高壓電力電纜試驗方法與檢測技術分析

王賢湖，張 正，周 杰

（國網上海奉賢供電公司，上海 201499）

我國經濟發展進入新常態，各行業領域向前發展的同時，對電力需求也隨之提高，電能高質量傳輸與提升電網系統運行安全性是滿足電力正常穩定供應的關鍵要素，而高壓電力電纜工作性能直接影響著整個電網系統運行安全，因此，重視與做好針對高壓電力電纜試驗及故障檢測顯得尤為重要，通過對其進行試驗與檢測，掌握高壓電力電纜實際耐壓效果與絕緣性能等，以此保證出廠后的高壓電力電纜均符合高壓輸電標準。如何選擇合適并正確運用高壓電力電纜試驗方法與檢測技術，是目前各相關人員需要考慮的問題。

1 導致高壓電力電纜故障發生的成因

高壓電力電纜是一種用于傳輸1～1 000 kv高壓電的專用電纜，自內而外由導體、絕緣材料、內部保護層、鎧裝填充料、外部絕緣等構成。如果高壓電力電纜在應用過程中出現故障，意味著電能的傳輸與分配工作大概率會受到影響。目前，已經明確的導致高壓電力電纜出現故障的原因包括：

第一，電纜受自然作用影響導致性能下降。眾所周知，高壓電纜一般會布置在自然環境中，經常會受到極端自然氣候的侵蝕。比如太陽光的長期直射，會導致電纜的外部絕緣受損；強烈的雨雪天氣、雷暴天氣、溫度的驟然變化等都會產生負面作用，最終令電纜的絕緣性能下滑。針對這種情況，除了定期巡檢、對性能已經嚴重下滑的電纜進行更換之外，只能寄希望于電纜生產商能夠尋找到抗侵蝕性能更加優秀的材料。

第二，社會整體對電網需求的不斷提升導致電網運行穩定度不足，最終造成電纜出現故障。具體而言，在我國工業用電、生活用電的需求量不斷增加的今天，盲目提高電網的負載率并不是一項科學的舉措——在傳統高壓電力電纜設備的運行壓力不斷提升的過程中，對整個電網造成的損耗也是顯而易見的。如果電網規模不能及時擴大且高壓電力電纜長時間處于高負荷的狀態，電網傳輸電能的效率和質量均會下降，最終會造成資源利用率降低、安全隱患頻繁出現的情況。

第三，針對高壓電力電纜的施工存在瑕疵，如施工規范程度不足等，均有可能影響電纜的整體穩定性及可靠性。山東鋼鐵日照有限公司的研究人員對高壓電力電纜施工中的常見錯誤進行了梳理，得出的結論為：一是，施工之前，技術人員對施工現場的環境缺少深入勘察，對高壓電力電纜及其他相關設備安裝位置的選擇不夠明確。受此影響，在安裝作業期間，現場的組織、規劃、管理均呈現出有一定的混亂性。在這樣的情況下，電纜、接頭的安裝質量很可能無法達到預期效果。二是，在安裝工作的完成效果不佳的情況下，電纜表面有可能出現破損，線纜與設備之間有可能接觸不良，這些情況都會在不同程度上導致高壓電力電纜的日常運行處于“非正常狀態”，長此以往，電纜性能下滑的速度會加快。

2 高壓電力電纜試驗方法

以檢測條件為依據，離線檢測與在線檢測是目前用于檢測高壓電力電纜故障時較為常見的兩種方法。基于斷電狀態，依次排查高壓電力電纜存在故障的位置，其中介質損耗角正切試驗、絕緣電阻試驗以及直流耐壓線路電流試驗等均是進行離線檢測時常使用的檢測方法，從檢測效果上來看，雖然檢測效率較高，但與日趨提高的社會用電需求無法給予滿足。現階段我國經濟發展進入新常態，各行業健康發展必然離不開穩定且安全的電力供應，若發生大規模停電等問題，不僅會對居民日常生活造成影響，也直接關系著區域經濟正常發展。在線檢測試驗方法類型較多，其能夠滿足各種環境下高壓電力電纜試驗要求，可以根據實際情況選擇合適的試驗方法，及時發現潛在問題，消除風險隱患，保證高壓電力電纜良好工作性能。

2.1 例行試驗

2.1.1 導體直流電阻

對直流電阻產生影響的因素主要涉及到以下幾點：（1）導體材質。當導體材質不符合規定標準要求，將對導體電阻帶來不同程度上的影響，確保導體材質純度非常必要；（2）導體截面。直流電阻大小與導體截面積有著密切的關聯性，基于長度與材質相同條件下，導體截面積越大，導體直流電阻也會隨之增大。電纜外徑不變，當導體截面積增大時，必然會使原有絕緣層厚度減小，隨著時間推移，將會直接影響高壓電力電纜的絕緣性能。通常情況下，以20 ℃的環境條件為標準，對導體直流電阻進行測定，例如，測定16 mm2截面直徑的電力電纜的直流電阻時，由于內部導體材質不同，其直流電阻也有著一定差異，銅制與鋁制電纜是目前比較常見的導體材質，該測定條件下，二者直流電阻分別為1.15 Ω/m（銅制）、1.91 Ω/m（鋁制）。

