高壓電力電纜試驗方法與檢測技術分析

邵懿純 于凡

上海市電力公司市南供電公司 上海 200000

引言

高壓電力電纜是電力系統中不可或缺的關鍵設備之一，用于輸送大電流和高電壓。在使用過程中，由于各種因素的影響，電纜可能會出現質量問題或潛在隱患，為了保證電力系統的安全運行和電纜的可靠性，需要進行一系列的試驗和檢測。高壓電力電纜試驗方法和檢測技術對于評估電纜的安全性、品質和性能具有重要意義。

1 開展高壓電力電纜故障分析的重要性

確保電力系統的安全可靠性：高壓電力電纜是電力系統中承載重要輸電任務的關鍵組成部分。一旦出現故障，可能導致斷電、地面災害甚至人身傷害。通過對電纜故障進行及時、準確的分析，可以有效預防事故的發生，確保電力系統的安全可靠運行。

縮短故障恢復時間：當電纜發生故障時，迅速分析故障原因并采取相應的修復措施，可以大大縮短故障的恢復時間。這對于維護電力供應的連續性非常重要，尤其是對于那些對供電中斷極為敏感的用戶，如醫院、數據中心等。

降低維修成本：故障分析可以幫助確定故障點和原因，從而指導維修人員有針對性地進行修復。避免了無效的維修和更換不必要的元件或設備，節約了維修成本。

提高電纜系統的健康管理水平：通過對電纜故障的分析，可以獲得電纜系統的運行狀況和健康狀態的信息。這有助于制定適當的維護計劃和預防措施，延長電纜的使用壽命，提高電纜系統的可靠性[1]。

2 當前高壓電力電纜故障的主要原因

2.1 電力電纜質量問題

材料選擇和配方不當：電力電纜的質量問題往往與材料選擇和配方有關。如果選用了質量不合格或不適用的材料，或者配方設計不當，可能導致電纜絕緣層或護套的性能不達標，增加故障的風險。

制造工藝不嚴謹：電纜在制造過程中，如果工藝控制不嚴謹或存在操作失誤，可能導致電纜存在缺陷或隱患，例如內部氣泡、缺陷連接、導體損傷等。這樣的問題在電纜運行時可能逐漸惡化，并最終導致故障發生。

安裝和施工問題：電纜的安裝和施工環節也容易引起質量問題。如果接頭或終端的安裝不規范、接觸不良或絕緣處理不到位，可能導致電纜出現接觸不良、短路或漏電等問題，最終引發故障。

2.2 運行問題

①質量問題：電纜質量不合格或存在制造缺陷可能導致故障。例如，電線絕緣層的破損、接頭接觸不良、導體材料腐蝕等都會導致電纜故障。②過載和電磁干擾：電纜所承載的負荷超過了其額定能力，過載可能導致電纜的絕緣層損壞。同時，電磁場的干擾也可能對電纜造成損害。③外界環境因素：外界環境的惡劣條件如潮濕、腐蝕性氣體、溫度變化等都可能對電纜的絕緣性能和導電性能產生不利影響，加速電纜的老化和故障。④維護不良：電纜的維護保養工作如果不及時或者不合格，就會導致故障。例如，未及時發現并處理絕緣層破損、接頭銹蝕，以及未定期進行絕緣測試等。

2.3 施工問題

不合規安裝：電纜的不合規安裝是造成故障的一大原因。例如，電纜的彎曲半徑小于規定值、電纜固定不牢固、接頭安裝不正確等。

接頭問題：電纜接頭是連接電纜的關鍵部分，存在接頭問題也容易導致故障。

手工操作不當：在電纜施工過程中，如果施工人員的操作不當，也容易引起故障。

環境因素：施工環境對電纜的安裝也有一定影響。例如，施工現場的濕度、溫度、粉塵等各種環境因素都可能導致電纜故障。特別是在特殊環境下，如酸雨、高溫等條件下施工，容易導致電纜損壞[2]。

