電力電纜絕緣在線檢測技術的發展

趙娟娟（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣州　510530）

電力電纜絕緣在線檢測技術的發展

趙娟娟
（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣州510530）

電力電纜是電力系統的重要組成部分，隨著企業對電力需求的不斷增加，電力電纜的使用量也增加很多，現代企業生產對電力電纜運行的要求須是長期、安全和連續穩定的。本文通過對電力電纜發生絕緣故障的原因進行分析，并介紹電力電纜絕緣故障的幾種檢測方法，同時對各方法的有缺點就行比較分析，最后對電力電纜絕緣在線檢測專利技術進行統計分析。

電力電纜；絕緣；在線；專利

1　概述

電力電纜的絕緣性能是影響電纜安全可靠運行的關鍵因素。長期以來，電力系統的運行采用定期預防試驗制度，但常規預防性試驗需要停電測試，不易及時發現設備的絕緣缺陷。對電力電纜絕緣進行在線監測可以把傳感器技術引入測量系統，結合計算機技術實現檢測的智能化、自動化。

國內外對電力電纜故障檢測非常重視。日本學者進行了電纜直流分量與直流疊加的損耗在線監測的研究，新加坡是國際推行在線監測技術較好的國家。在國內，北京、福建、上海等地對電纜在線監測研究也有一定進展，北京地區對電纜實行在線監測的系統已經成功投運，且可對出入口實時監控。

2　電力電纜絕緣故障及檢測方法

2.1故障原因

造成電纜故障的原因主要有以下幾點：（1）機械損傷；（2）絕緣受潮；（3）絕緣老化變質；（4）過電壓；（5）制作工藝不良。

2.2電纜絕緣故障的類型及檢測方法

電纜絕緣主要有下列三種故障：一護套破損使得局部過熱，加速絕緣老化；二絕緣損傷是得水分侵入，增加水樹老化發生率；三腐蝕產生局放，電樹枝出現。

電力電纜的故障檢測方法很多，主要分為離線檢測方法和在線檢測方法。

2.2.1電力電纜絕緣離線檢測技術

（1）介質損耗因素試驗。介質損耗因素使用常采用介質損耗角正切值判斷絕緣性能，但引起介質損耗因數變化的絕緣電纜種的水樹枝的分散性較大，測量準確度不高。

（2）局部放電試驗。局放試驗缺點是現場試驗時，電磁干擾會很大，局放信號和干擾信號難以分辨。

圖1中,設定輸入光場為Ein,輸出光場為Eout,諧振腔內耦合區域前后的光場分別為E1和E2,耦合區域的耦合系數和透射系數分別為k和t。k與t滿足k2+t2=1。輸出端的光功率為Iout=|Eout|2,輸出端的光功率為Iin=|Ein|2。φ代表諧振器的往返相位,L是諧振器周長,β是傳播常數,φ=βL。那么反射式光波導諧振腔的傳遞函數表示為

（3）直流耐壓試驗。直流耐壓試驗的優點是設備輕便、可得到伏安曲線、高電壓下缺陷容易發現，但對于高壓橡塑電纜不宜做直流耐壓試驗。

（4）交流耐壓試驗。電力電纜交流電壓試驗常用的方法中超低頻電壓試驗具有直流和工頻試驗的特點，氣隙局放產生的損耗已被發現；串聯諧振試驗優點是試品被擊穿時不存在暫態過電壓，現場應用有較大靈活性，故障點過短路電流小；而變頻諧振試驗優點是可靠性、穩定性高，電壓和頻率的輸出穩定，保護功能較完善，且系統過載能力強，可自動調諧，試品的長度幾乎無限制。

2.2.2電力電纜絕緣在線檢測技術

離線檢測方法各有其優點，但最大的缺點是不能實時監測，使測量過程自動化、智能化。現有高壓電力電纜絕緣在線檢測方法主要有：

（1）直流疊加法。直流疊加法通過LC濾波器，將測試回路存在的交流成分濾除，只檢測電纜的絕緣層上的微弱直流電流來監測絕緣情況。直流疊加法的主要問題是雜散電流變化大、電纜頭表面泄漏電阻低，造成測量誤差大。疊加電壓法不適用于中性點直接接地的電網。

（2）直流分量法。直流分量法是通過外加交流電壓情況下，監測電纜中水樹枝放電引起的負電荷漂移而出現的直流分量，監測該分量判斷電纜絕緣性能。直流分量法的優點是無需外加的電源、測量安全、簡便，無需接觸帶電部分。但因直流分量較弱，易受外界的雜散電流影響，檢測電流容易被干擾淹沒。

（3）局部放電法。局部放電量可用于表征電力電纜的絕緣性能，但局放檢測技術研究開發難度大，主要原因是；外界強電磁場干擾源很多，依賴硬件技術克服電磁干擾難度大；采集的信號量微弱，易被外界噪聲所淹沒；濾波器、放大器的使用使采集到的原始波形畸變，易導致誤判；電纜絕緣劣化和運行的狀態的判據缺乏等缺點。

（4）低頻疊加法。低頻疊加法需專用的7.5Hz低頻電源，判斷的標準決定于交流擊穿電壓和交流絕緣電阻的關系。低頻疊加法優點是有較高診斷可靠性，缺點是使用時須注意電纜端部的工作狀態，且只依據監測得到的損失電流情況容易得到“絕緣不良”的錯誤結果。

3　電力電纜絕緣在線檢測專利技術現狀分析

在CNABS數據庫和SIPOABS數據庫中以分類號結合電纜、絕緣、在線、帶電、檢測等關鍵詞進行擴展檢索，并將所得的所有專利文獻為研究對象進行分析如下：

（1）專利申請國家。通過檢索可知，中國的專利申請量遠大于其他國家，處于世界的領先地位，日本和美國在電力電纜絕緣在線檢測領域的專利申請量分別居于第二和第三位。由此可見，中國在電力電纜絕緣在線檢測方面的研究規模已經很大。

（2）中國專利申請年份。通過檢索可知，電力電纜絕緣在線檢測專利技術的研究在中國呈增長趨勢，隨著電纜的廣泛應用，電力電纜絕緣檢測技術的研究和發展在國內會越來越得到重視。

（3）國內外主要的申請人。國內有關電力電纜絕緣在線檢測的專利申請中，大部分都是來自高校和科研院所的申請，企業的申請量比較少。不過，國家電網公司對電力電纜絕緣在線檢測技術的研究相當多，其在這方面申請的專利量居于國內首位，西安交通大學和重慶大學分別位居國內第二、第三的位置。而國外主要申請人中位居前三位的依次是美國的西屋電氣公司，美國的IBM公司，加拿大的A ORTON HARRY E，隨著電力電纜應用的推廣，相信國外的一些國家對電力電纜絕緣在線檢測技術的研究會越來越重視。

4　結語

本文對電力電纜絕緣故障產生的原因進行分析，并對電力電纜絕緣故障檢測的幾種主要離線和在線方法進行介紹，并淺要分析比較其優缺點，最后對電力電纜絕緣在線檢測技術專利研究情況進行統計分析，有利于我國電力事業的進一步研究發展。

［1］成永紅.電力設備絕緣監測與診斷［M］.中國電力出版社，2001.

［2］戴靜旭等.高壓電纜股臟原因分析及對策措施［J］.高電壓技術，2004（S1）.

［3］董小兵等.10-35kVXLPE電纜在線監測技術［J］.電力自動化設備，2005（09）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.153