2.1.2 交流電壓試驗

為了確保高壓電力電纜能夠在電網運行過程中減少故障發生以及保持穩定的使用狀態，則需要確認高壓電力電纜對交流電壓是否具備良好的適應性。通常情況下，應在整盤電纜上進行試驗，通過相應試驗掌握高壓電力電纜的實際耐壓效果，進而避免出廠的電力電纜未達到高壓輸電標準這一情況出現。例如，基于交流狀態下開展試驗的過程中，逐漸增加電壓，相關人員需要觀察隨著電壓增加的同時，是否存在電纜絕緣層被擊穿情況，若達到要求電壓增加限值后，持續時間30 min，在測試期間內電纜絕緣層保持完好，可以確定該類型電纜符合高壓輸電標準。減少電纜絕緣層被擊穿情況出現，有利于更好地保障高壓輸電安全。

2.1.3 局部放電試驗

通過運用局部放電試驗法對高壓電力電纜的絕緣性進行測定，掌握電纜是否存在異常放電情況，以此保證被投入使用中的高壓電力電纜具備良好的絕緣性能。在進行放電檢測時，若檢測結果與電纜局部放電標準要求相一致，則說明該類型高壓電力電纜能夠被使用在輸電系統中。

2.2 抽樣試驗

2.2.1 交流耐壓試驗

選擇某一段高壓電力電纜對其進行抽樣檢測，確認短距離的高壓電力電纜耐壓效果是否達到規定標準。基于高壓試驗條件設定，在試驗期間，將交流電壓逐漸增加至臨界限值，該過程持續時間不低于4 h，同時觀察高壓電力電纜是否存在擊穿現象；若在規定要求的時間內無擊穿現象出現，則說明該類型高壓電力電纜的耐壓標準達到規定要求。

2.2.2 熱延伸試驗

放熱現象是高壓電力電纜在輸電過程中使用時較常出現的一種情況，放熱現象頻繁出現，將對高壓電力電纜的機械性能造成一定影響，因此，需要通過開展熱延伸試驗確認高壓電力電纜的機械性能是否達到規定標準。熱延伸試驗流程如下：（1）設定試驗環境溫度，將試驗樣品放置在200 ℃的烤箱中進行加熱，并根據要求在樣品上懸掛一定重量的物品，加熱時間持續10 min；（2）待完成加熱后，在室溫環境下取出試驗樣品，等待其自然冷卻，當樣品溫度與室溫相同后，再測定試驗電纜長度。電纜試驗前后，其長度相同，表示電纜無延長現象出現，即使輸電過程中受到高溫影響，也不會破壞電纜的熱延伸性能。高壓電力電纜的熱延伸性能若被破壞，必然導致絕緣層交聯度降低，將無法保證此時的高壓電力電纜能夠在輸電過程中正常使用。

2.3 型式試驗

開展型式試驗目的是掌握電纜設計質量，確認電纜設計指標是否符合高壓輸電標準，以此來保證高壓電力電纜良好工作性能。由于該試驗方法將對電纜造成一定破壞，要求相關人員必須嚴格按照規范要求進行操作，確保一次性完成檢測試驗，避免對高壓電力電纜造成二次破壞。型式試驗方法類型主要包括以下幾項：（1）局部放電試驗。與上述交流電壓試驗方法與試驗要求相一致，選擇短電纜進行試驗；（2）彎曲放電試驗。對短電纜先進行彎曲處理，再進行相應試驗，電纜線芯數直接決定其彎曲程度；（3）加熱放電試驗。一般情況下，在輸電過程中，高壓電力電纜將會產生一定熱量，若超過自身耐熱值將會影響其絕緣性能。因此，需要通過利用加熱放電試驗掌握高壓電力電纜的局部放電量是否與規定要求相一致。各項型式試驗方法的檢驗要求及標準同上。

2.4 鑒定試驗

針對高壓電力電纜的鑒定試驗，主要包括兩個方面：一是，振蕩電壓試驗。在實際試驗的過程中，先進行電纜通電處理，待電纜通電后達到規定要求電壓標準后，再進行放電處理。若高壓電力電纜自身有問題存在，在通電期間必然會出現被擊穿情況。該試驗方法的原理是，電感線圈集中放電，致使高壓電力電纜的電壓瞬間增大，將直接危害使用過程中的電纜。因此，通過對其開展振蕩電壓試驗，發現威脅高壓電力電纜正常使用的風險因素，有效規避潛在風險隱患，確保輸電過程中的高壓電力電纜始終保持良好工作性能。

