由图 3。2 可见，一般情况下 XLPE 的体积电阻很大，而图 3。1 中的绝缘电阻明显下降， 相比可以认为电缆绝缘电阻的下降是由于水树枝引起的。除此之外，水树枝还会使电力电缆 介质损耗正切角增大，使交流电压击穿场强明显减小。

应用直流叠加法对电缆进行在线监测在我国已有应用，但使用时间不长，数据积累不多，

判断依据尚未拟出。下表 3。1 是日本给出的依据直流叠加法测得绝缘电阻来判断电缆绝缘状 态的判据。在使用直流叠加法检测电缆绝缘状态时，要注意被测电缆的材料、长度、原始数 据[7]。

表 3。1 直流叠加法测绝缘电阻判断电缆绝缘状态的判据

测定对象 绝缘电阻/MΩ 评价 处理建议

电缆绝缘层 R >1000 良好 继续使用

100~1000 轻度注意 继续使用

10~100 中度注意 有戒备下使用，准备换

<10 高度注意 更换电缆

3。2 电缆水树枝模型

电缆水树枝劣化部分的伏安特性如图 3。3 所示，可见水树枝劣化部分电缆的伏安特性是 非线性的[10]，设电力系统的工频电压为：

u(t) = U0 sin wt 公式 3。1论文网

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[10]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[10]，因此水

树枝的非线性特征可近似表示为：

i = 1 (u + ku3  +  ku5) 公式 3。2

R

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[11]，如图 3。4 所示，其中C  、R

0 0

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、C1的值来模拟，水树越长，R、C1越小，k 越大，在第六章针对水树枝进行具体

的仿真模拟。

图 3。3 水树枝伏安特性 图 3。4 电缆水树模型

4 硬件系统设计及实现

由于 XLPE 电缆工作在强电磁坏境中，而待测直流分量大小仅为纳安级[12]，故基于直流 叠加法的在线监测系统的测量精度在很大程度上取决于对微弱信号的测量精度，这就要求在 线监测系统的测量电路必须能够准确测量纳安级的直流电流信号。为了能够准确测量直流信

号，本文设计的系统结构图如图 4。1 所示。在系统中叠加 50V 直流电压后，首先通过测量 电阻R0将电流信号转换为电压信号，然后采用高精度初级放大电路，对微弱信号做第一级和

第二级放大，之后采用有源滤波电路滤除测量回路中的干扰信号，在进行第二级放大，之后 进行 A/D 转换并采样送入单片机进行计算，最后通过 LED 数码管对计算结果进行显示。

图 4。1 检测系统的构成

4。1 放大电路

在接地电压互感器的中性点处叠加一个 50V 直流电压源并在检测回路串接一个采样电