3 高壓電力電纜的試驗方法

3.1 振蕩電壓試驗

①準備工作：確保測試設備正常工作，包括直流高壓發生器、穩壓電源、示波器等。同時檢查測試電纜的連接情況，確保接頭良好。②設置參數：根據電纜的額定電壓和試驗要求，確定振蕩電壓的初始值、頻率和振蕩次數等相關參數，并相應地設置在測試設備上。③連接測試電纜：將測試電纜的一端連接到直流高壓發生器的正極，另一端連接到直流高壓發生器的負極。④發送振蕩電壓：打開直流高壓發生器，發送設定好的振蕩電壓。觀察示波器上的波形，確保電壓的振蕩幅值和頻率符合要求。⑤觀察反應：通過觀察測試電纜的表面和接頭等地方是否有明顯的放電現象來評估電纜的絕緣狀況。同時，也可以通過示波器監測電壓和電流的波形變化，以及測量電流和電阻等參數來判斷電纜的絕緣狀況。⑥記錄和分析：記錄振蕩電壓測試過程中的數據，包括振蕩電壓、電流、放電情況等。根據數據分析，評估電纜絕緣的健康狀態，并判斷是否存在故障或潛在問題。

3.2 諧振電壓實驗

①準備工作：確保測試設備正常工作，包括交流高壓發生器、穩壓電源、功率放大器、接地裝置等。同時檢查測試電纜的連接情況，確保接頭良好。②設置參數：根據電纜的額定電壓和試驗要求，確定諧振電壓的頻率范圍和初始值，并相應地設置在測試設備上。③連接測試電纜：將交流高壓發生器的輸出端與功率放大器連接，將功率放大器的輸出端與測試電纜連接。同時，確保接地裝置的連接。④調節電壓：逐漸增加交流高壓發生器的輸出電壓，直到觀察到測試電纜出現共振現象。共振時，測試電纜吸收的電能最大，電流最大。⑤觀察反應：通過觀察測試電纜的表面和接頭等地方，以及測試裝置的指示燈等，判斷是否存在放電現象或其他異常現象。同時也可以通過測量電流和電壓等參數來評估電纜的絕緣狀況。⑥記錄和分析：記錄諧振電壓實驗過程中的數據，包括諧振頻率、電壓和電流等。根據數據分析，評估電纜絕緣的健康狀態，并判斷是否存在故障或潛在問題[3]。

4 高壓電力電纜的檢測技術

4.1 萬用表法

準備工作：確保測試設備正常工作，包括萬用表（尤其是具備高阻抗功能的絕緣電阻測試范圍）、測試線纜等。

斷開電纜電源：確保電纜與電源完全斷開，避免任何潛在的電流對測試結果的影響。

連接測試設備：將一根測試線纜連接到電纜的導體（通常是電纜的金屬護套或接地線），另一根連接到電纜的絕緣層上。

設置萬用表：選擇合適的測試范圍，并將萬用表置于阻抗測試模式（通常表示為“Ω”）。

進行測試：使用萬用表對電纜絕緣層進行測試。通常有三種常見的測試方式：絕緣電阻測試：將測試線纜連接至電纜絕緣層上，讀取萬用表上的絕緣電阻值。該測試可以評估電纜絕緣層中是否存在漏電、損壞或老化等問題。

極化指數測試：該測試主要用于評估電纜絕緣的吸濕性能。將測試線纜連接至電纜絕緣層上，讀取萬用表上的吸濕極化指數值。正常情況下，電纜絕緣的吸濕極化指數值應在一定范圍內，超過范圍可能表示絕緣有損壞或老化的問題。

耐壓測試：該測試用于評估電纜絕緣的耐壓能力。將測試線纜連接至電纜絕緣層上，逐步增加電壓，觀察電纜絕緣層是否發生擊穿或放電現象。通過測試時的電壓值，可以判斷電纜絕緣層的絕緣能力。

