直流成分法是主要针对水树的测量方法,针对直流成分法,本文的主要研究如下:

1､研究XLPE电缆水树劣化机理,搭建水树劣化仿真模型,利用MATLAB工具在Simulink平台上对水树枝进行了仿真研究。

2､在研究直流成分法的基础上,设计针对1km长10kV截面积为50mm2的交联聚乙烯电力电缆的监测系统,并在proteus平台上进行仿真。

2  交联聚乙烯电力电缆绝缘老化机理及水树劣化模型仿真

2。1  交联聚乙烯电力电缆绝缘老化机理

随着XLPE电缆线路的逐年增加和投运时间的逐年增长,XLPE电缆存在的一些问题已逐渐显现出来,事故也不断增加。事故发生原因多种多样,外力破坏占主要原因,敷设施工和产品质量出现问题也会导致事故的发生。排除外力破坏和敷设施工的影响,电力电缆自身绝缘劣化会导致接地､短路､断路等电力事故。

交联聚乙烯电力电缆劣化机理包括:

（1）热劣化:XLPE电力电缆材料虽然耐热性能较为优越，但运行温度超过电缆材料允许温度时,材料会被氧化分解,使电缆绝缘电阻降低，绝缘性能下降。

（2）电气劣化:电缆的制作环境和工艺会导致绝缘内部存在气隙，电缆运行时气隙部位的电晕放电会产生电树枝,使绝缘性能下降。

（3）水树枝劣化:电力电缆长时间在潮湿环境下运行,水分在强电场作用下将呈树枝状侵蚀电缆,生成水树枝[5]。文献综述

2。2  水树枝劣化模型仿真

电缆水树枝劣化部分的伏安特性如图2。1所示，可见水树枝劣化部分电缆的伏安特性是非线性的，设电力系统的工频电压为：

式中U0为系统相电压的幅值，因水树枝劣化而产生的损耗电流为 i(t)，文献指出，3次和5次谐波在发生水树枝老化后的 XLPE 电缆漏电流的组成中占了主要比例，因此水树枝的非线性特征可近似表示为： 

明确水树枝的非线性伏安特性，并据此建立水树枝劣化模型，如图2。2所示，其中C0、 R0为完好段的绝缘电阻和电容，非线性电阻 R 为水树劣化部分。电缆中水树枝长度的不同通过改变 R、k、C的值来模拟，水树越长，R、C越小，k 越大[6]。

图2。1水树枝电导伏安特性

图2。2水树枝劣化模型

利用MATLAB中Simulink的模块对有水树的电缆模型进行仿真,其仿真模型如图2。3，该仿真为三相电缆的其中一相，另外两项根据三相电缆对称原则与该结果对称。其中U0为10kV 的工频交流电压源，选取额定电压为 10kV、截面积为50mm2，老化时间为 380h 的 XLPE 电缆作为仿真样品。其具体电气分布参数为：R0= 4。782× 109Ω/m，C0 = 2。6×10−10F/m。实验中选用 5m 长的电缆，故电缆总的电阻为：R = 9。564×108Ω，总的对地电容为C = 1。3×10−9F。电缆中的水树枝用 VCCS 受控源来模拟，通过改变 R、K、C的值来模拟不同长度的水树。仿真结果如图2。4所示[4]。

图2。3水树枝仿真模型来;自]优Y尔E论L文W网www.youerw.com +QQ752018766-

图2。4水树枝电流仿真结果

由仿真结果可见由直流成分法需监测的电流十分微弱，且可以看出含有水树枝的电缆中的电流不是规则的正弦波，说明电流中含有谐波分量，且电流数值都在0的同一侧，说明电流中有直流分量。