高壓電纜絕緣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

張拓

摘 要 高壓電纜是否可以有效絕緣，是電網(wǎng)順利運(yùn)行的重要保證。我國(guó)高壓電纜應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，比如礦區(qū)開(kāi)采、資源開(kāi)發(fā)等，而它在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，都可以用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)高壓電纜的絕緣情況。本文以高壓電纜絕緣為切入點(diǎn)，從在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞 高壓電纜絕緣 直流疊加法 局部放電檢測(cè)法

一、引言

隨著我國(guó)電力使用量的增加，對(duì)高壓電纜的絕緣以及建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn)，而電纜的安全與絕緣的保證，可以確保用電安全，滿(mǎn)足人們的電力所需。一旦高壓電纜的絕緣受到破壞，會(huì)引發(fā)單相接地故障，故用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析可有效預(yù)防故障的出現(xiàn)，確保電網(wǎng)正常運(yùn)行。

二、高壓電纜的結(jié)構(gòu)與絕緣故障的類(lèi)型

（一）結(jié)構(gòu)

高壓電纜的組成包括導(dǎo)線(xiàn)、絕緣層與屏蔽層等，而導(dǎo)線(xiàn)中最常用的材料為金屬鋁或銅，因?yàn)槠溆辛己玫膶?dǎo)電性，其能夠保持化學(xué)性的穩(wěn)定，可以在電能傳輸中大量使用，而絕緣層的作用是把電線(xiàn)芯與其他物質(zhì)隔離，比如電壓、空氣等。而屏蔽層是阻隔外部環(huán)境對(duì)電纜的干擾，且屏蔽層中的鎧裝層可以緩和外部電壓等對(duì)電纜的沖擊，提升電纜的強(qiáng)度。該結(jié)構(gòu)與應(yīng)用系統(tǒng)的連接方式是，與供電系統(tǒng)連接，根據(jù)不同位置對(duì)電力的需求完成電力輸送，提高電力傳輸?shù)男省?/p>

（二）故障

第一，電纜電阻引發(fā)的故障。當(dāng)電纜因?yàn)橥饬Τ霈F(xiàn)絕緣層的破損后，會(huì)因?yàn)樗⒒瘜W(xué)等不同因素的影響，讓電纜的電阻低于特定電阻，形成高阻障礙。如果是電纜自身老化或因機(jī)械損壞，破壞了絕緣層的穩(wěn)定后，電力電阻會(huì)明顯下降，且超過(guò)特性阻抗的10倍，形成短路故障；電聯(lián)內(nèi)部的導(dǎo)電芯有良好的絕緣效果，但單相、數(shù)相的電線(xiàn)芯斷開(kāi)后，會(huì)讓電纜的帶載數(shù)量明顯下降，形成斷路故障。而如果同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)故障，可以把它稱(chēng)為“混合性故障”。

第二，故障位置不同的故障類(lèi)型。電纜自身的故障是廠(chǎng)家生產(chǎn)時(shí)，因?yàn)槭д`造成的電纜故障，或是在使用中因使用時(shí)間較長(zhǎng)、外力損傷等因素導(dǎo)致的材料老化，而在整個(gè)電纜中接頭處是發(fā)生故障最多的區(qū)域。[1]

引發(fā)這類(lèi)故障的原因是，受電纜自身與附件的影響，電纜頭部連接不暢等，或是電纜所在環(huán)境的變化，以及外力損傷、電力過(guò)度負(fù)載等。這類(lèi)故障的出現(xiàn)可能引發(fā)高壓電纜系統(tǒng)的故障，給電力的使用帶來(lái)不便。

三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)高壓電纜絕緣狀態(tài)的監(jiān)測(cè)

基于上述故障，我們可以運(yùn)用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電纜的絕緣情況，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行維護(hù)。主要使用以下幾種方法：

（一）直流疊加法

該方法是把電纜的直流電流疊加，得到整個(gè)電纜的直流電流，并根據(jù)直流電流的數(shù)值計(jì)算出絕緣電阻，并確定最佳的檢測(cè)位置進(jìn)行檢測(cè)。其選擇的檢測(cè)位置是接地電壓互感器的某個(gè)位置，二是電纜接線(xiàn)處，這兩個(gè)點(diǎn)與直流電壓連接后，電源、電壓、傳感器等會(huì)自動(dòng)形成一個(gè)回路，通過(guò)電路中的電流與電壓得到絕緣電阻。而檢測(cè)的過(guò)程中，為保持電纜供電的穩(wěn)定，避免傳感器飽和，出現(xiàn)零序電壓，檢測(cè)人員選擇的電源幅值應(yīng)盡量縮小，不可以過(guò)高。

直流疊加法的不足是，不可以在中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈接地供電系統(tǒng)中使用，使用后得到的電阻數(shù)值不準(zhǔn)確。

