应用了三十多年，近年来，在我国的应用也更加广泛，110KV 及以下电压等级的产品已可批 量生产。

电力电缆的故障并不是突发的，而是由于长期运行造成的绝缘老化所导致的。XLPE 绝 缘电力电缆基本结构包括本体和附件，其中本体包括导电线芯、主绝缘层、金属护层及外护 套等。故 XLPE 电缆的绝缘缺陷分附件缺陷和本体缺陷两类，由敷设期外力导致的电缆破坏 和电缆附件安装过程不当导致的绝缘故障，在电缆投运初期 1～5 年间发生的故障中占了很 大部分。而由电缆本体绝缘老化导致的绝缘故障多出现在电缆运行 15 年以上，多数可能超

出 20 年以上[3]。 绝缘材料劣化的原因除了热老化、电老化、化学老化和机械老化等，还有屏蔽铜带断裂、

铜屏蔽接地故障、电缆护层故障、线芯屏蔽层薄厚不均匀等原因[8]，但最主要的劣化形态为 局部放电劣化、电树枝劣化和水树枝劣化。

1。3 本文的主要研究内容

综上所述，电缆在线监测以判断电缆绝缘状态对保证电缆运行情况以及整个供配电系统 的稳定具有重要意义。基于 XLPE 电缆在我国使用范围日益广泛，且水树劣化在电缆绝缘劣 化原因中所占比例较大这一基本背景，直流叠加法对水树较为敏感，且具有可行性，故本课 题采用直流叠加法针对 10KV 的 XLPE 电缆设计一套在线监测装置，并通过 proteus8 进行仿 真验证。具体研究过程如下：

a)学习了解 XLPE 绝缘电力电缆基本知识，包括基本结果、劣化机理等。 b)了解水树枝的劣化特性，根据水树枝的非线性伏安特性建立水树模型，并在 MATLAB

中进行仿真。

c)分模块完成电路的设计。

d)在 proteus 上搭建电路进行仿真。

2 直流叠加法

目前 XLPE 电缆在线监测系统可用的方法比较多，本章对所采用的直流叠加法做以详细 介绍，分别介绍直流叠加法的基本测量原理以及使用正反直流叠加法的检测方法，明确直流 叠加法的适用环境。

2。1 直流叠加法基本测量原理

给在运行中的电力电缆上叠加一个低压直流电时，在电缆绝缘层会产生和绝缘劣化程度 相应的直流电流，所以应用直流叠加法可以判断电缆绝缘的状态。直流叠加法基本原理为： 在三相接地电压互感器的中性点处施加一个低压直流电源，即将该直流电压叠加在电缆的工 作相电压下，且并联一个高压电容来消除交流高压对直流电源的影响[7]，而对于中性点固定 接地的三相系统，应用直流叠加法进行在线监测时直流叠加系统可接在系统三相电抗器中性 点上[7]，具体采用哪种接法要根据变压器的绕组接线方式和接地方式来选择[5]，在电缆接地 线上永久接入监测装置。后在线测量通过电缆绝缘层的直流电流并计算出电缆的绝缘电阻后 对电缆的绝缘状态进行判断。

经试验表明，在运行状态下施加低压直流电所测得的绝缘电阻与离线加高压直流电所测

得的绝缘电阻很相近。如图 2。1 所示[7]，图中R

为离线试验测得的绝缘电阻，R4

为使用 50V

直流电压进行的直流叠加法测得的绝缘电阻，图中数字为进行离线测量试验时的外加直流电

压值（KV）。由图可见，离线试验所加的直流电压越高，测得的绝缘电阻值越低，而在运行 状态下只叠加 50V 的直流电压所测得的绝缘电阻值就和离线时外加很高的直流电压时所测 得的绝缘电阻值相近。在线测量通过电缆绝缘层的稳态微弱直流电流并进一步计算得到电缆 的绝缘电阻值作为电缆老化程度的判据。直流叠加法对电缆的局部劣化很敏感，并且没有直 流电荷累积的问题，但由于直接接地电阻很小，在高压系统中的接地中性点上很难加载直流 电压，故直流叠加法适用于低压电缆的绝缘监测[1,5]。图 2。2 给出了直流叠加法的测量原理：