高壓電力電纜試驗(yàn)方法與檢測(cè)技術(shù)分析

鮑志偉

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司太原供電公司，山西 太原 030012）

0 引 言

電力部門(mén)始終是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要部門(mén)，電力電纜事業(yè)也是現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。高壓電力電纜的應(yīng)用滿足了我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展形勢(shì)下不斷擴(kuò)張的用電需求，成為維護(hù)電力部門(mén)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障。新時(shí)期，電力電纜的應(yīng)用將更加廣泛，因此必須認(rèn)識(shí)到針對(duì)高壓電力電纜故障問(wèn)題開(kāi)展系統(tǒng)分析的重要性，了解造成故障的主要原因及對(duì)應(yīng)的解決方法，以適應(yīng)復(fù)雜的運(yùn)轉(zhuǎn)情形。結(jié)合當(dāng)前我國(guó)電力部門(mén)的發(fā)展實(shí)際，高壓電力電纜的故障分析問(wèn)題已經(jīng)得到了較高的重視，但是仍需要在實(shí)踐中完善各類(lèi)檢測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)方法，以達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確把握故障問(wèn)題、組織精準(zhǔn)維護(hù)的理想效果，推動(dòng)我國(guó)電力部門(mén)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1 高壓電力電纜的故障問(wèn)題

1.1 開(kāi)展高壓電力電纜故障分析的重要性

無(wú)論是針對(duì)于高壓電力電纜的檢測(cè)技術(shù)還是試驗(yàn)方法，都需要依托于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓收戏治觯移鋺?yīng)用目標(biāo)在于排除高壓電力電纜的相關(guān)故障，將可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)問(wèn)題加以消除，以保證高壓電力電纜運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性與安全性。對(duì)于電力企業(yè)，高壓電力電纜是完成輸送環(huán)節(jié)的重要設(shè)施，當(dāng)前高壓電力電纜已廣泛應(yīng)用到各類(lèi)型的電網(wǎng)建設(shè)中，展現(xiàn)了獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但是隨著高壓電力電纜應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，運(yùn)轉(zhuǎn)中常出現(xiàn)故障問(wèn)題，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)引發(fā)大面積的停電事故，甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)的癱瘓與破壞，造成惡劣的后果。因此，高壓電力電纜的故障分析是電力部門(mén)必須把握的重點(diǎn)問(wèn)題。只有通過(guò)系統(tǒng)的故障分析，并配套以科學(xué)的試驗(yàn)方法與檢測(cè)技術(shù)，才能做到“防患于未然”。需注意，由于高壓電力電纜構(gòu)造的復(fù)雜性及其規(guī)模的龐大性，其故障問(wèn)題相對(duì)復(fù)雜，實(shí)際作業(yè)過(guò)程中必須以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蚺c科學(xué)的方法加以應(yīng)對(duì)，以保障電力部門(mén)工作的基本效率。

2 當(dāng)前高壓電力電纜故障的主要原因

高壓電力電纜具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)載量大的特點(diǎn)，且由于其分布于戶(hù)外，經(jīng)常受到各類(lèi)外界因素的影響，導(dǎo)致故障問(wèn)題較為多發(fā)。具體地，當(dāng)前我國(guó)高壓電力電纜故障的主要原因集中于如下方面。

2.1 電力電纜質(zhì)量問(wèn)題

電力電纜的質(zhì)量問(wèn)題是導(dǎo)致故障的主要原因之一，且很容易造成較為嚴(yán)重的后果。通常，位于戶(hù)外的高壓電力電纜暴露于陽(yáng)光直曬的位置，因此其表面保護(hù)層很容易受到影響。同時(shí)，在多變的天氣環(huán)境下，溫濕度的變化會(huì)侵蝕其原有的保護(hù)層，使得其原有的絕緣功能受到抑制。加之日常維護(hù)及更換不當(dāng)，使得電力電纜較為脆弱，在復(fù)雜的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)擊穿事故，易威脅整條線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及人們的日常安全。

2.2 運(yùn)行問(wèn)題

當(dāng)前，我國(guó)居民用電及工業(yè)用電的需求不斷擴(kuò)大，盡管高壓電力電纜的鋪設(shè)規(guī)模也在持續(xù)增加，但是仍然很難充分滿足用戶(hù)的用電需求。這使得多數(shù)電力電纜需要在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，內(nèi)部損耗較快，劣化及老化問(wèn)題較為突出；再加上長(zhǎng)期暴露于復(fù)雜環(huán)境中，很容易受其他高溫因素影響，與高負(fù)荷的內(nèi)部熱量累加，導(dǎo)致整體絕緣性能下降，造成故障問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。

