故障定位过程中,近远端位置调换的方便,在电缆小车上还应该加装一个方便电缆盘在水平方向旋转的转盘,这样根据我们实际试验过程的需要,电缆头可以很轻松方便的旋转到我们试验所需要的合理位置。实现试验终端的快速连接或换接。有时进行大截面三芯电缆的局部放电试验时,根据电缆头的摆放位置和预留长度,必须配备电缆端头试验支架将电缆头支撑起来才能试验。因此试验设备制造厂家应考虑给试验系统配制合理的电缆端头支撑试验支架,而且试验支架要设计制做成可方便移动、固定,升降式为好。

  .电缆在局部放电试验过程中变压器油的用量不算太多,但当油内一有赃物就将其废弃,必然会造成试验成本的成倍增加。因此在试验系统应该配备有变压器油过滤装置,这样就可以将绝缘油反复多次利用,减少试验成本。同时还应配备接油装置或器具,避免油对试验场地的污染。当试验产品的数量比较大时,试验场地往往会因为缺乏接油装置,造成在地面多处积油,表面异常光滑。试验人员在进入屏蔽室地面长期积油受伤现象。同时屏蔽室地面长期积油后,也会逐渐腐蚀绝缘地坪,造成地面坑洼不平。笔者曾参观过一些使用了有几年的电缆局放屏蔽室地面,发现普遍存在绝缘地坪表面坑洼不平现象。为了保护绝缘地坪,现在有很多厂家在局放屏蔽室绝缘地坪表面覆盖了一层钢板对水泥地坪加以保护。

  .交联电缆外半导电屏蔽层的切剥工具,也成为试验过程所必备。现在试验设备厂家提供的剥切工具,只有电缆外半导电屏蔽层的专用剥切绞刀,而缺少电缆护套剥切的专用工具,给检验人员剥切电缆造成一定困难。在北方一到冬季,电缆的护套会变硬变脆,用普通的电工刀和美工刀划开和剥离护套十分困难,同时如果进刀量掌握不好很容易划伤绝缘线芯的铜带屏蔽层和外半导电屏蔽层。特别是对聚乙烯护套,剥切将会显得更加困难。同时目前的交联剥切工具电动较少,建议试验设备厂家应该研发配备手工电动两用的一套局部放电试验专用剥切工具系列。

  .试验终端使用质量的好坏,也日益成为影响电缆局部放电试验进度的关键性因素。油杯杯壁在试验过程被电缆线头长期刮擦后,可能在油杯杯壁的内表面造成划痕残留,,油内的一些脏污和微小杂质可能会沉淀残留在挂痕内,缓慢形成放电通道,最终在油杯内壁表面发生滑闪放电现象,造成油杯表面击穿和炸裂。其击穿原理和铁搭导线悬式绝缘子串表面击穿原理类似。导线悬式绝缘子串的敷设环境都比较恶劣,其表面常常会吸附空气中的灰尘、鸟粪等物质,造成表面绝缘能力的下降,导致绝缘子表面污闪炸裂现象的发生。电缆试验用油杯终端也一样,随着使用时间的推移,其内壁和外壁表面的光洁度和绝缘能力肯定会下降,当试验电压较高时,很可能会造成油杯的有机玻璃管被炸裂,一般油杯的金属电极底座不会损坏。鉴于上述实际情况,我们可以多购买一些有机玻璃管作为备用,在试验终端发生问题后及时更换处理,以保证生产和试验的正常进行。油杯型试验终端在实际使用过程中发生炸裂的经常是35kv试验终端,10kv试验终端出现炸裂情况较少。同时油杯底部的顶针弹簧可能会由于长期使用后出现老化,弹簧的的弹力不足,造成试验过程导体线芯与电极之间产生接触不良现象。只要及时更换弹簧,该问题也能及时得到解决。同时配备的油杯最好设计为防爆型,以延长其使用寿命。

  .三芯电缆逐芯进行局部放电试验过程中,三个绝缘线芯之间必须离开一定的绝缘距离,以防止线芯之间出现感应放电。但对于大截面35kv三芯交联电缆,在实际试验过程中我们发现,要将其绝缘线芯彼此分开一定距离,实际难度很大。因此在实际试验系统里应考虑设计一种将电缆三芯之间距离撑开一定距离的工具,保证电缆在试验过程中线芯之间不发生感应放电,使用时直接将其插入电缆缆芯间隙将绝缘线芯撑开。这种撑开工具应该能够反复使用,而且是绝缘材料,具有一定的强度、抗挤压,撑开过程不会对绝缘线芯造成损伤。

