電力電纜絕緣分布式在線監測研究

施紅陵

（安徽省產品質量監督檢驗研究院，安徽 合肥 230051）

1 電力電纜絕緣在線監測方式

（1）直流成分方式。在氣孔、絕緣層微孔以及半導電層突起等局部缺陷的影響下，XLPE電纜在水分和電場的作用下，高分子電介質會產生實為扇狀、蝶狀的樹枝狀圖案痕跡。電樹枝是由水樹枝演變而來的，中低壓 XLPE電纜水樹枝老化的主要原因是放電作用下形成加速絕緣的老化。通過相關實驗表明，XLPE電纜的運行由于受到水樹枝的影響，產生了“整流效應”，而直流成分電流的大小是隨著樹枝發展長度與密度大小成正比例變化的。

圖1 介質損耗角δ

（2）損耗介質方式。電介質損耗是指在交變電場下，在其內部引起的電介質極化和電介質電導滯后效應而產生的損耗電解質現象，圖1為介質損耗角δ。電介質中能量損耗是由于電流的有功分量產生的，而電解質中能量的損耗可以由tanδ來表示，該值與電介質材料的特性有關，與材料的形狀和尺寸并無關聯。而對電纜絕緣狀況以tanδ的大小的檢驗為判斷指標，不能夠準確反映出電纜絕緣內部集中缺陷的監測情況。

（3）溫度方式。運行溫度升高是反應電纜老化的一個主要方向，通常取決于負荷承受能力，即相同條件下，如果溫度偏高，其老化程度會相對嚴重。我們可以在XLPE電纜金屬套內的溫度傳感器或外護套層利用分散布置連續在線監測其溫度，并通過光纖光柵傳感器監測電纜溫度。光纖光柵傳感器原理是利用光線對環境變化的敏感度，通過激光器發出相應的光信號，繼而在傳感區進行調制，待調制完畢引入耦合器中，使調制區的廣域待測參數相互影響后，發生一系列的光學性質變化，即光的波長、強度、偏正態、相位、頻率的變化。繼而使光線通過探測器，待解調后，得到相應的被測參數。

（4）局部放電方式。經過大量的實踐結果表明，XLPE電纜發生絕緣擊穿的根本因素是局部放電受到電壓水平持續升高的影響。局部放電使會伴有一系列化學現象和物理現象，通過對以上現象的特定量的監測來反應出局部放電的情況。以脈沖電流法為例，它是起源最早和應用最為廣泛的一項研究方法，其高頻脈沖電流信號是由高頻寬帶傳感器捕捉到的，繼而測得放電重復率、放電流以及平均電流等值。脈沖電流法的優勢在于能夠實現電力電纜絕緣分布式在線監測中信號采集的精準性，通常采用在局部放電多發的電纜附件處安裝傳感器的方式實施監測。

2 注入“S”信號方式

小電流接地是我國配電網應用最廣的方式，而該方式也有一定的缺陷，即電流系統單相接地故障定位問題具有一定的復雜性。而基于“S”信號注入思想的故障定位方法能夠使上述問題得到有效的改善。該方式主要是通過將工頻50Hz整數倍外頻率在約200Hz的信號注入到母線 PT向線路，繼而根據線路中檢測到信號的強弱來進行精準的故障定位。

倘若電纜絕緣老化，地電容c以及地絕緣電阻r均會做出一定的改變，而通過“S”信號注入方式，將特定頻率的電壓信號注入到向線路中，并將電流互感器裝置于各條線路的每相上，繼而提取定頻電流。倘若某相絕緣老化，相對于正常線路而言，相定頻電流值要高一些，從而更好的監測電纜絕緣。

針對于電力電纜絕緣分布式在線監測而言，注入“S”信號方式應用的優勢是，通過對電壓互感器的利用，能夠實現二次側注入信號的目的，繼而有效隔離弱電與強電，具有操作安全簡單的特征。而利用注入信號的幅值以及頻率的科學選擇，能夠實現連續在線監測的目的。由于電纜運行時間長產生老化是一個不爭的事實，為此，如果能夠在一個周期內，將每個電流互感器提取的電流值匯成曲線，那么相關技術人員就可以在曲線中實時對每相電纜運行階段的絕緣程度進行掌握。

“S”信號注入方式能夠通過計算得到相應的電纜對地的絕緣參數。同時，利用與之相應的關系式能夠計算出電壓互感器二次側注入兩個幅值相等頻率不同的電壓信號，但該關系式的正確應用應基于以下兩方面前提：一方面，在電纜絕緣在線監測時應用“S”信號注入方式，通過電流互感器得到相應的定頻電流，相對于單芯電纜運行提供了便捷的條件，但卻為三芯電纜準確提取每相的電流帶來了一定的難度。為此，在電壓等級不超過35kV，通常要采用三芯電纜，這足可預見“S”信號注入方式還有一定的優化空間；另一方面，電纜絕緣老化位置精準判斷的前提是，相關工作人員要將多個電流互感器裝置于同一電纜上。倘若某處電纜因絕緣老化出現地絕緣阻抗變小情況，那么在這條電纜上，電流互感器與老化處位置越近，電流值就越大，而老化程度越大，與老化處位置越近電流值也會明顯增多，而其他互感器的電流值將會大幅度減小，甚至減少到近似為0。

通過“S”信號注入方式能夠利用對相鄰電流互感器提取的電流值進行對比的方式，來實現對絕緣老化區域加以鎖定的目的。而一條電纜上安裝的數量以及電流互感器的安裝位置則是要利用對現場運行電纜絕緣老化事故各參數的收集，來構建一個專門的數據知識庫，從而實現計算出精準監測位置的目的。

3 結語

綜上所述，電力電纜絕緣情況與供電情況的可靠性與安全性有著必然的關系。而電力電纜絕緣分布式的在線監測也隨著科學技術的進步得以不斷的完善，為此，相關人員要對電纜的絕緣狀況進行實時的把握，避免發生相關安全事故，從而促進電力事業的可持續發展。