2.3 施工問(wèn)題

高壓電力電纜的鋪設(shè)施工是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程，也是直接影響到穩(wěn)定性與可靠性的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。近年來(lái)，隨著我國(guó)電力事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，電力電纜作為一項(xiàng)關(guān)鍵性的基礎(chǔ)設(shè)施得到了較大的關(guān)注。但在實(shí)際施工過(guò)程中，如何確保工序正確、性能達(dá)標(biāo)仍然是電力施工部門(mén)必須攻克的問(wèn)題。具體地，當(dāng)前的施工失當(dāng)問(wèn)題主要體現(xiàn)在如下方面。第一，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜。高壓電力電纜作為精度要求較高的現(xiàn)代化設(shè)施，電纜和接頭等部分對(duì)于環(huán)境具有較高的要求，但是施工現(xiàn)場(chǎng)中，很難通過(guò)人工精準(zhǔn)把控各類(lèi)環(huán)境因素，使得外部因素的干擾難以避免。第二，安裝不當(dāng)問(wèn)題影響原有電力電纜的基本性能。施工過(guò)程中，由于工序復(fù)雜、任務(wù)繁多，施工人員需要在一定的工期內(nèi)完成相關(guān)工作，所以容易出現(xiàn)操作不當(dāng)、疏漏問(wèn)題，尤其是一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，如電纜表面破壞、連接失常及接觸不良等，影響電纜的日常運(yùn)轉(zhuǎn)及使用壽命。

3 高壓電力電纜的試驗(yàn)方法

安全、穩(wěn)定是高壓電力電纜運(yùn)轉(zhuǎn)的基本要求。針對(duì)多樣化的故障問(wèn)題，當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的高壓電力電纜試驗(yàn)方法為振蕩電壓實(shí)驗(yàn)與諧振電壓試驗(yàn)。

3.1 振蕩電壓試驗(yàn)

振蕩電壓試驗(yàn)應(yīng)首先對(duì)需要試驗(yàn)的電力電纜進(jìn)行充電，在充電達(dá)到試驗(yàn)電壓的基本標(biāo)準(zhǔn)后，再利用放電間隙進(jìn)行擊穿操作，最后再通過(guò)電感線圈進(jìn)行集中放電[1]。實(shí)踐中，該試驗(yàn)方法施加的電壓可以達(dá)到千赫茲級(jí)別，因此受到多數(shù)電力檢修部門(mén)的青睞。

3.2 諧振電壓實(shí)驗(yàn)

諧振電壓試驗(yàn)也是十分常見(jiàn)的一種高壓電力電纜試驗(yàn)方法，也稱(chēng)為串聯(lián)諧振。通常，如果需要進(jìn)行試驗(yàn)的問(wèn)題電纜不能達(dá)到規(guī)定的電壓要求，則采用諧振電壓方法進(jìn)行試驗(yàn)。這是由問(wèn)題電纜所能提供的較大電流容量決定的。應(yīng)用諧振電壓試驗(yàn)時(shí)，可以滿足不同試驗(yàn)電力電纜對(duì)電壓的實(shí)際需求。具體地，諧振耐壓試驗(yàn)的核心在于改變電力電纜系統(tǒng)中的電感量與試驗(yàn)頻率，并將其保持在諧振狀態(tài)，以得出最終的試驗(yàn)結(jié)果。該方法需要的器材較多，但是其工具體積較小、且已具有扎實(shí)的理論支持，因此實(shí)踐中需要根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)需求進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。

4 高壓電力電纜的檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)前，針對(duì)高壓電力電纜的檢測(cè)技術(shù)主要有如下4種，均具有各自的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及不同的應(yīng)用范圍。

4.1 萬(wàn)用表法

萬(wàn)用表法是高壓電力電纜故障檢測(cè)的最常用方法之一，以工序簡(jiǎn)單、適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)型的故障檢測(cè)。其工作原理主要是維護(hù)人員對(duì)高壓電力電纜的金屬屏蔽層及其電纜芯進(jìn)行單獨(dú)檢驗(yàn)，再在電纜的起始段利用萬(wàn)用表進(jìn)行電阻測(cè)量。測(cè)量結(jié)果往往可以直接幫助維護(hù)人員判斷故障的類(lèi)型，如果測(cè)量結(jié)果為無(wú)窮大，那么此時(shí)問(wèn)題電纜的故障類(lèi)型為開(kāi)路故障，再基于這一判斷組織針對(duì)性的檢修工作。需注意，如果某一高壓電力電纜為2倍纜芯電阻，則說(shuō)明該電阻的故障類(lèi)型為斷線故障。

