220kV 高壓電力電纜試驗方法與檢測技術

潘榮

（國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司）

電力資源已經成為社會必不可少的重要能源之一，關系到社會的正常運轉，國民生計的有序運行。而其中，電力電纜的運行質量直接關系到電網的運行狀態，相關人員有必要加強對電力電纜試驗方法與檢測技術的分析，以不斷提升電網運行可靠性，實現社會的和諧有序運行。

一、高壓電力電纜的重要性

電力電纜在電網中的主要作用在于傳輸電能、合理分配電能，是我國目前電能分配與線路布置的主要方式，充分發揮了高壓電力電纜結構簡單的優勢，發揮其優良性能。高壓電力電纜近年來逐漸受到關注與青睞，尤其在城鄉電網改造過程中，被大力推廣與運用，目前已經成為我國電力行業重要的研究方向。與架空線路比較，高壓電力電纜的優勢十分明顯，如對內部因素與外部因素的敏感性較低，可實現極具優勢的送電目的。且電力電纜之間的絕緣距離較小，不會占用過多土地資源，且受到干擾電波的影響也相對較小。而地下敷設的施工方式不會占用過多地面土地資源，具有極高的安全環境。故，我國高壓電力電纜的安裝、維修、試驗、檢驗工作逐漸受到社會的關注，其地位不言而喻。

二、高壓電力電纜試驗方法

為了充分發揮電纜的作用，保證其具有良好的可靠性與安全性，有關人員應掌握以下的試驗方法：

（一）例行試驗

1.導體直流電阻

高壓電力電纜的直流電阻要按照國家相關標準設定，并在日常工作中對其多加關注，從不同因素考慮其變化原因，通常導致直流電阻發生變化的原因包括以下幾個方面：導體材質有雜質會影響直流電阻的正常效果；導體截面的大小會導致直流電阻大小發生變化，當長度與材質相同的情況下，導體的面積與直流電阻之間呈現正向關系，及二者隨著另一方的增長而增長。但在電纜外徑一致的情況下，絕緣層會受到導體截面大小的影響，當導體截面的面積逐漸增大時，電纜絕緣性能會變差，并對電力電纜產生一定影響。在實驗中發現，設定環境溫度為20℃，截面直徑設定為16mm2，則電纜的直流電阻為1.15Ω/m。

2.交流耐壓試驗

在被試品進行交流耐壓試驗前，先對其進行絕緣試驗，然后方可開展耐壓試驗。在試驗開始前，要求電力電纜靜置一段時間，接通電源進行升壓測試。在升壓過程中要關注高壓回路的狀態，讀取試驗電壓，待試驗時間結束后，降壓斷電。在試驗過程若電力電纜無破壞性放電現象，則認定其通過耐壓試驗工作。但在升壓和耐壓過程中，電壓表指針擺動幅度較大，電流表指示急劇增加，電流也呈現上升狀態，甚至電力電纜發生冒煙、燃燒、斷續放電聲等情況，則認定該電纜的耐壓試驗不合格，并查找原因。如電力電纜的表面受到臟污物質所污染，則清潔后再次進行試驗。若其他原因，則應當仔細查找后，解決問題后再次進行試驗工作。

3.局部放電試驗

采用該種試驗方式對電力電纜絕緣能力進行檢測，選擇寬帶高頻脈沖電流檢測方式，具體如圖1。

圖1 寬帶高頻脈沖電流法結構布局

將HX 作為試驗對象，在試驗過程中，當檢測端開始局部放電后，脈沖電流經過HA 時，檢測阻抗兩端的電壓會發生變化，表現出瞬間脈沖的情況。若持續保持脈沖電壓的傳輸，檢測裝置會陸續進行放大、檢波等相關動作，此時記錄電力電纜局部放電的相關數據，以了解其運行情況。

寬帶高頻脈沖電流法的檢測方式具有明顯優越條件，如其發射出的高頻信號能夠被精準測量，且該信號可被認定為全部信號區域，較比一般信號的效率更高，表現出100MS/s的優勢。即便在持續性、高精準的情況下也能夠解決現出現的問題。且該種試驗方式的脈沖信號可以作為參考依據，并從多種方式可對其進行識別與感知，將所需信息從多重數據中識別出來，以掌握電力電纜的局部放電量。該種方法可實現對電力電纜的動態監測，可以了解電纜局部放電的情況，依照該種方式設計的試驗裝置如圖2 所示。

