电力电缆绝缘状态在线监测研究进展

仲军 朱克勤

宝胜科技创新股份有限公司 江苏省扬州市宝应县

225800

摘要：近年来，综合国力显著提高，电力行业发展也日新月异，电力电缆因具有可靠性高、节省线路走廊、受外界环境影响小、传输性能稳定等优点在城市配电网中应用广泛。城市电缆一般敷设于地下或电缆井道内，电缆发生故障或绝缘击穿后维修成本高，因此，为提高供电可靠性，掌握电缆的运行状态，定期对电缆进行预防性试验十分必要。然而将电缆从开关设备上断开十分困难，且程序复杂。将电缆连接在开关设备上对其进行绝缘试验，开关设备将承受电缆试验时电应力的作用，这在开关设备设计时并未考虑。

关键词： 电力电缆；绝缘状态；在线监测；研究进展

引言

随着城市化进程的大力推进，城市用电需求也日益增长，而对于输电线路的美观、环保、成本节约等方面也提出了更高的要求。因此，电力电缆在输变电系统中的作用越来越重要，应用越来越广泛。利用电力电缆实现输电线路入地，虽然在节约空间、建造成本、美化城市面貌等方面有很大优势，但缺点也不可忽视。虽然多年来对于电缆材料的研究已经相对成熟，但由于电缆在制作及安装过程中，难免由于不当操作或外力破坏等因素，导致电缆存在绝缘缺陷，同时，电缆在长期带电运行中，随着热效应积累，或是水浸造成水树老化，都将导致电缆绝缘老化、腐蚀，该问题在已经服役多年的电力电缆上尤为突出。当绝缘老化等问题导致发生绝缘击穿、短路故障等问题时，由于电力电缆埋于地下，不利于运维人员排查故障点、处理事故、扑灭电气火灾，进而造成事故范围扩大，加重损失。因此，如何保障电力电缆安全稳定运行，实现电力电缆输电价值最大化，已经成为近年来的迫切需求，而实现电力电缆绝缘状态的在线监测，作为保障电网稳定运行的最有效方式之一，可以提前掌握电力电缆绝缘状态，预防绝缘问题导致的电缆输电事故，也成为近年来的研究热点。

1110kV电线接头橡胶现行试验方法

试验装置分析。在当前110kV、800mm 2 的XLPE输电线上，对户外终端进行安装和管控，需要实现对电气设备与实验装置的有效连接。结合对应的过渡接头以及相应的环氧棒，来实现电线电缆的变径作用，以此来满足不同截面大小橡胶绝缘体的电气试验以及检验工作。因此在进行相关实验过程中，需要实现对试验橡胶绝缘件的安装工作，确保将其有效地安装到对应的过渡环氧棒以及相应的封止端环氧棒区域。安装方式分析。为了确保后续的电线接头橡胶绝缘件电气试验稳定有效地进行，工作人员需要实现对相关零部件进行有效安装，为了确保试验安装工作能够稳定有效地开展，在落实前期的安装工作中，需要结合专业的扩径工具，将橡胶绝缘构件的直径进行扩充，并且将其安装到对应的支撑管上，当完成在支持管上的安装以及对安装位置进行确认之后，工作人员需要及时的抽出支撑管来完成最终的安装操作。再对支撑管进行抽取的过程中，还需要尽可能将绝缘橡胶圈进行收缩处理，以确保其与环氧棒之间存在的空气能够实现有效排出。