4.2 直閃法

直閃法也稱(chēng)為高壓閃絡(luò)法。該方法對(duì)于高壓電力電纜常出現(xiàn)的擊穿故障最為適用。通常，如果高壓電力電纜因本身質(zhì)量問(wèn)題或是施工安裝不當(dāng)，導(dǎo)致其出現(xiàn)擊穿故障，則發(fā)生此類(lèi)故障點(diǎn)的核心位置往往電阻值極大；出現(xiàn)閃絡(luò)后，原有的電力電纜則會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)釋放大量的電流脈沖波；這一脈沖波會(huì)以行波的形式，在電纜與故障點(diǎn)之間形成反射效應(yīng)。檢修人員可以利用電纜上預(yù)設(shè)的測(cè)試端口，獲得精準(zhǔn)的電磁波數(shù)據(jù)，再通過(guò)直觀的波形對(duì)其反射時(shí)間進(jìn)行判斷，從而有效分辨故障發(fā)生的具體位置。在高壓電力電纜的故障檢測(cè)中應(yīng)用直閃法，有利于提升工作效率，保證檢測(cè)精度。

4.3 電橋檢測(cè)技術(shù)

電橋檢測(cè)技術(shù)操作相對(duì)便捷，因此在高壓電力電纜的故障檢測(cè)中較為常用。操作中，專(zhuān)業(yè)人員將出現(xiàn)問(wèn)題的電纜與另一條正常性能的電纜進(jìn)行連接，連接方式同樣為短接方式，同時(shí)再在電力電纜的起始處連接單臂電橋前路。基于此，測(cè)量正常電纜相的電阻與出現(xiàn)故障問(wèn)題的電纜相故障點(diǎn)前后的電阻值之比，再參考電纜的長(zhǎng)度，對(duì)故障點(diǎn)的實(shí)際距離進(jìn)行計(jì)算，最終得出故障的具體位置。該方法依靠簡(jiǎn)便性得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是由于其尚且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)閃絡(luò)故障的精準(zhǔn)檢測(cè)，因此受到了一定應(yīng)用限制。

4.4 脈沖檢測(cè)法

針對(duì)高壓電力電纜的脈沖檢測(cè)法主要包括低壓脈沖檢測(cè)法與二次脈沖檢測(cè)法，兩者的具體應(yīng)用如下。

第一，低壓脈沖檢測(cè)法。該方法通常適用于開(kāi)路故障及低阻故障。工作機(jī)理主要為：針對(duì)于存在故障問(wèn)題的高壓電力電纜，由檢修人員在其本身增設(shè)一個(gè)低壓脈沖信號(hào)，這一信號(hào)在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)與高壓電力電纜的實(shí)際故障點(diǎn)相遇；一旦兩者相遇，高壓電力電纜本身的電氣參數(shù)會(huì)產(chǎn)生異常的變化，將直接導(dǎo)致脈沖信號(hào)反射或是折射；基于此，檢修人員可利用專(zhuān)業(yè)儀器記錄脈沖發(fā)射及接收之間的時(shí)間差，并依照這一參數(shù)計(jì)算出故障點(diǎn)的具體位置。

第二，二次脈沖檢測(cè)法。與低壓脈沖檢測(cè)法適用于開(kāi)路及低阻故障相比，二次脈沖檢測(cè)法廣泛應(yīng)用于高壓電力電纜的閃絡(luò)性故障以及部分高阻故障。二次脈沖檢測(cè)技術(shù)的核心是高壓發(fā)生器沖擊閃絡(luò)技術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在故障點(diǎn)起弧及滅弧的一瞬間，立即觸發(fā)原有的低壓脈沖。檢修人員依照兩次低壓脈沖的波形，可以推斷出高壓電力電纜發(fā)生故障的具體位置。

5 結(jié) 論

高壓電力電纜在我國(guó)的電力系統(tǒng)中扮演著重要的角色，對(duì)于維護(hù)電力供應(yīng)的穩(wěn)定、滿足居民生活與工業(yè)生產(chǎn)的用電需求具有重要意義[2]。為了有效提高電力部門(mén)的檢修效率，針對(duì)多樣化的故障問(wèn)題，需要采用科學(xué)合理的試驗(yàn)方法與檢測(cè)技術(shù)，在第一時(shí)間消除故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響。