電線電纜絕緣檢測技術(shù)的分析

張忠貴

摘 要：電線電纜是電能的重要載體，在電力系統(tǒng)運輸和分配電能的過程中發(fā)揮著重要的作用?；诖?，文章主要針對電線電纜絕緣材料的種類以及老化原因進行研究，分析了電線電纜絕緣檢測技術(shù)的方法，包括離線檢測方法和在線檢測方法，對在線檢測方法中直流疊加法、直流分量法、在線tanr法、低頻疊加法以及交流疊加法進行了深入系統(tǒng)的分析，并進一步闡述了影響電線電纜絕緣檢測的因素以及解決辦法。

關(guān)鍵詞：電線電纜；檢測技術(shù)；絕緣材料；低頻疊加法

中圖分類號：TM21 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0044-02

前言

電線電纜是指用于電力、電氣及相關(guān)傳輸用途的材料，電線和電纜分屬兩個區(qū)域，但并沒有嚴格的界限，通常將芯數(shù)少、產(chǎn)品直徑小、結(jié)構(gòu)簡單的產(chǎn)品稱為電線，在電線外圍均勻而密封地包裹一層不導(dǎo)電的材料，如：樹脂、塑料、硅橡膠、PVC等，形成絕緣層，防止導(dǎo)電體與外界接觸造成漏電、短路、觸電等事故發(fā)生的電線叫絕緣電線。其他的稱為電纜，導(dǎo)體截面積較大的稱為大電纜，較小的稱為小電纜，又稱為布電纜。

1 電線電纜絕緣材料的概述

1.1 電線電纜絕緣材料的種類

通常情況下，電線電纜中的絕緣材料大致可以分為固體材料、液體材料以及氣體材料三大類。固體絕緣材料又可以分為注射絕緣和擠出絕緣，運用最廣泛的固體絕緣材料主要有強度高、耐熱高的云母絕緣物和注塑型絕緣物，具體應(yīng)用在電機、變壓器、交流器等電力設(shè)備中。液體絕緣材料可分為絕緣油和纖維紙，其中，具有高電壓、高耐電場、無氣孔特性的油浸絕緣物在日常工作中應(yīng)用最廣泛，比如變壓器、電容器以及OF油浸紙電纜。氣體絕緣中采用的絕緣氣體主要是空氣和SF6，運用最廣泛的氣體絕緣材料是SF6，主要運用在充氣變配電設(shè)備中。總而言之，不同設(shè)備、不同電壓等級以及不同容量的電力設(shè)備應(yīng)選擇不同的絕緣材料，以滿足絕緣要求。

1.2 電線電纜絕緣材料老化的原因

電線電纜絕緣材料在使用一定的年限之后，絕緣性能都會呈現(xiàn)出不同程度的老化，被稱為“絕緣老化”，絕緣材料老化的原因多種多樣，其中最具代表性的有熱老化、機械老化以及電壓老化三方面原因。熱老化主要是指絕緣材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在熱量的不斷作用下發(fā)生了化學(xué)變化，使得絕緣材料的絕緣性能逐漸下降，因此熱老化又稱為化學(xué)變化。通常情況下，隨著溫度的升高，化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生速度越快，絕緣材料內(nèi)部的高分子有機材料會發(fā)生氧化反應(yīng)，從而加快絕緣材料的老化速度。比如聚乙烯的氧化反應(yīng)就是內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的C-H鍵中H脫離導(dǎo)致的。熱老化使得絕緣材料的電氣和機械性能同時發(fā)生劣化，絕緣壽命減少，主體表現(xiàn)在材料的伸長率、拉伸強度等機械性的變化。例如，XLPE材料的拉伸率限制在一定的范圍內(nèi)，一般處于100%的狀態(tài)時壽命終止。在固體絕緣系統(tǒng)生產(chǎn)、安裝、運行的過程中，經(jīng)常會因為機械應(yīng)力的作用而出現(xiàn)機械老化的問題，進而形成微小裂縫，這些裂縫會隨著時間的推移持續(xù)惡化，最終引發(fā)局部放電的問題。

