110kV及以上交聯聚乙烯電纜在線監測技術的實際應用

孫宇爽

（中山市電力工程有限公司，廣東 中山 528400）

0 引 言

目前，110kV及以上交聯聚乙烯電纜在線監測主要傾向于開展絕緣弱點檢出和老化監測技術的研究。強化110kV及以上交聯聚乙烯電纜在線監測技術的實際應用研究，可促進相應監測技術的應用和發展，保障電網的正常運行，尤其是保障電線電纜系統的運行質量和安全。

1 電線電纜在線監測發展概述

相較于PVC絕緣電纜，交聯聚乙烯電纜結構簡單，重量較輕，耐熱性、負載力及機械性能較好，更適用于電網領域。近年來，隨著交聯聚乙烯絕緣電纜的發展，它的應用也越來越廣泛。對于國外發達國家，電纜在線監測技術的研究已取得較多成果。我國對110kV及以上電纜在線監測技術的研究起步較晚，尤其是其系統研究和工程化應用方面。電力電纜在線監測包括直流疊加、電介損等多種方法，但都具有相應的固定局限性。目前，普遍采用多種監測方法結合的方法，以實現電線電纜的精準監測，有效提高監測質量。

2 110kV及以上交聯聚乙烯電纜在線監測

2.1 局部放電的在線監測

對于局部放電的在線監測，常用的方法主要有高頻電流傳感器法和超聲波/聲發射監測法。

第一，高頻電流傳感器法。利用該方法開展相應監測工作，尤其是對帶屏蔽鎧裝電纜的監測，可獲得良好效果。實際監測時，由于電線電纜帶屏蔽鎧裝層，使電纜放電脈沖的切向分量產生軸向附加磁場，通過線圈凈磁通的大小，分析和判斷電線電纜的局部放電情況。該監測方法不僅監測效果較好，可監測失真脈沖信號，還不會影響電纜的傳輸性能。系統監測設備放置過程中，傳感器的放置位置要求較低，可繞電纜沿任意方向放置。但需注意，由于傳感器對低頻分量的靈敏度較差，實際監測距離有限（10 m左右），更適用于短電纜或電纜附件等的在線監測。

第二，超聲波/聲發射監測法。該方法應用較廣，技術較成熟。電線電纜運行中出現局部放電時，其聲信號頻帶較寬，可通過電線電纜外部的加速度或聲發射傳感器監測。聲學監測方法的優勢是外部電磁噪聲的實際影響較小，監測效果較好。由于電纜的絕緣材料特性，聲波頻率越大，則聲波吸收作用越好。聲信號傳播過程中，高頻部分衰減較快，實施監測時需強化相應的控制工作。實際監測時，既可采用固定傳感器的監測方式，也可采用移動監測的方式。此外，采用超聲波/聲發射監測法，可避免電磁干擾，監測效果更好。

2.2 絕緣外護套接地電阻及化學電勢的在線測量

外護套是電線電纜最外面的保護層，材料多采用聚氯乙烯或聚乙烯。外護套的電線電纜保護作用較強，且絕緣效果和密封效果較好。絕緣外護套的在線監測關系電線電纜的整體使用壽命。可采用兩次測量法測量絕緣護套對地電阻和化學電勢，僅依靠較低電壓的直流標準電勢即可完成監測工作[1]。

2.3 電纜金屬護層接地線電流監測

為了解電纜電線的老化情況，提前做好防治措施，需實施電纜金屬護層接地線電流監測。采用監測電纜接地線電容電流增量的方法，可更簡單地實現具體監測工作。通常只要將電流互感器套在接地線上，即可實現相應的監測工作。電網的電線電纜系統建設中，110kV電纜線路的金屬屏蔽層普遍采用單點接地方式，監測數據時無需改變接地線的連接情況[2]。

2.4 電纜本體和接頭溫度測量

電纜故障問題主要表現為絕緣水平下降、泄露電流增大及損耗增加等。此故障問題會導致電線電纜運行中出現溫度升高的現象，造成電線電纜的絕緣老化和腐蝕，進而導致泄露電流越來越大，溫度越來越高，陷入惡性循環。因此，有必要做好電纜本體和接頭溫度監測工作，可采用電纜絕緣表面在線溫度測量的方法。利用該方法監測時，依靠單根光纖即可完成多個電纜故障點的溫度在線監測工作[3]。

3 110kV及以上交聯聚乙烯電纜在線監測技術的實際應用

3.1 由樹狀放電規律進行在線監測

樹狀放電是根據不同的劃分原則進行不同的分類，例如，根據行程原因，可分為水樹枝和電樹枝；根據發展形狀，可分為叢狀放電和枝狀放電；根據電壓情況，可分為從狀放電和枝狀放電。

實際監測時，叢狀放電和枝狀放電的表現特征明顯不同。電流脈沖參數可表征不同的放電形式和放電發展階段。因此，根據局部放電電氣參數與樹枝老化的幾何參數之間的規律，預測樹狀放電的類型及發展情況，從而實現電纜的在線監測。經綜合分析可知，枝狀放電中，樹枝長度與脈沖參數的相關系數有正、負；叢狀放電中，相關系數都為負。

3.2 信號頻譜分析法

3.2.1 基于神經網絡的PD模式識別

神經網絡是一個并行和分布式的信息處理網絡結構，提取PD在網絡節點連接權向量域進行，收斂性好。此外，代表性的神經網絡模型有多層映射BP網絡、徑向基函數（RBF）網絡及回歸網絡等，主要應用于有效提取局部放電信號，提高信噪比。該技術可優化110kV及以上交聯聚乙烯電纜在線監測效果。

3.2.2 小波分析用于局部放電信號特征分析

與傳統分析方法相比，小波分析具有信號特征分析所要求的局部化性質（尤其是其聚焦作用），其窄時窗小波變換反映信號的高頻成分，能捕捉高頻瞬變信號，并放大其細微特征，而寬時窗小波變換則反映信號的低頻成分，即信號的趨勢。

4 結 論

為滿足城市發展對電力資源的需求，城市電網的改造逐漸加快，電力電纜的利用比重不斷上升。需做好110kV及以上交聯聚乙烯電纜在線監測工作，以保證電網的正常運轉。