記錄和分析：記錄測試過程中的數據，包括測試結果和相關參數。根據測試結果進行分析，評估電纜絕緣的健康狀態，并判斷是否存在故障或潛在問題。

4.2 直閃法

原理：高壓電力電纜在工作過程中，可能會發生絕緣故障，導致電纜絕緣性能下降。直閃法通過對電纜施加瞬態高壓脈沖信號，觀察和分析產生的直流擊穿和閃絡現象，以判斷電纜絕緣的情況。

設備：直閃法檢測通常需要使用特殊的測試設備，包括瞬態高壓發生器、閃絡計數器、直流擊穿電壓測試裝置等。

實施步驟：

準備工作：確保測試設備正常工作，根據電纜的額定電壓和測試要求，設置瞬態高壓發生器的電壓參數。

連接電纜：將瞬態高壓發生器與被測電纜的高壓端子相連接，同時接地裝置也需要連接好。

施加測試信號：通過瞬態高壓發生器，產生瞬態高壓脈沖信號施加到電纜上。

觀察和記錄：觀察測試過程中電纜表面是否出現直流擊穿和閃絡現象，并記錄閃絡次數、電壓和時間等數據。

分析結果：根據記錄的數據，評估電纜的絕緣狀況。閃絡次數越多，電纜的絕緣質量越差；同時，還可以結合直流擊穿電壓測試結果進行綜合分析判斷電纜是否存在絕緣故障。

4.3 電橋檢測技術

準備工作：確保測試設備正常工作，包括電橋儀器、測試線纜、參考電阻器等。

斷開電纜電源：確保電纜與電源完全斷開，避免任何潛在的電流對測試結果的影響。

連接測試設備：將電橋儀器的測試端口與測試線纜連接，將參考電阻器的一端連接至電橋儀器，另一端連接至地面或其他可靠接地點。

設置電橋：根據具體測試的要求和儀器的操作手冊，設置合適的測試模式和參數。通常電橋儀器提供了多種測試模式，如接地故障檢測、斷線檢測和絕緣劣化檢測等。

進行測試：根據選擇的測試模式，開始進行電纜檢測。電橋根據測試線纜上的信號差異來測量電阻或阻抗值，從而判斷電纜故障的位置和性質。

接地故障檢測：通過測量電纜中的接地電阻值，可以確定接地故障的位置和類型。接地電阻值異常高或不穩定可能表示接地故障。

斷線檢測：通過測量電纜中的導線連通性，查找可能存在的斷線點。斷開或不穩定的電橋平衡狀態可能表示斷線故障。

記錄和分析：記錄測試過程中的數據，包括測試結果和相關參數。根據測試結果進行分析，確定電纜故障的具體位置和性質，并作出相應的維修或更換決策。

4.4 脈沖檢測法

準備工作：確保測試設備正常工作，包括脈沖發生器、旁納法夾具、示波器、接地線等。

斷開電纜電源：確保電纜與電源完全斷開，避免任何潛在的電流對測試結果的影響。

連接測試設備：將脈沖發生器連接到電纜一側的導體上，將示波器連接到電纜另一側的導體上，并將接地線接地。

發送脈沖信號：通過脈沖發生器向被測試電纜注入短脈沖信號。該脈沖信號會傳播到電纜中的絕緣層，并在絕緣故障點產生反射。

檢測反射信號：示波器接收并顯示從絕緣故障點返回的反射脈沖信號。根據反射信號的幅度、時間延遲等特征，可以確定故障點的位置。

5 結束語

高壓電力電纜試驗方法與檢測技術在電力系統的建設和運維中扮演著重要角色。通過合理選擇和正確應用試驗方法，可以保證電纜的質量可靠性，并及時發現潛在的故障隱患。高壓電力電纜試驗方法與檢測技術的發展與應用，對于保障電力系統的安全穩定運行具有重要意義。