電力電纜絕緣在線檢測技術(shù)的發(fā)展

趙娟娟（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣州　510530）

電力電纜絕緣在線檢測技術(shù)的發(fā)展

趙娟娟
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣州510530）

電力電纜是電力系統(tǒng)的重要組成部分，隨著企業(yè)對電力需求的不斷增加，電力電纜的使用量也增加很多，現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)對電力電纜運(yùn)行的要求須是長期、安全和連續(xù)穩(wěn)定的。本文通過對電力電纜發(fā)生絕緣故障的原因進(jìn)行分析，并介紹電力電纜絕緣故障的幾種檢測方法，同時(shí)對各方法的有缺點(diǎn)就行比較分析，最后對電力電纜絕緣在線檢測專利技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

電力電纜；絕緣；在線；專利

1　概述

電力電纜的絕緣性能是影響電纜安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。長期以來，電力系統(tǒng)的運(yùn)行采用定期預(yù)防試驗(yàn)制度，但常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)需要停電測試，不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺陷。對電力電纜絕緣進(jìn)行在線監(jiān)測可以把傳感器技術(shù)引入測量系統(tǒng)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測的智能化、自動化。

國內(nèi)外對電力電纜故障檢測非常重視。日本學(xué)者進(jìn)行了電纜直流分量與直流疊加的損耗在線監(jiān)測的研究，新加坡是國際推行在線監(jiān)測技術(shù)較好的國家。在國內(nèi)，北京、福建、上海等地對電纜在線監(jiān)測研究也有一定進(jìn)展，北京地區(qū)對電纜實(shí)行在線監(jiān)測的系統(tǒng)已經(jīng)成功投運(yùn)，且可對出入口實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2　電力電纜絕緣故障及檢測方法

2.1故障原因

造成電纜故障的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）機(jī)械損傷；（2）絕緣受潮；（3）絕緣老化變質(zhì)；（4）過電壓；（5）制作工藝不良。

2.2電纜絕緣故障的類型及檢測方法

電纜絕緣主要有下列三種故障：一護(hù)套破損使得局部過熱，加速絕緣老化；二絕緣損傷是得水分侵入，增加水樹老化發(fā)生率；三腐蝕產(chǎn)生局放，電樹枝出現(xiàn)。

電力電纜的故障檢測方法很多，主要分為離線檢測方法和在線檢測方法。

2.2.1電力電纜絕緣離線檢測技術(shù)

（1）介質(zhì)損耗因素試驗(yàn)。介質(zhì)損耗因素使用常采用介質(zhì)損耗角正切值判斷絕緣性能，但引起介質(zhì)損耗因數(shù)變化的絕緣電纜種的水樹枝的分散性較大，測量準(zhǔn)確度不高。

（2）局部放電試驗(yàn)。局放試驗(yàn)缺點(diǎn)是現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，電磁干擾會很大，局放信號和干擾信號難以分辨。

圖1中,設(shè)定輸入光場為Ein,輸出光場為Eout,諧振腔內(nèi)耦合區(qū)域前后的光場分別為E1和E2,耦合區(qū)域的耦合系數(shù)和透射系數(shù)分別為k和t。k與t滿足k2+t2=1。輸出端的光功率為Iout=|Eout|2,輸出端的光功率為Iin=|Ein|2。φ代表諧振器的往返相位,L是諧振器周長,β是傳播常數(shù),φ=βL。那么反射式光波導(dǎo)諧振腔的傳遞函數(shù)表示為

（3）直流耐壓試驗(yàn)。直流耐壓試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備輕便、可得到伏安曲線、高電壓下缺陷容易發(fā)現(xiàn)，但對于高壓橡塑電纜不宜做直流耐壓試驗(yàn)。

（4）交流耐壓試驗(yàn)。電力電纜交流電壓試驗(yàn)常用的方法中超低頻電壓試驗(yàn)具有直流和工頻試驗(yàn)的特點(diǎn)，氣隙局放產(chǎn)生的損耗已被發(fā)現(xiàn)；串聯(lián)諧振試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)是試品被擊穿時(shí)不存在暫態(tài)過電壓，現(xiàn)場應(yīng)用有較大靈活性，故障點(diǎn)過短路電流小；而變頻諧振試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)是可靠性、穩(wěn)定性高，電壓和頻率的輸出穩(wěn)定，保護(hù)功能較完善，且系統(tǒng)過載能力強(qiáng)，可自動調(diào)諧，試品的長度幾乎無限制。