（二）局部放電測(cè)量法

如果電纜絕緣體受到破壞后引發(fā)局部放電，會(huì)對(duì)絕緣介質(zhì)產(chǎn)生不利影響，讓其老化甚至損壞，放電量的多少與絕緣層的變化呈正比。因此，在不同的電壓環(huán)境中，對(duì)電纜的局部放電進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠了解絕緣介質(zhì)老化的程度，判斷電纜內(nèi)是否有缺陷。而該方法具有的特點(diǎn)是檢測(cè)的周期短，產(chǎn)生的波形復(fù)雜多變，很容易受到外部環(huán)境的干擾。[2]

其使用的方法有四種，分別是脈沖電流法、方向耦合法、超高頻法、差分法等。首先，脈沖電流法可以得到局部放電最直接的參數(shù)，得到豐富的信息，包括相位、電量多少、發(fā)展規(guī)律等。其次，方向耦合法是運(yùn)用方向耦合器得到局位置的放電信號(hào)，準(zhǔn)確判斷信號(hào)脈沖的來(lái)源，有良好的抗干擾能力，但它的不足是傳感器直接與絕緣層接觸，破壞絕緣層。再次，超高頻法，其使用的是電容、電頻耦合法，用于檢測(cè)超高頻段的放電信號(hào)，它使用后不會(huì)破壞電纜的絕緣層，可以使用多個(gè)傳感器，保證了檢測(cè)信號(hào)的精度。而它的兩種方法中，電感耦合只可以用于附件的測(cè)量，要求把電纜彎成一定形狀后才可以檢測(cè)。最后，差分法是在電纜相接的地方粘貼一塊金屬箔，由金屬箔、屏蔽層和電纜的絕緣層連接成電路，檢測(cè)一定范圍內(nèi)的電信號(hào)，同時(shí)，這一方法也可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別裝置。這一方法的不足是檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)電纜接頭進(jìn)行無(wú)緣處理后很難得到準(zhǔn)確的電量或其他數(shù)值。

（三）低頻疊加法

這一方法和交流疊加法有很多相似之處。它是在電纜的絕緣層上增加了一個(gè)低頻交流電源，使其對(duì)地電容、地緣電阻等構(gòu)成一個(gè)回路，得到相應(yīng)的電阻。但它在檢測(cè)的過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)殡娙萁档陀绊憴z測(cè)結(jié)果，為了減少影響，消除工頻信號(hào)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾，采集到準(zhǔn)確的信號(hào)，檢測(cè)時(shí)應(yīng)使用的頻率是10Hz，并用相應(yīng)的技術(shù)將干擾波過(guò)濾，保證檢測(cè)的精度。如果頻率過(guò)低，可能出現(xiàn)的情況是電流不響應(yīng)，對(duì)精度的要求更高，而若是增加電源幅值，電網(wǎng)原有的絕緣參數(shù)就會(huì)發(fā)生改變，干擾耦合設(shè)備的正常使用。

（四）接地線(xiàn)電流測(cè)量方法

不論是電纜正常運(yùn)行或是出現(xiàn)運(yùn)行故障，都會(huì)在接地線(xiàn)的表面形成一層電流，根據(jù)電纜自身或是外部環(huán)境的變化，電纜投入使用后的一段時(shí)間，可能出現(xiàn)絕緣層劣化的情況，導(dǎo)致絕緣層損傷，使電流有明顯的波動(dòng)。

而除了上述四種方法外，其也可以用不同的方法檢測(cè)。比如直流分壓法和諧波分量法。首先，直流分量法主要在惡劣的環(huán)境中使用，當(dāng)電纜絕緣層的水樹(shù)枝、電樹(shù)枝等方式發(fā)出電流后，交流電流就會(huì)整流，而絕緣層上水樹(shù)枝的密集程度以及電樹(shù)枝的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，直流分量在電流中比例也就越大。其次，諧波分量法是對(duì)因電纜老化或其他因素產(chǎn)生的諧波分量，并根據(jù)電纜老化的程度監(jiān)測(cè)諧波分量，這一方法會(huì)受其他因素的影響，無(wú)法在實(shí)際工作中應(yīng)用。而場(chǎng)致發(fā)光法的使用，是針對(duì)絕緣介質(zhì)凸起或有雜質(zhì)的情況，及時(shí)根據(jù)電樹(shù)枝的出現(xiàn)判斷電纜是否惡化，如果惡化需及時(shí)處理，保持電纜的可靠。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高壓電纜絕緣故障的類(lèi)型以及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其的檢測(cè)，可以總結(jié)得出，用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)高壓電纜，可對(duì)電纜系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜故障，優(yōu)化高壓電纜的使用，保證電纜的絕緣效果，確保電纜在不同領(lǐng)域應(yīng)用的安全性，為生產(chǎn)與發(fā)展提供助力，同時(shí)，也可以完善系統(tǒng)的功能，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

（作者單位為廣西廣纜科技集團(tuán)有限公司）

參考文獻(xiàn)

[1] 楊琳，田曉菲，吳德永，劉帥卓，王穎，吳小林.高壓電纜附件局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].四川電力技術(shù)，2015，38（06）：18-22.

[2] 馬振祺，劉克發(fā)，溫定筠，趙軍，江峰.超高壓電纜局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)局放信號(hào)提取技術(shù)研究及應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2016，53（18）：93-99.endprint