浅谈电力电缆绝缘瑕疵的检测方法

张乐桢

(国网甘肃省电力公司白银供电公司，甘肃 白银 730900)

浅谈电力电缆绝缘瑕疵的检测方法

张乐桢

(国网甘肃省电力公司白银供电公司，甘肃 白银 730900)

电力电缆绝缘瑕疵问题将直接影响输变电的效益与安全性，因而有必要采用合理的检测方法来对其加以检测控制。在这种背景下，首先探讨了电力电缆绝缘瑕疵的检测方法与分类，进而介绍了电缆结构与接头，并结合试验进行了相关检测研究。

电力电缆；绝缘瑕疵；检测方法

1 电力电缆绝缘瑕疵的检测方法与分类

目前不论国内国外，高压电缆在出厂前都会进行交/直流耐压试验、冲击波耐压试验、部分放电试验等，因此，电力电缆本身的质量应符合标准。但由历年来国内外所发生的电力电缆事故分类可知，大部分事故均出于电缆的接头施工，其次才是现场电缆埋设时转角过大伤及电缆内部。电缆常因电缆接续所使用的直线接头与终端接头在施工过程中处理不当，引起部分放电现象，使绝缘材质加速老化、破坏。地下配电系统常用的绝缘检测方式分为停电检测及带电检测两大类，而社会要求高供电质量，因此停电检测较不适用。目前，各国均投入许多人力进行电力电缆检测研究，例如：英国电网公司将高频电流变压器设置于馈线出口端，用以监测、追踪馈线局部放电状况及定位绝缘劣化区域。我国则尚处于搜集数据、建立诊断机制阶段。

带电检测方式可分为非电气性及电气性两大类。以下介绍3种实际应用于电力电缆部分放电的检测方法：(1) 脉冲电流法检测。利用被测物的接地线串接一个检测阻抗，当部分放电产生时，脉冲电流自检测阻抗电路中检出，该法容易进行定量测试并具有高的灵敏度，由IEC所规范量测部分放电脉冲电流的放电电荷量，以pC为单位。(2) 电容型检测。当电缆内部发生部分放电时，在电缆瑕疵处所产生的电磁脉冲信号会以瑕疵处为原点，沿着电缆往两端相反方向传递，若于瑕疵处的左右两边设置电容型部分放电检测器，则可利用放电脉冲的极性特性区分目前的A、B区域内是否存在有部分放电源，并推测瑕疵点的位置。(3) 音射法检测。当内部部分放电产生时，它会在介质内部产生机械压力波，这类似声音放射状态的情形，可能是由于材料内部分子和邻近结构中的分子碰撞所产生的现象，形成一个音源，放射出音波。音射法将AE传感器紧贴在设备表面，并利用AE传感器内的压电材料将机械压力波转换成电音射信号，并经由前级放大器放大。

音射法具高度指向性，优点为定位准确，相对的缺点为量测距离短。其波形振幅大小与AE距离部分放电位置远近有关。所以找出振幅最大处对应的位置，极可能为放电位置，达到初步定位的能力。本文主要针对电缆的接头缺陷，利用不同的检测方式探讨其差异，以期能研究出适合现场不断电状态的检测方式。

2 电缆结构与接头

2.1 电缆结构

高压电力电缆由导体、内半导电层、绝缘体、外半导电层、中性线遮蔽导体层及外被保护层组成。其中，导体所使用材质需具导电率高、抗张力强及质量轻等特性，并符合ICEA Class B的软铜绞线，以半压缩方式制成；内半导电层以导电性混合物压出制成，并须紧密贴合于绝缘体，其作用系在使低电阻的中心导体与高电阻性绝缘体间的电力线均匀分布；绝缘体以高介质强度的固态热固性交连聚乙烯(XLPE)制成，必须具有耐热性高、连续使用及短路时容许大电流，过负荷或短路时损坏率低等特性；外半导电层以导电性混合物压出制成，并须紧密贴合于绝缘体，其作用系在使绝缘体电力线对称放射分布，以消除正切或纵切的电应力，以得最小的表面放电；中性遮蔽导体层以镀锡软铜线构成，其作用系使充电电流流回，保持外半导电层对地零电位，并作为接地故障电流的回路；外被保护层以PVC或尼龙材料作为外皮，保护电缆用。