二是，諧振電壓試驗。該試驗方法主要測定電纜各項指標，如耐壓程度；在實際試驗過程中，根據試驗要求設定對應回路頻率，回路時有一定諧振產生，在此基礎上結合當前電壓值開展耐壓試驗，確認高壓電力電纜的耐壓標準是否達到規定要求。因諧振電壓試驗開展涉及到設備類型較多，且試驗方法發展成熟度較高，可以充分滿足試驗各項要求；但要注重相關設備選擇以及技術操作規范，避免由于獲得的試驗數據不準確而影響對高壓電力電纜性能及存在問題的判斷。

3 高壓電力電纜檢測技術應用

根據上文所述可知，高壓電力電纜的性能能否保持正常，在很大程度上決定電網運行是否會出現問題。基于此，電力單位必須采用合適的技術，對高壓電力電纜進行檢測。常用的方法如下：

第一，脈沖檢測法。該方法的原理為：如果懷疑電網中的某段電纜疑似出現了開路故障或是低阻故障，則檢修人員可以基于脈沖信號發出設備，向該段電纜發射一個脈沖信號（該信號必須是低壓信號）。針對該信號在電纜中運行過程中表現出的信息，基于相關參數，能夠測量出該信號從發出位置到故障（可能）出現點之間的距離、時間。在此基礎上，檢測人員還應注重對參數變化情況進行分析，最終確定該脈沖信號具體的反射及折射形式。對多項測量結果進行綜合考慮，實現對故障點位置的確定。

第二，二次脈沖檢測法。這種方法同樣適用于檢測疑似開路故障或低阻故障。除此之外，如果檢測人員懷疑電網中出現了閃絡性故障以及高阻故障時，該方法依然適用。具體的原理為：檢測人員可以使用高壓發生器，人為制造“閃絡”現象。檢測人員的關注重點應該集中在以下方面：當閃絡出現在故障點位置時，在起弧及滅弧的一瞬間，必定會發出低壓脈沖。檢測人員可以進行多次檢測，對多次檢測結果對應的波形圖進行詳細對照，最終便可以確定故障的具體位置。

第三，萬用表檢測方法。該方法是一種基礎檢測法，原理在中學物理課本中有詳細介紹——根據萬用表電阻檢測結果，判斷電纜故障發生位置。

第四，電橋檢測技術。具體原理為：鏈接方式為短接，之后在電力電纜的起始端與鏈接單臂電橋的前路。通過此種方法，檢測人員能夠檢測出所測量線路段的電阻值。之后將該值與正常值進行對比，如果發現偏差較大（電阻值明顯提升），意味著檢測段出現故障。確定故障發生的大概位置之后，檢測人員需要進一步圍繞高壓電力電纜的長度進行綜合分析，最終精準計算出故障的具體點位。

第五，直閃法。這種方法一般應用于檢測因擊穿而引發的電纜故障。需要注意，多種因素都可能導致電纜被擊穿。比如電纜本身存在質量問題、安裝過程存在瑕疵等導致電纜未能處于最佳工況等。一旦出現擊穿，可以理解為電纜出現了短路故障時，故障范圍內電纜電路中的電阻值必然的大幅度增加。不僅如此，如果自然出現閃絡現象，故障電纜在極短時間內會迅速釋放較大的電流脈沖波。在這種脈沖波的作用下，電纜與故障點之間會出現一種反射效應。針對這種情況，要求檢測人員首先圍繞電纜預設端口進行全面測試，獲得精準的電磁波信息。在此基礎上，檢測人員還需對波形圖中的“時間”參數進行對照分析，對比不同時間段波形的變化情況，最終實現對故障具體位置的確定。總體而言，直閃法是一種檢測效率和檢測精準程度均較高的檢測方法，可在電纜故障檢測工作中廣泛應用。而為了進一步提高電纜故障檢測準確性，檢測人員可采用多種方法進行檢測，對多種檢測結果進行綜合考量，盡量避免出現疏漏。

4 結束語

綜上所述，電能安全穩定供應是支撐各行業良好發展的重要基礎，對社會經濟穩定發展也有著直接影響。其中高壓電力電纜是應用于輸電工程中的關鍵電能傳輸載體，由于受到外界各方面因素干擾，致使高壓電力電纜故障高頻率發生，極大威脅了電網系統安全運行。因此，需要選擇合適的試驗方法與檢測技術對高壓電力電纜故障及實際工作性能進行測定，便于及時發現潛在問題，消除風險隱患，從而為電網系統高效率運行以及安全傳輸電能提供基礎保障。