頻域微分法在電力電纜評估應用中的關鍵要素

李衛++宋哲++蘇煜++戴慶源++蘇偉基++周婭

摘 要 本文簡述了當前電力電纜絕緣老化評估的必要性和檢測技術的現狀，重點針對非破壞性的頻域微分法用于電纜絕緣老化評估的測試流程、技術特點，討論了應用過程中的頻率帶寬影響、衰減、接線方式、應用量程和注意事項。

【關鍵詞】電纜 老化評估 頻域微分 非破壞性

1 背景技術

電力電纜已經成為城市輸配電的重要電力設備，尤其是地埋電纜，由于存在故障現象無法靠人工直接觀測，現有的技術手段要么未能全面覆蓋投運的電纜，要么檢修周期長，捕捉故障或絕緣缺陷存在失效性差的問題，導致隱患累積，故障加重，產生局部老化現象。

目前針對老化的檢測方法不多，我局主要依賴介質損失測量，但現場測試介質損失面臨著現場數據波動大的難題，且介質損失的一個重要不足在于它只能體現電纜的整體老化特征，對于自然老化的電纜測試效果明顯，或制造工藝導致的介質絕緣強度不滿足要求的可以直接用介質損失進行測量，但對于因絕緣缺陷或局部故障累加導致的局部老化現象，則難以提供位置信息。

2 頻域微分技術

頻域微分技術實質上為一種寬頻域阻抗向量測量法，其典型特征是：無破壞性、老化跟蹤靈敏度較好、穩定度好、有跟蹤局部老化的能力。頻域微分法的測試流程如下：

（1）獲得電纜的阻抗向量頻譜；

（2）計算阻抗向量頻譜上的諧振頻率點和諧振阻抗峰值；

（3）對電纜進行長度微分，建立微分方程式并與測試數據進行對比，分析整體老化趨勢；

（4）頻域-時域變換，獲得沿單位長度的電纜阻抗連續特征；

（5）與歷史數據進行對比測試，尋找關鍵點的發展趨勢；

（6）直接尋找阻抗時域圖譜上的突變點或異常點。

頻域微分法是建立在阻抗向量測試的基礎上，通過算法實現電纜單位長度微分建模的技術，其微分的效果主要取決于測試的頻率帶寬，頻域帶寬越大，則理論上微分的效果越好，但硬件的要求增高。因此可以認為頻域微分法與頻率建立了非常重要的關聯，由于測試過程是完全非破壞性的，通過實際測試發現寬頻域阻抗向量法的穩定性優于介質損失測量，這主要得益于寬頻域阻抗向量的連續特性和模型識別，使得個別干擾信號的頻率點可以得到一定程度的抑制，但實際應用過程中也存在一些經驗成分，下面將進行討論。

3 頻域微分法的應用特點討論

頻域微分法的關鍵在于對諧振點的捕捉和建模，在國外針對航空運輸設備的電纜檢測，已經大量采用微分頻域法，且其測試頻率已經達到千兆赫茲級別，可發現厘米級精度的絕緣缺陷。由于電力電纜實際檢修過程中最終需要靠故障定點系統確定缺陷或故障位置，即使是采用頻域微分法也只是給出缺陷點與測試點直接的電纜長度，并不是真實的地面直線距離。由此，筆者分析了頻域微分技術在電纜缺陷、老化評估應用中的一些注意事項。

3.1 測試頻率帶寬

測試帶寬越大，理論上的局部缺陷或老化的精度越高。但由于硬件限制，頻率上升后帶來的成本會顯著上升，考慮到實際應用中合理的定位精度要求，一般認為1-2%的精度已經能夠滿足要求。更精確的定位，需要故障定點設備如脈沖聲測或燒穿類設備結合。由此針對電力電纜的應用，一般幾十兆赫茲已經滿足要求。

3.2 測試頻率密度

頻域微分法采用掃頻測試，除了帶寬要求外，還需考慮掃頻測試的密度，即頻率布進值，理論上布進值越小，掃頻精度越高，但為了防止鄰近頻率之間的干擾，應適當增加鄰近頻率的間隔時間，這樣會影響現場測試效率。同時步進值一般應和掃頻的總帶寬聯合考慮，如總帶寬大的，可以適當增大步進值，總帶寬小的，可以減少步進值，因此掃頻的步進值不是越小越好，一般考慮帶寬范圍內的掃頻點數更為合適。

3.3 高頻信號的衰減補償

隨著頻率升高，信號的衰減呈遞增趨勢。尤其是針對融性設備，頻率增高后，分布參數影響增大，加上肌膚效應，信號的傳輸路徑發生了變化，因而在硬件的設計和信號的采集時應充分考慮信號衰減給測試構成的影響。

3.4 現場測試的接線方式

頻域微分法的另一個顯著優勢是非破壞性，輸出試驗電壓低，但同時也構成了另一個現實問題，即在開展現場測試時鄰近帶電運行電纜可能給被試電纜傳播耦合電壓，從而造成過電壓串擾，引發人身和設備安全。為有效杜絕該問題，一般應將被試電纜遠端連接低負荷阻抗或直接短路處理，從而給鄰近電纜的耦合電壓形成自然的放電通道，使得過電壓串擾得到抑制。

3.5 應用量程

頻域微分法相對于其他測試技術的另一突出特點是即可測試分米級超短電纜，也可測試數十公里級別的超長電纜，但針對電力電纜，考慮到成本和實用價值，一般采用幾十米到20公里以內的配置為佳。影響該配置的主要條件為硬件指標，包括試驗輸出頻率、采集頻率和精度等。

4 小結

頻域微分法在老化評估和多點缺陷定位領域獲得了成功的應用，但故障性質的區分仍然需要進一步研究，且局部老化的跟蹤還需要對比測試。由于測試需要停電，當前頻域微分法的應用受到一定限制，筆者建議除了開展專門的老化評估測試外，還可將頻域微分技術與破壞性試驗結合應用，在破壞性試驗前后進行對比測試，評估其破壞性并提供有損傷的位置信息。同時從原理分析，頻域微分方法移植到在線運行設備領域仍然具有可行性，筆者將繼續開展該領域的研究。

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作者單位

李衛（1975-），男，工程碩士，高級工程師，普洱供電局。研究方向為變電運行檢修管理。

作者單位

云南電網有限責任公司普洱供電局 云南省普洱市 665000endprint