2.2 电缆接头

电缆接头用于连接电缆与电缆或电缆与设备(电缆终端接头或可分离型接头)，其主要功能为控制电场在电缆绝缘体内的分布，使电应力在接头处均匀分布，减低靠近遮蔽体边缘的电应力或电位梯度。其一般分为直线与终端接头。电缆直线接头主要功能是在电缆与电缆接续中使用。终端接头主要功能为地下配电与架空系统相接时，引接电杆上、下电缆及开关。

3 研究方法

3.1 试验准备

本文利用2条约2 m长的25 kV级电力电缆进行试验，分别于电缆的直线接头与终端接头制造一些瑕疵，模拟实际上因人为疏失所产生的缺陷。由于局部放电检测方法国际间尚无公认的统一标准，每家仪器商均宣称其所生产的仪器成效良好，但事实上均有缺点。因此本文探讨几种检测方式的差异处。其中，ch1为电容型传感器的输出信号，ch2为音射传感器信号，ch3检测阻抗的脉冲电流信号，ch4为耦合电容的输出信号。音射法使用60～150 kHz检测器，放大器20～300 kHz，电容型使用频宽0.3～70 MHz。

3.2 试验结果与讨论

(1) 探讨部分放电发生于电缆直线接头。为探讨上述3种检测方式，在被试样品端并联耦合电容，以该信号为参考信号，仿真IEC60270所述的检测方式。ch1为电容型传感器所量得的信号，ch2为音射法所量得的信号，ch3为脉冲电流法所量得的信号，ch4为耦合电容所量得的信号，比较各种检测法同时量到的电气信号，音波传递速度较慢，时间经延迟后音射传感器探头才接收到信号。在各种检测信号中，ch2量测到的音射信号，音波时间长度约5 ms，经傅立叶频谱分析可得到其主频率约在44 kHz。当2次连续产生部分放电时，会造成2个音波重叠。ch3检测阻抗法将信号时间拉长，其电气信号衰减速度快，频谱分析可得到主频率约在5 MHz，由于频率高造成量测信号取样分析成本高。耦合电容检测法电气信号衰减速度更快，ch4频谱分析最低频率约在200 kHz。

(2) 探讨部分放电发生于电缆终端接头。将电缆终端接头处故意制造一间隙使得产生电晕放电现象。为分析放电发生时间与电压相角的关系，本文将ch4的信号改为电源电压信号，再进行试验。检测结果显示，ch3的脉冲电流信号与ch4的电源电压信号存在特定的相位关系，ch2为音射法所得信号，ch1为电容型传感器所得结果。显示脉冲电流信号较强，音射法次之，电容型传感器没反应。

3.3 瑕疵点的定位

为进一步探讨音射法对瑕疵点的定位特性，将音射传感器放置于远近不同的位置，探讨距离瑕疵点的远近相对关系。结果显示，音射传感器的位置与瑕疵点的位置有密切的关系，因此可借助移动音射传感器的位置达到瑕疵点搜寻定位的目的。另外，ch3的脉冲电流信号发生后，ch2延迟一段时间后产生音射信号，若能得知电气信号与音射信号传递时的传播速度的差异，即可由电气信号与音射信号的时间差，乘上音射传播速度求出瑕疵点的正确位置。

4 结语

近年来，由相关的电缆事故发生位置统计得知直线接头与终端接头发生事故的几率较高，其中施工不良、电缆接续工程等事故逐年增加，因而如何借助量测技术的研究与诊断，分析电力电缆绝缘劣化程度，将成为十分重要的课题。然而目前尚无统一的量测方法，本文探讨国际间常用的3种量测方式，并比较它们的特性。由试验得知无论是直线接头还是终端接头，由电缆遮蔽层接地端串接脉冲电流检测阻抗所得的信号灵敏度较高，但此法易受现场噪声的干扰，常影响量测的效果，且所需的信号撷取速度亦非常高，由于获取速度与系统成本有关，因此此法所需的费用高。电容式的量测法适用于直线接头。音射法在直线接头与终端接头均有效，由于音射法较不易受现场电磁噪声的干扰，且信号频宽较脉冲电流法低很多，约只需数百千赫的取样速率即可获得放电信号。因此设备的造价较便宜，且音射法在瑕疵点定位方面具有良好的特性，也即指向性高，所以其应用在电缆定位量测应具有发展的潜力。

[1] 魏朴.探测电缆老化的光纤直流漏电流法[J].电气化铁道，2007(5)

[2] 冯卫.电缆绝缘电阻测试及分析[J].铁道通信信号，2005(8)

2014-08-29

张乐桢(1986—)，男，甘肃永登人，助理工程师，研究方向：电气设备绝缘检测。