圖2 絕緣檢測試驗裝置

依照圖2 所示，該種試驗裝置中電流傳感器、特高頻噪聲傳感器是關鍵所在，可對電纜的運行情況進行在線監測，并記錄相關數據。在檢測期間，電力電纜會產生各種信號，其中內部局部放電的行波信號，以及特高頻干擾信號是需要被檢測的重要信號。利用裝置中所示的兩個傳感器，可實現對信號的耦合，以了解電力電纜的運行狀態。裝置所收集的數據信息可上傳至高速數據采集模塊，利用電纜作為傳輸介質，實現信號的轉換、收集、處理等相關工作。行波電流信號會被發送至數據采集模塊，利用RF 同軸電纜進行數據的傳輸工作，并利用調理器對數據進行后續相關工作。利用采集模塊實現信號的AD 轉換，以及信號的采集處理工作，計算機的USB 接口可實現數字化采樣等相關工作。

之后利用計算機對所有數據進行處理，如信號的抗干擾、相位、聚類等分析工作，以了解電力電纜的局部放電情況，了解電力電纜的絕緣優劣狀態。

4.絕緣電阻試驗

絕緣電阻試驗是一種較為常見的試驗內容，在試驗期間對電力電纜施加高壓，當絕緣性能起到作用時，及時記錄下當前漏電電流。在測試時有雙繞組與三繞組兩種方式，需要根據實際繞組情況進行絕緣測試。測試過程中要保證電力電纜充分接地，并使用專業工具進行，不可與人接觸。接線后進行測試，在15 秒、60 秒以及10 分鐘三個時間點，分別記錄絕緣電阻值，讀取電阻后斷開設備，停止運轉，記錄吸收比、極化指數，完成試驗。

5.電纜護層試驗

采取該種試驗方法時，需要在電纜的金屬護套外增加直流電壓，并保證外護層與地面的可靠接觸。電纜的護套外層將形成兩個電極，一個是護套外層的石墨，另一個則是半導電層組成的電容，且其中一個電極與地面可靠接地。在試驗過程中，若電纜外護層質量完好，在增加電壓過程便不會發生放電情況。反之，在增加電壓后外護層將被擊穿，且金屬護套放電電流會明顯增加。這時要找到護套外的故障點，如聲、光、電等特殊反應，則能夠了解電力電纜的故障位置，掌握電力電纜的電阻情況，若符合要求則可正常投入使用，反之則需要對其進行檢查與分析，以了解具體故障原因及時解決。然后再次進行試驗，符合要求方可。

（二）抽樣試驗

電力電纜在輸送電過程中會出現放熱的情況，故有必要對電力電纜的熱延伸狀態進行檢測，以保證其機械性能的可靠性。當電力電纜受到某種情況伸長后，能夠有效恢復，避免其絕緣性能發生改變。在試驗過程中，將溫度設定為200℃，可利用烤箱進行試驗。對電力電纜懸掛重物，并持續加熱10分鐘后再將電纜取出，觀察其在室溫環境下所發生的變化。當電纜的溫度與室溫持平后，對電纜進行測量，若長度與其原有長度相同，則表示電力電纜的長度未發生改變，說明該電力電纜的熱延伸性能符合要求，溫度的變化對其不會產生影響，可以正常投入使用。若所測量的數據發生改變，則說明電纜的熱延伸性會受到溫度變化的影響，絕緣性能也因此受到影響，一旦溫度發生變化則電纜的絕緣性能會隨之下降，無法承受起高壓輸電工作。

（三）型式試驗

利用該試驗可以對電纜的質量進行檢測，以判斷電纜的設計指標的合理性，確保電纜能夠被投入到電網中正常使用。該種試驗方式會對電纜的質量產生影響，因此僅能使用一次，并按照相關要求與標準嚴格執行，不可二次試驗，減少電纜損耗。在實際試驗中包含以下幾種方式：

局部放電試驗。該種方式可針對短電纜進行，試驗方式與上述局部放電試驗的步驟相同。

彎曲放電試驗。該種試驗方式針對彎曲后的端電纜，根據電纜的芯數決定其彎曲程度。如三芯電纜的彎曲倍數可按照15（D+d）的計算公式進行，且上下浮動應在15%以內。其中D 表示電纜，d 表示導體外徑。

加熱放電試驗。電纜在投入使用后的熱度會有所上升，對電纜絕緣性能產生一定影響。故需要確定電纜在通電后的熱度上升情況，以及熱度對電纜絕緣性能的影響。按照T0+10（T0 為室內溫度）的公式設定所加熱的溫度，停止通電后使電纜的溫度自行降低，待恢復到室溫后再對電纜的絕緣情況進行分析，若符合標準則可投入正常使用。

（四）鑒定試驗

1.振蕩電壓試驗

先提前對電纜進行充電操作，當電纜在帶電狀態下，確保其電壓符合試驗標準后，再進行放電操作。倘若電纜存在問題，則在進行放電操作時電纜會發生擊穿情況。振蕩電壓試驗中，電感線圈集中放電是其主要原因，此時電纜電壓會發生瞬間爆升的狀態，故影響電纜正常運行，對其產生一定危害。電力電纜在投入運行中要保證其振蕩電壓符合相關標準，采取振蕩電壓試驗可保證電力電纜的良好運行，減少其發生安全故障的概率。