2.2.2電力電纜絕緣在線檢測技術(shù)

離線檢測方法各有其優(yōu)點(diǎn)，但最大的缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)監(jiān)測，使測量過程自動化、智能化?，F(xiàn)有高壓電力電纜絕緣在線檢測方法主要有：

（1）直流疊加法。直流疊加法通過LC濾波器，將測試回路存在的交流成分濾除，只檢測電纜的絕緣層上的微弱直流電流來監(jiān)測絕緣情況。直流疊加法的主要問題是雜散電流變化大、電纜頭表面泄漏電阻低，造成測量誤差大。疊加電壓法不適用于中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)。

（2）直流分量法。直流分量法是通過外加交流電壓情況下，監(jiān)測電纜中水樹枝放電引起的負(fù)電荷漂移而出現(xiàn)的直流分量，監(jiān)測該分量判斷電纜絕緣性能。直流分量法的優(yōu)點(diǎn)是無需外加的電源、測量安全、簡便，無需接觸帶電部分。但因直流分量較弱，易受外界的雜散電流影響，檢測電流容易被干擾淹沒。

（3）局部放電法。局部放電量可用于表征電力電纜的絕緣性能，但局放檢測技術(shù)研究開發(fā)難度大，主要原因是；外界強(qiáng)電磁場干擾源很多，依賴硬件技術(shù)克服電磁干擾難度大；采集的信號量微弱，易被外界噪聲所淹沒；濾波器、放大器的使用使采集到的原始波形畸變，易導(dǎo)致誤判；電纜絕緣劣化和運(yùn)行的狀態(tài)的判據(jù)缺乏等缺點(diǎn)。

（4）低頻疊加法。低頻疊加法需專用的7.5Hz低頻電源，判斷的標(biāo)準(zhǔn)決定于交流擊穿電壓和交流絕緣電阻的關(guān)系。低頻疊加法優(yōu)點(diǎn)是有較高診斷可靠性，缺點(diǎn)是使用時(shí)須注意電纜端部的工作狀態(tài)，且只依據(jù)監(jiān)測得到的損失電流情況容易得到“絕緣不良”的錯(cuò)誤結(jié)果。

3　電力電纜絕緣在線檢測專利技術(shù)現(xiàn)狀分析

在CNABS數(shù)據(jù)庫和SIPOABS數(shù)據(jù)庫中以分類號結(jié)合電纜、絕緣、在線、帶電、檢測等關(guān)鍵詞進(jìn)行擴(kuò)展檢索，并將所得的所有專利文獻(xiàn)為研究對象進(jìn)行分析如下：

（1）專利申請國家。通過檢索可知，中國的專利申請量遠(yuǎn)大于其他國家，處于世界的領(lǐng)先地位，日本和美國在電力電纜絕緣在線檢測領(lǐng)域的專利申請量分別居于第二和第三位。由此可見，中國在電力電纜絕緣在線檢測方面的研究規(guī)模已經(jīng)很大。

（2）中國專利申請年份。通過檢索可知，電力電纜絕緣在線檢測專利技術(shù)的研究在中國呈增長趨勢，隨著電纜的廣泛應(yīng)用，電力電纜絕緣檢測技術(shù)的研究和發(fā)展在國內(nèi)會越來越得到重視。

（3）國內(nèi)外主要的申請人。國內(nèi)有關(guān)電力電纜絕緣在線檢測的專利申請中，大部分都是來自高校和科研院所的申請，企業(yè)的申請量比較少。不過，國家電網(wǎng)公司對電力電纜絕緣在線檢測技術(shù)的研究相當(dāng)多，其在這方面申請的專利量居于國內(nèi)首位，西安交通大學(xué)和重慶大學(xué)分別位居國內(nèi)第二、第三的位置。而國外主要申請人中位居前三位的依次是美國的西屋電氣公司，美國的IBM公司，加拿大的A ORTON HARRY E，隨著電力電纜應(yīng)用的推廣，相信國外的一些國家對電力電纜絕緣在線檢測技術(shù)的研究會越來越重視。

4　結(jié)語

本文對電力電纜絕緣故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并對電力電纜絕緣故障檢測的幾種主要離線和在線方法進(jìn)行介紹，并淺要分析比較其優(yōu)缺點(diǎn)，最后對電力電纜絕緣在線檢測技術(shù)專利研究情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有利于我國電力事業(yè)的進(jìn)一步研究發(fā)展。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.153