  .目前,利用现有的单相局部放电试验系统一次完成10kv三芯交联电缆的局部放电,交流电压试验,已成为行业内各个厂家普遍认可和采用的试验方式。不少厂家利用试验系统已配制的35kv电缆试验终端,一次完成10kv三芯电缆的出厂试验。但目前也有为10kv三芯电缆一次出厂试验完成而开发的电缆试验终端,如上海慧东电气公司开发的RT-10A型试验终端。

  .鉴于局部放电试验过程中用到的各种辅助工具,如电缆屏蔽层的剥切刀、电缆油杯等。因此在屏蔽室内设计放置一个体积尽可能小的工具柜就成为试验的必要,当然工具柜放置位置要尽可能远离高压试验终端。

.局部放电屏蔽试验室内的设计方面还存在需要完善的地方,屏蔽室内最好在设计时配备专用的照明装置,这样在内部工作起来比较方便。

3局部放电及交流电压试验过程中存在的一些具体疑难问题

3.1局放放电超标故障定位工作多年来一直是局部放电检测工作中的一项头疼工作。因为局部放电定位检测一直采用行波法原理进行。这种定位手段,本身存在一定的定位盲区,主要是对于靠近电缆端头约30范围内的故障点。通过了一次定位只能确定缺陷点在电缆端头附近,无法确定在哪一端及具体位置。有时通过一次局部放电超标定位确定放电故障点就在电缆端头附近,为了确定具体的故障位置,不得不采用将电缆局部放电超标相与合格相连接的方式进行二次定位。由于连接的盲目性,很可能将造成连接后电缆定位结果还在端部,此时还需要再改变连接方式进行三次定位,才能确定具体故障位置。更有甚者,可能在电缆连续多次定位过程施加电压后,由于空间电荷的累加效应,电缆故障位置的放电会减弱和暂时熄灭。造成电缆定位过程根本采集不到波形,导致定位工作无法继续开展。只好将电缆在静放一段时间等待局部放电信号再现后进行四次甚至更多次定位。

3.2交联电缆半成品局部放电和交联电压试验顺利通过,而在成品试验过程中却出现了局部放电超标或击穿现象。

该类现象,有些与我们工厂后道工序加工搬运过程中遭受到的各类意外机械损伤有关。但有些缺陷,却并非后道工序意外机械损伤所致。如导体线芯表面的一些不易剥落的附着性毛刺,绝缘内部一些轻微变色的老胶(轻微发黄,或在绝缘内凝聚为白色的胶体块)。这些缺陷可能在半成品局部放电试验过程中无法检测到。但经后道成缆、护套挤出工序后,上述缺陷可能会进一步劣化和扩大。由此造成电缆成品检验过程出现局放超标和击穿现象。因为现在

的电缆制造供应过程,都是按照合同定单的要求进行定长排产,按时批理交货。同时出于降低生产成本方面的考虑,几乎没有现货库存。这样一旦电缆成品生产出来以后,可能已临近交货期限。若生产完毕的交联电缆成品出现局部放电超标和高压试验击穿后,可能会造成重新排产,而重新排产周期至少约为6—7天的时间。这样对电缆制造厂家就存在合同违约的经营风险。同时上述现象的出现,也会造成生产部门对局部放电试验的检测结果产生质疑。该类缺陷,依照局部放电检验手段,在半成品检验过程可能不能及时发现。解决的办法一方面要保证交联电缆原材料供货质量的稳定性,主要包括导体所用铜材的质量:另一方面生产过程工艺的执行及质量控制要严格管理。

3.3有些半成品电缆,尤其是35KV交联电缆,在实际试验过程中有时会发生下述现象:半成品在进行局部放电,交流电压试验过程中由于考虑到成品还要进行交流电压试验,施加电压时间比较短暂,如26/35KV交联电缆半成品绝缘屏蔽线芯,测量局部放电量45KV下,只有1.2pc。施加交流电压65KV/10min(GB/T12706.3-2008标准规定为2.5U/30min,65KV/30min)顺利通过。而在成品进行交流电压65KV/30min试验过程中在施加电压5min后就发生了击穿。解剖击穿故障点,无任何外部机械损伤痕迹。鉴于试验过程所发现的上述现象。为了确保电缆的生产质量,我们在后期的交流电压试验过程中对交检的半成品和成品都严格按标准进行65KV/30min试验。

