電力電纜絕緣分布式在線監(jiān)測(cè)研究

施紅陵

（安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，安徽 合肥 230051）

1 電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)方式

（1）直流成分方式。在氣孔、絕緣層微孔以及半導(dǎo)電層突起等局部缺陷的影響下，XLPE電纜在水分和電場(chǎng)的作用下，高分子電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生實(shí)為扇狀、蝶狀的樹(shù)枝狀圖案痕跡。電樹(shù)枝是由水樹(shù)枝演變而來(lái)的，中低壓 XLPE電纜水樹(shù)枝老化的主要原因是放電作用下形成加速絕緣的老化。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，XLPE電纜的運(yùn)行由于受到水樹(shù)枝的影響，產(chǎn)生了“整流效應(yīng)”，而直流成分電流的大小是隨著樹(shù)枝發(fā)展長(zhǎng)度與密度大小成正比例變化的。

圖1 介質(zhì)損耗角δ

（2）損耗介質(zhì)方式。電介質(zhì)損耗是指在交變電場(chǎng)下，在其內(nèi)部引起的電介質(zhì)極化和電介質(zhì)電導(dǎo)滯后效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗電解質(zhì)現(xiàn)象，圖1為介質(zhì)損耗角δ。電介質(zhì)中能量損耗是由于電流的有功分量產(chǎn)生的，而電解質(zhì)中能量的損耗可以由tanδ來(lái)表示，該值與電介質(zhì)材料的特性有關(guān)，與材料的形狀和尺寸并無(wú)關(guān)聯(lián)。而對(duì)電纜絕緣狀況以tanδ的大小的檢驗(yàn)為判斷指標(biāo)，不能夠準(zhǔn)確反映出電纜絕緣內(nèi)部集中缺陷的監(jiān)測(cè)情況。

（3）溫度方式。運(yùn)行溫度升高是反應(yīng)電纜老化的一個(gè)主要方向，通常取決于負(fù)荷承受能力，即相同條件下，如果溫度偏高，其老化程度會(huì)相對(duì)嚴(yán)重。我們可以在XLPE電纜金屬套內(nèi)的溫度傳感器或外護(hù)套層利用分散布置連續(xù)在線監(jiān)測(cè)其溫度，并通過(guò)光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)電纜溫度。光纖光柵傳感器原理是利用光線對(duì)環(huán)境變化的敏感度，通過(guò)激光器發(fā)出相應(yīng)的光信號(hào)，繼而在傳感區(qū)進(jìn)行調(diào)制，待調(diào)制完畢引入耦合器中，使調(diào)制區(qū)的廣域待測(cè)參數(shù)相互影響后，發(fā)生一系列的光學(xué)性質(zhì)變化，即光的波長(zhǎng)、強(qiáng)度、偏正態(tài)、相位、頻率的變化。繼而使光線通過(guò)探測(cè)器，待解調(diào)后，得到相應(yīng)的被測(cè)參數(shù)。

（4）局部放電方式。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐結(jié)果表明，XLPE電纜發(fā)生絕緣擊穿的根本因素是局部放電受到電壓水平持續(xù)升高的影響。局部放電使會(huì)伴有一系列化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)以上現(xiàn)象的特定量的監(jiān)測(cè)來(lái)反應(yīng)出局部放電的情況。以脈沖電流法為例，它是起源最早和應(yīng)用最為廣泛的一項(xiàng)研究方法，其高頻脈沖電流信號(hào)是由高頻寬帶傳感器捕捉到的，繼而測(cè)得放電重復(fù)率、放電流以及平均電流等值。脈沖電流法的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)電力電纜絕緣分布式在線監(jiān)測(cè)中信號(hào)采集的精準(zhǔn)性，通常采用在局部放電多發(fā)的電纜附件處安裝傳感器的方式實(shí)施監(jiān)測(cè)。

