电力电缆绝缘分布式在线监测研究

施红陵

（安徽省产品质量监督检验研究院，安徽 合肥 230051）

1 电力电缆绝缘在线监测方式

（1）直流成分方式。在气孔、绝缘层微孔以及半导电层突起等局部缺陷的影响下，XLPE电缆在水分和电场的作用下，高分子电介质会产生实为扇状、蝶状的树枝状图案痕迹。电树枝是由水树枝演变而来的，中低压 XLPE电缆水树枝老化的主要原因是放电作用下形成加速绝缘的老化。通过相关实验表明，XLPE电缆的运行由于受到水树枝的影响，产生了“整流效应”，而直流成分电流的大小是随着树枝发展长度与密度大小成正比例变化的。

图1 介质损耗角δ

（2）损耗介质方式。电介质损耗是指在交变电场下，在其内部引起的电介质极化和电介质电导滞后效应而产生的损耗电解质现象，图1为介质损耗角δ。电介质中能量损耗是由于电流的有功分量产生的，而电解质中能量的损耗可以由tanδ来表示，该值与电介质材料的特性有关，与材料的形状和尺寸并无关联。而对电缆绝缘状况以tanδ的大小的检验为判断指标，不能够准确反映出电缆绝缘内部集中缺陷的监测情况。

（3）温度方式。运行温度升高是反应电缆老化的一个主要方向，通常取决于负荷承受能力，即相同条件下，如果温度偏高，其老化程度会相对严重。我们可以在XLPE电缆金属套内的温度传感器或外护套层利用分散布置连续在线监测其温度，并通过光纤光栅传感器监测电缆温度。光纤光栅传感器原理是利用光线对环境变化的敏感度，通过激光器发出相应的光信号，继而在传感区进行调制，待调制完毕引入耦合器中，使调制区的广域待测参数相互影响后，发生一系列的光学性质变化，即光的波长、强度、偏正态、相位、频率的变化。继而使光线通过探测器，待解调后，得到相应的被测参数。

（4）局部放电方式。经过大量的实践结果表明，XLPE电缆发生绝缘击穿的根本因素是局部放电受到电压水平持续升高的影响。局部放电使会伴有一系列化学现象和物理现象，通过对以上现象的特定量的监测来反应出局部放电的情况。以脉冲电流法为例，它是起源最早和应用最为广泛的一项研究方法，其高频脉冲电流信号是由高频宽带传感器捕捉到的，继而测得放电重复率、放电流以及平均电流等值。脉冲电流法的优势在于能够实现电力电缆绝缘分布式在线监测中信号采集的精准性，通常采用在局部放电多发的电缆附件处安装传感器的方式实施监测。

2 注入“S”信号方式

小电流接地是我国配电网应用最广的方式，而该方式也有一定的缺陷，即电流系统单相接地故障定位问题具有一定的复杂性。而基于“S”信号注入思想的故障定位方法能够使上述问题得到有效的改善。该方式主要是通过将工频50Hz整数倍外频率在约200Hz的信号注入到母线 PT向线路，继而根据线路中检测到信号的强弱来进行精准的故障定位。

倘若电缆绝缘老化，地电容c以及地绝缘电阻r均会做出一定的改变，而通过“S”信号注入方式，将特定频率的电压信号注入到向线路中，并将电流互感器装置于各条线路的每相上，继而提取定频电流。倘若某相绝缘老化，相对于正常线路而言，相定频电流值要高一些，从而更好的监测电缆绝缘。

针对于电力电缆绝缘分布式在线监测而言，注入“S”信号方式应用的优势是，通过对电压互感器的利用，能够实现二次侧注入信号的目的，继而有效隔离弱电与强电，具有操作安全简单的特征。而利用注入信号的幅值以及频率的科学选择，能够实现连续在线监测的目的。由于电缆运行时间长产生老化是一个不争的事实，为此，如果能够在一个周期内，将每个电流互感器提取的电流值汇成曲线，那么相关技术人员就可以在曲线中实时对每相电缆运行阶段的绝缘程度进行掌握。

“S”信号注入方式能够通过计算得到相应的电缆对地的绝缘参数。同时，利用与之相应的关系式能够计算出电压互感器二次侧注入两个幅值相等频率不同的电压信号，但该关系式的正确应用应基于以下两方面前提：一方面，在电缆绝缘在线监测时应用“S”信号注入方式，通过电流互感器得到相应的定频电流，相对于单芯电缆运行提供了便捷的条件，但却为三芯电缆准确提取每相的电流带来了一定的难度。为此，在电压等级不超过35kV，通常要采用三芯电缆，这足可预见“S”信号注入方式还有一定的优化空间；另一方面，电缆绝缘老化位置精准判断的前提是，相关工作人员要将多个电流互感器装置于同一电缆上。倘若某处电缆因绝缘老化出现地绝缘阻抗变小情况，那么在这条电缆上，电流互感器与老化处位置越近，电流值就越大，而老化程度越大，与老化处位置越近电流值也会明显增多，而其他互感器的电流值将会大幅度减小，甚至减少到近似为0。

通过“S”信号注入方式能够利用对相邻电流互感器提取的电流值进行对比的方式，来实现对绝缘老化区域加以锁定的目的。而一条电缆上安装的数量以及电流互感器的安装位置则是要利用对现场运行电缆绝缘老化事故各参数的收集，来构建一个专门的数据知识库，从而实现计算出精准监测位置的目的。

3 结语

综上所述，电力电缆绝缘情况与供电情况的可靠性与安全性有着必然的关系。而电力电缆绝缘分布式的在线监测也随着科学技术的进步得以不断的完善，为此，相关人员要对电缆的绝缘状况进行实时的把握，避免发生相关安全事故，从而促进电力事业的可持续发展。