3.4电缆局部放电检测量实际检测数据位于国家相关产品标准规定的边界,检测结果合格与否也成为困扰现场检验人员一项头疼棘手的问题。

3.5有些电缆经检测发现其局部放电量超标,数值约在10—20PC范围内,而且继续升高试验电压发现其局放量没有变化。有些局部放电检测系统在对上述局部放电超标故障电缆进行定位时发现:即使定位示波器的水平灵敏度和垂直灵敏度调整到最大,电缆的实际放电脉冲信号还是采集捕捉不到。从而造成某些故障电缆无法进行局部放电超标定位。因此,目前的局部放电检测系统也并不是对所有的局部放电超标电缆都能实现故障定位。

3.6笔者曾在电缆局部放电实际试验过程中遇到过下列现象。有一盘三芯电缆第一天检测有一相出现了局部放电量超标现象,当时经过定位确定故障位置在电缆端头附近,经过仔细检查电缆的两端,发现电缆内端头有一相的绝缘屏蔽刮伤,绝缘外露,根据定位及检查情况确认电缆局部放电超标位置就在电缆内端头根部。当时将电缆叉运到室外。第二天,在对前期测量的电缆未进行任何处理的情况下,我们将该盘电缆叉运吊装至屏蔽室进行局部放电复检时发现,该盘电缆的局放量只有1.1PC,复检结果电缆局放量检测合格。重新仔细检查电缆内端头根部,发现电缆绝缘线芯表面外屏蔽损伤破损点还在,而且绝缘已外露。按照我们的局放试验经验和局放测试基础理论,这样大的质量缺陷,在实际测量过程中肯定会导致局放超标。是什么原因导致上述试验现象的出现呢?经过仔细分析,我们找到了原因,原来该电缆在冬季生产。北方冬季室外在夜间容易出现起雾和下霜现象。在这样的天气情况下,将未经封头的电缆在室外放置一昼夜后,电缆端头的绝缘线芯表面实际附着了一层薄薄的霜雾。当将电缆由室外转运到车间室内后,电缆端头绝缘线芯表面附着的霜雾会由于室外温度的差异,凝结成一层薄薄的水汽附着在绝缘线芯表面,由于水的电阻率与交联电缆外半导电屏蔽层的电阻率接近,所以附着在电缆外半导电屏蔽层破损点的表面水膜就等于将该点的半导电层进行了补偿修复。由此造成电缆局部放电在复检过程出现了异常合格现象。为了验证我们的分析,我们随即用干燥的大布将被试电缆端头外屏蔽层破损点表面所附着的水汽全部擦干,重新检测局部放电量仍然超标,定位确定局放超标故障位置就在电缆端头附近,与我们第一天的检测结果吻合。通过此次测量,我们在后期的交联电缆局部放电试验过程中,如果通过定位检查确认局放超标是由于电缆试验头切剥过程端头外屏蔽划伤或损伤脱落所致,我们完全可以在该位置摸一层水膜充当半导电层,对电缆进行局部放电试验,电缆的局部放电试验肯定可以通过。从而减少重新截断电缆头及二次剥切电缆试验头所产生的试验工时和电缆的浪费量。

3.7生产过程中对于电缆端部的合理处理也将会成为电缆试验能否顺利进行的重要影响因素,特别是屏蔽半成品上盘始端的试验预留长度,端头附近质量的完好性等都将是影响试验顺利进行和产品合格与否的关键因素。

4结束语

根据目前国内电缆制造厂家的生产装备水平,交联电缆实生产过程中,局部放电超标和交流电压击穿的比例只占到极少数。是我们实际试验过程中遇到的一些具体实际问题,需要局部放电试验设备生产厂家和交联生产厂家不断深入到交联电缆局部放电试验现场,及时发现检测过程中出现的各类问题,不断优化和完善试验系统的功能,持续提高电缆现场检测人员的素质和水平,为交联电缆制造工艺的改进和产品质量保障提供强有力的检测技术支持。

 

 

[龙之吻 在 2010-3-30 13:46:37 编辑过]

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