2 注入“S”信號(hào)方式

小電流接地是我國(guó)配電網(wǎng)應(yīng)用最廣的方式，而該方式也有一定的缺陷，即電流系統(tǒng)單相接地故障定位問(wèn)題具有一定的復(fù)雜性。而基于“S”信號(hào)注入思想的故障定位方法能夠使上述問(wèn)題得到有效的改善。該方式主要是通過(guò)將工頻50Hz整數(shù)倍外頻率在約200Hz的信號(hào)注入到母線 PT向線路，繼而根據(jù)線路中檢測(cè)到信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)進(jìn)行精準(zhǔn)的故障定位。

倘若電纜絕緣老化，地電容c以及地絕緣電阻r均會(huì)做出一定的改變，而通過(guò)“S”信號(hào)注入方式，將特定頻率的電壓信號(hào)注入到向線路中，并將電流互感器裝置于各條線路的每相上，繼而提取定頻電流。倘若某相絕緣老化，相對(duì)于正常線路而言，相定頻電流值要高一些，從而更好的監(jiān)測(cè)電纜絕緣。

針對(duì)于電力電纜絕緣分布式在線監(jiān)測(cè)而言，注入“S”信號(hào)方式應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)是，通過(guò)對(duì)電壓互感器的利用，能夠?qū)崿F(xiàn)二次側(cè)注入信號(hào)的目的，繼而有效隔離弱電與強(qiáng)電，具有操作安全簡(jiǎn)單的特征。而利用注入信號(hào)的幅值以及頻率的科學(xué)選擇，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)的目的。由于電纜運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)產(chǎn)生老化是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，為此，如果能夠在一個(gè)周期內(nèi)，將每個(gè)電流互感器提取的電流值匯成曲線，那么相關(guān)技術(shù)人員就可以在曲線中實(shí)時(shí)對(duì)每相電纜運(yùn)行階段的絕緣程度進(jìn)行掌握。

“S”信號(hào)注入方式能夠通過(guò)計(jì)算得到相應(yīng)的電纜對(duì)地的絕緣參數(shù)。同時(shí)，利用與之相應(yīng)的關(guān)系式能夠計(jì)算出電壓互感器二次側(cè)注入兩個(gè)幅值相等頻率不同的電壓信號(hào)，但該關(guān)系式的正確應(yīng)用應(yīng)基于以下兩方面前提：一方面，在電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)用“S”信號(hào)注入方式，通過(guò)電流互感器得到相應(yīng)的定頻電流，相對(duì)于單芯電纜運(yùn)行提供了便捷的條件，但卻為三芯電纜準(zhǔn)確提取每相的電流帶來(lái)了一定的難度。為此，在電壓等級(jí)不超過(guò)35kV，通常要采用三芯電纜，這足可預(yù)見(jiàn)“S”信號(hào)注入方式還有一定的優(yōu)化空間；另一方面，電纜絕緣老化位置精準(zhǔn)判斷的前提是，相關(guān)工作人員要將多個(gè)電流互感器裝置于同一電纜上。倘若某處電纜因絕緣老化出現(xiàn)地絕緣阻抗變小情況，那么在這條電纜上，電流互感器與老化處位置越近，電流值就越大，而老化程度越大，與老化處位置越近電流值也會(huì)明顯增多，而其他互感器的電流值將會(huì)大幅度減小，甚至減少到近似為0。

通過(guò)“S”信號(hào)注入方式能夠利用對(duì)相鄰電流互感器提取的電流值進(jìn)行對(duì)比的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣老化區(qū)域加以鎖定的目的。而一條電纜上安裝的數(shù)量以及電流互感器的安裝位置則是要利用對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電纜絕緣老化事故各參數(shù)的收集，來(lái)構(gòu)建一個(gè)專門的數(shù)據(jù)知識(shí)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算出精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)位置的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力電纜絕緣情況與供電情況的可靠性與安全性有著必然的關(guān)系。而電力電纜絕緣分布式的在線監(jiān)測(cè)也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步得以不斷的完善，為此，相關(guān)人員要對(duì)電纜的絕緣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的把握，避免發(fā)生相關(guān)安全事故，從而促進(jìn)電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。