2局部放电在线监测方法

电缆在制作、安装过程中，由于工艺问题导致电缆中存在气泡、划痕、毛刺等缺陷，是引发电缆局部放电的原因之一。局部放电是电缆绝缘故障的早期征兆，局部放电进一步发展将导致电树的形成与发展，甚至导致绝缘击穿。近年来，对电缆局部放电的在线监测已成为监测电缆绝缘状态的主流方法，并已应用于大多数实际工程中。局部放电产生的信号可分为电信号与非电信号。电信号主要包括电磁波、脉冲电流等信号；非电信号主要包括热、光、声等信号。在工程实际中，主要通过在电缆上接入各种传感器，以实现对上述各种信号的采集，不同的局部放电监测方法所采集的信号也不同。目前较为主流的方法包括超高频法、脉冲电流法、超声波检测法、光测法等。超高频法（UHF）是一种基于检测局部放电所产生的超高频电磁波信号的方法。超高频传感器可采集电缆由于局部放电而辐射出的超高频电磁波，避开由于电晕放电 （小于150 MHz） 等因素产生的强电磁干扰问题，受周围环境影响较小。但是，超高频信号在传播过程中存在衰减严重等问题，故对于传感器的布置方法要求较高。已有研究提出，在电缆屏蔽层断开处辐射出来的超高频信号最强，采用将传感器内置于电缆中的方法可以保证传感器接收放电信号的灵敏度，但此方法中内置传感器会引起区域内电场分布发生变化。超声波检测法（AE）是通过对电缆局部放电时，由于放电区域内分子之间产生剧烈撞击，进而产生的声波信号进行检测，将超声波信号转变为电信号，诊断电力电缆局部放电现象。超声波信号不受电磁信号的干扰，但在电缆中传播时衰减严重，灵敏度较低，对内部缺陷不敏感。传统的超声波检测法主要通过压电传感器将声信号转变为电信号，近年来，国内外开始研究将光纤作为传感器检测超声波信号，并提出了基于光干涉原理的多种理论方法 [16] 。光纤传感器与压电传感器相比，具有更高的灵敏度，但仍然难以克服杂波干扰以及传感器与声源距离远时灵敏度低等问题。通过将光纤内置于电缆中，或将光纤缠绕在硅橡胶棒上作为传感器等方法，可以进一步提高灵敏度，但难以适用于已服役的电缆与日益复杂的电缆网架中。脉冲电流法（HFCT）是目前电缆局部放电在线监测应用最广的方法之一。当电缆发生局部放电时，会产生高频脉冲电流，因此，应用高频电流传感器即可检测接地引下线或其他地电位连接线上的高频脉冲电流信号，从而进行局部放电信号检测。但是，脉冲电流法存在干扰信号多、检测难度大等问题，识别、排除干扰是脉冲电流法的主要难点。对于脉冲电流法而言，脉冲型干扰信号干扰强度大、识别排除难度大。在电力电缆实际运行环境中，脉冲型干扰信号多来源于线路电晕放电、悬浮电位放电、接地不良以及开关、晶闸管开断时的脉冲干扰。此外，对于外屏蔽层没有接地线的完全屏蔽的电缆，高频电流互感器卡装在电缆外难以检测到局部放电信号。光测法是以局部放电产生的光辐射作为判断依据，通过局部放电光脉冲本身或光电转换后电信号的形式，对局部放电进行检测与定位。光测法可通过普通光纤或荧光光纤进行检测。普通光纤由于其监测探头必须对准光源，即局部放电点，难以应用于工程实际中，往往只应用于实验室研究。荧光光纤对微弱光线较为敏感，性能优于普通光纤，可以在工程实际中应用。光测法作为一种非电量检测方法，其主要优势在于不受电气干扰，缺点是光纤必须内置于电缆内部，无法应用于已服役的电力电缆，且内置光纤需考虑对电场分布的影响。

3电缆绝缘试验注意事项

开关设备配套电缆的绝缘试验方法并不复杂，但需要考虑开关设备主回路接线、电缆试验目的（安装后验收、交接验收、预防性试验或缺陷诊断等）、试验电压类型、试验持续时间及试验周期等因素。试验过程需注意以下几点。（1）考虑改造或维修等因素，某些配电系统可能包含多种类型的绝缘电缆。对电缆进行试验时，应以其薄弱点的绝缘水平作为施加电应力的限值。（2） 如果电缆可从开关设备上断开进行绝缘试验，就不需要对开关设备断口提出相应的电缆回路绝缘试验要求。反之，如果电缆的一个或两个端子仍连接在开关设备上，试验时则应建立严格的安全操作规程，同时对开关设备断口的绝缘水平进行评估，以确定合理的试验电压值和持续时间。

结语

近年来，对于电力电缆绝缘状态监测的研究已取得一定的成果，但仍然存在一些不足。电缆局部放电监测主要依靠各类传感器实现，传感器对局放信号采集的抗干扰性还需进一步提高。局放源的各种定位方法的有效性与精确度大都在实验室通过单一电缆模型得以验证，但是如何在复杂的电力电缆网络中识别并排除干扰信号，使得相应的方法在实际运行电缆网络的在线监测中得以应用，仍然需要进一步的研究与试验。

参考文献

[1] 赵海军,宋成伟,周长城.110kV电缆接头橡胶绝缘件电气试验方法的改进[J].电线电缆,2020(02):36-38.

[2] 王荣鹏,李红发,聂文翔,罗应文,林洪栋,谭杨宝.提升110kV电缆载流量的试验研究[J].新型工业化,2020,10(02):45-49.