一種中高壓電纜狀態(tài)評估及定位新技術(shù)應(yīng)用討論

張建 尹娟 王天兵

【摘 要】本篇介紹了一種用于電纜故障及缺陷點定位、趨勢跟蹤的新技術(shù)——射頻振蕩波譜法，該技術(shù)通過非破壞性檢測手段實現(xiàn)對高壓電纜本體主絕緣或副絕緣進行寬頻域掃描，獲得介質(zhì)阻抗頻域振蕩特征，用于評估電纜老化狀態(tài)，獲得缺陷位置信息。與傳統(tǒng)絕緣評估技術(shù)相比，該技術(shù)不需要分析反射波，能實現(xiàn)多點缺陷定位，且具備老化定位功能。文章通過對10kV電纜的實測數(shù)據(jù)進行分析，討論了射頻振蕩波技術(shù)的應(yīng)用特點。

【關(guān)鍵詞】電纜 缺陷 定位 射頻振蕩波

針對電纜狀態(tài)評估，傳統(tǒng)的老化和故障定位是相互獨立的，即電纜的老化主要通過介質(zhì)損失，電化學(xué)等手段進行整體測試和評估，而故障定位主要通過時域反射法TDR原理獲取發(fā)射波和反射波的時差計算而得。

由于TDR技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成熟，其公知的技術(shù)瓶頸，如長距離電纜反射波損耗，外部信號串?dāng)_導(dǎo)致波形特征畸變，多次重復(fù)反射等問題，一直未能有效解決。因此針對現(xiàn)場測試，TDR定位技術(shù)一般用于5公里以下。

1射頻振蕩波譜技術(shù)原理及特點

射頻振蕩波譜技術(shù)的出現(xiàn)解決了幾個關(guān)鍵問題：（1）信號沿電纜衰減的問題。（2）反射波的識別困難問題。（3）信號畸變問題。

由于射頻振蕩波采用了一套全新的定位思路，將電纜本體模擬成數(shù)段連續(xù)、可分割的阻抗電氣元素模塊，通過不同頻率隱射不同位置的片段，從而建立一套整體和局部的綜合評估模型，有效杜絕了TDR技術(shù)反射波識別難度大，信號衰減和畸變的問題。正因為從分布阻抗元素的思路解釋了電纜的健康狀態(tài)，射頻振蕩波技術(shù)不僅可用于故障定位，還能實現(xiàn)局部缺陷、老化點的趨勢跟蹤，其重量輕便，尤其利于10kV以上高壓電纜現(xiàn)場檢測。

其基本思路為：（1）獲得電纜頻域阻抗向量，分析其諧振特性。（2）當(dāng)故障存在時，認為至少一個故障點對電纜的諧振阻抗產(chǎn)生了影響，或至少一個故障點的固有諧振頻率與阻抗頻譜中的某一個峰值阻抗的對應(yīng)頻率相同，因此只要尋找諧振頻率點的峰值阻抗，或?qū)ふ耶惓７逯底杩沟念l帶范圍，便可認為是可疑故障點。通過與參考衰減振蕩模型的比較，可以快速發(fā)現(xiàn)阻抗及相位偏移對應(yīng)的頻率，然后據(jù)此計算故障位置。

2 現(xiàn)場應(yīng)用分析

采用射頻振蕩波譜技術(shù)對700米長度的10kV城區(qū)配網(wǎng)電纜進行了測試。

圖1 圖2 圖3

如圖1圖2和圖3所示，在無需分析反射波情況下，直接獲得了整段電纜的健康狀態(tài)信息，給出了中間接頭位置（374M，534M）及其增益強度，同時提供了電纜端點位置（700M）信息。

與傳統(tǒng)耐受電壓試驗方法不同，射頻振蕩波技術(shù)試驗電壓微小，可多次重復(fù)測試，經(jīng)驗證，該技術(shù)測試重復(fù)性高，抗干擾能力強，能減少測試人員的經(jīng)驗依賴程度，從而快速獲得被試電纜的整體信息。

3 討論

射頻振蕩波技術(shù)之所以能獲得較高的抗干擾力，與其測試原理不無關(guān)系。由于射頻振蕩波獲得了寬頻域電纜的阻抗向量特征，個別頻率點的干擾對整體頻譜趨勢影響微弱，因而自動獲得了較強的干擾抑制能力。另外，射頻振蕩波通過分段阻抗的特征描述了位置信息及其健康狀態(tài)，建立了高壓老化試驗和阻抗分析法的一些對應(yīng)關(guān)系。但由于目前的測試數(shù)據(jù)尚未與傳統(tǒng)試驗技術(shù)進行全面綜合的對比計算，在該領(lǐng)域形成標(biāo)準(zhǔn)還需要持續(xù)開展研究。

就目前看，射頻振蕩波技術(shù)可用于以下幾個領(lǐng)域：（1）被測電纜較短時進行缺陷定位。由于TDR需要捕捉反射時差，當(dāng)電纜距離較短時，反射時間較短，捕捉的時間誤差較大。當(dāng)然，現(xiàn)有的雙端TDR技術(shù)，可以解決短距離電纜的故障定位問題，但需要在電纜兩端布置采集裝置。（2）被測電纜距離較長時。射頻振蕩波可用于數(shù)公里到數(shù)十公里量程，并且被試電纜存在多個中間接頭時，仍可以正常檢測，即使中間接頭無故障，也能提供位置信息。（3）需要對電纜可疑區(qū)域進行跟蹤測試時。如懷疑電纜某個中間接頭有缺陷，可通過不同檢修周期的測試記錄對比分析其發(fā)展趨勢。（4）用于對電纜設(shè)計制造的工藝的評估。由于射頻振蕩波提供了整段電纜所有位置信息的增益參數(shù)，并且可針對主絕緣和副絕緣分別進行評估，因此可用于評估護套屏蔽層工藝規(guī)范性，絕緣一致性等。（5）10kV以上電纜現(xiàn)場檢測，尤其是110kV以上的電纜，射頻振蕩波設(shè)備低于傳統(tǒng)設(shè)備重量的十分之一，可顯著提升狀態(tài)檢修效率。

4 結(jié)語

射頻振蕩波技術(shù)在電纜故障定位，局部老化定位及其趨勢跟蹤領(lǐng)域提供了一種全新的解決方案，其重量輕便，利于現(xiàn)場檢測，目前主要應(yīng)用于停電試驗，與傳統(tǒng)高壓試驗、狀態(tài)檢修能形成較好的互補，如后續(xù)能開發(fā)在線監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用，則能更好服務(wù)于智能電網(wǎng)建設(shè)與管理工作。

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作者簡歷：張建（1980—），男，漢族，四川什邡人，研究生學(xué)歷，長期從事電力設(shè)備安全評估與監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)，數(shù)據(jù)評價，發(fā)表國內(nèi)外論文10余篇，獲得國家發(fā)明專利3項，新型專利10余項，是射頻振蕩波技術(shù)的發(fā)明及產(chǎn)品研制發(fā)起人。