2.諧振電壓試驗

為了解電纜的相關指標，采取諧振電壓試驗，確保電纜在良好的運行狀態中工作。電纜在運行過程中會產生諧振，此時對電壓值進行耐壓試驗，了解其耐壓情況。諧振電壓能夠到幾十甚至幾百以上，其所產生的電壓值會嚴重影響電纜質量。在試驗中可通過串聯諧振裝置的方式，對電纜進行檢測。由于在檢測過程中不需要與電纜接觸，是較為穩妥、安全的檢測方式。

三、高壓電力電纜檢測技術

為了保證檢測質量，實踐中應對不同的技術進行運用，并不斷創新與探索，因此，下文對不同的檢測技術進行了論述。

（一）萬用表檢測

電力電纜發生故障時，可以采取萬用表檢測的方式，且該種方法操作較為簡便，實用性較廣，因此備受青睞，可在短時間內快速了解電纜故障位置，做好排查工作，及時恢復電纜的運行狀態。如電纜斷路時，需要及時了解故障位置，并給出解決對策。但由于所有位置都可能是故障點，因此可將萬用表并聯在故障點兩端，根據電阻的實際情況，找到電纜故障點。若需要對電纜發生故障的原因進行細致了解時，則可利用萬用表快速找到故障的具體位置，快速進行排查工作。在實際檢測中，金屬屏蔽層、線芯等各種部分均可以使用萬用表進行檢測，并能夠了解到故障點的位置。

（二）脈沖檢測

該種檢測技術中包含低壓和二次脈沖檢測兩種方式。在低壓脈沖檢測方式中，可針對開路故障和低阻故障兩種情況進行分析與了解。其中，根據線路的低壓脈沖信號，以及電壓的變化情況分析出故障點。而二次脈沖檢測中，則可以利用閃絡、高阻等情況了解故障原因。在施加脈沖的過程中，可根據具體的波形分析故障情況，了解故障位置。可見，脈沖檢測對故障點的了解更為精準，其中脈沖檢測儀器是關鍵設備，控制工作溫度與工作濕度，可有效提升檢測精準度。詳細操作如下：

在具體操作中，采用該種方法需要提前采集數據，利用五個工作周期的數據進行分析，以了解電力電纜的運行情況。

如圖3 所示，該種方法的原理顯而易見，其中寬帶高頻脈沖為開端，其能夠采集相關信號數據，再利用自適應無監督聚類分析了解到脈沖信號類型，以及分類結果，利用相位排列特征最終了解到電力電纜的故障情況。若脈沖信號的激發源相同，則可以發現波形信號的相似度較高。利用其間的關系數據，以及相似度等內容，了解到脈沖之間的關系，根據相關公式確定故障來源。如果脈沖信號的來源相同，可求得脈沖信號相互關系數，最終完成電纜高頻脈沖聚類。最后，根據分布規律，在分布圖中便能夠知曉電纜運行情況，局部放電情況，電纜絕緣性能。聚類過程分析如圖3。

圖3 聚類過程分析

（三）電橋檢測

電橋檢測方法較為簡便，被廣泛用于電纜的檢測工作中。在具體操作時需要保證工作人員的熟練程度，可在專業技術基礎上展開。通常，根據電力電纜正常運行狀態下的數據與當前運行數據進行比對，便能夠了解電纜出現問題的原因。利用短接的方式，與單臂電橋前路加以連接，便能夠掌握電力電纜的電阻數據、故障原因、故障點。主要數據為故障后的電阻值、正常狀態下的電阻值、電力電纜的長度、故障點距離等方面，最終根據所得信息提出解決對策。

（四）直閃法檢測

直閃法檢測技術主要用于電力電纜發生擊穿故障時，利用波形的變化掌握故障點，并判斷故障原因，提出解決對策。當電纜發生擊穿情況后，其電阻值會出現增大的情況，若發生閃絡現象，則電纜還會釋放出較大的電流脈沖波。工作人員可利用故障點所發射的脈沖波確定故障位置，故使用直閃法，可從端口了解波形情況，確定故障點，提升擊穿故障的檢測效率。

四、結論

綜上所述，電力電纜發生故障對電網運行產生嚴重影響，有必要對其試驗與檢測工作加深研究，在當前主要的試驗方式包括例行試驗、抽樣試驗以及型式試驗集中方式，而檢測技術中包括電橋檢測、直閃法檢測以及脈沖檢測與萬用表檢測技術。在日后工作中，可強化智能試驗、檢測技術的研究，以提升電力電纜的檢測、試驗效率，實現穩定運行。