電壓老化是指電力設(shè)備在電場的長期作用下，系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的老化，其老化機理十分復(fù)雜，它包含一系列的物理變化和化學(xué)變化，主要有以下兩種理論，第一種理論是：當(dāng)絕緣材料達到一定電場時，其內(nèi)部的電子數(shù)量會急劇增加，使得絕緣材料遭到擊穿破壞，由于擊穿破壞的原因主要是電子，因而這種理論稱為“電擊穿”。第二種理論是：在絕緣體上加上電壓后，通過的微電流會產(chǎn)生焦耳熱，導(dǎo)致材料被擊穿破壞，因而這種理論稱為“熱擊穿”[1]。

2 電線電纜絕緣檢測技術(shù)的方法分析

2.1 電線電纜絕緣離線檢測技術(shù)

電線電纜的離線檢測技術(shù)主要通過介質(zhì)損耗試驗、局部放大試驗、直流耐壓試驗、交流耐壓試驗來完成。在介質(zhì)損耗試驗中，介質(zhì)損耗因素的使用通常采用介質(zhì)損耗角的正切值來判斷絕緣性能，但由于引起介質(zhì)損耗因素變化的絕緣電纜的分散性較大，因此測量準確度并不高。局部放電的試驗缺點是在進行現(xiàn)場的試驗過程中，電磁的干擾比較大，使得試驗結(jié)果并不準確。直流耐壓試驗的優(yōu)點是電力設(shè)備輕便、準確得到伏安曲線、電壓缺陷容易被發(fā)現(xiàn)，缺點是不適用與高壓橡塑電纜。交流耐壓試驗主要是利用低頻電壓存在的直流和工頻的特點進行檢測，其優(yōu)點是絕緣材料在被破壞擊穿時不存在暫時性的高電壓，使得短路電流比較小，電壓和頻率的輸出穩(wěn)定，因此現(xiàn)場的應(yīng)用具有較大的靈活性、可靠性以及穩(wěn)定性。

2.2 電線電纜絕緣在線檢測技術(shù)

2.2.1 直流疊加法

直流疊加法是在直流電流相關(guān)試驗的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，并在1977年正式開始大規(guī)模的應(yīng)用。直流疊加法的運用，主要是為了檢測變電所中各電線電纜接地電流的大小，具體實施辦法是在所要測量的電線電纜的GPT中性接電處施加適當(dāng)幅度以及歐姆的直流電源，依據(jù)串聯(lián)電路電流處處相等的原理，從而計算出接地電流的具體值，因為絕緣電阻的阻值對線路的變化更加敏感，而且操作簡單，測量方便，因此可以依據(jù)電壓、電流、電阻三者之間的關(guān)系，將電流中的電流值換算成絕緣電阻的阻值。在測量過程中，可以通過變換正負電壓的測量順序，來消除地下電纜與地下礦物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)。

在進行電線電纜的測量工作中運用直流疊加法，雖然可以使測量工作更加方便、快捷，但也存在著不可避免的缺點，以線路中直流電壓的測量工作來說，因為電壓與內(nèi)部的電流和電阻具有非常密切的關(guān)系，一旦內(nèi)部電流或者電阻發(fā)生變化，電壓的測量結(jié)果就與實際結(jié)果之間存在誤差，而線路在運行過程中，電流和電阻的微觀變化是不可避免的。另外，通常情況下電纜中的直流電壓是經(jīng)過接地電壓的疊加而產(chǎn)生的，如果接地電壓的連接方式出現(xiàn)問題，就會產(chǎn)生零序電壓，導(dǎo)致整個線路出現(xiàn)故障，無法正常運行[2]。

2.2.2 直流分量法

在直流分量方法使用過程中，為了更好地判斷電纜絕緣性能的老化程度，可以在電纜內(nèi)水樹枝結(jié)構(gòu)附近施加一個適當(dāng)幅度的交流電壓，線路運行一段時間之后，電纜線路內(nèi)就會產(chǎn)生直流電流，并利用水樹枝自動整流的作用，對直流電流的大小進行測量，通過測量結(jié)果可以判斷出線路絕緣性能的老化程度。電纜內(nèi)水樹枝的整流結(jié)構(gòu)主要是可以對施加的交流電壓的電流值進行有效控制，把形成的電流差值看做一個微弱的直流電流，保證該方法的順利實施。endprint

直流分量法相比于直流疊加法，其操作更加的簡便，不需要設(shè)置額外的電源就可以直接進行電纜絕緣性能的測量工作。其缺點主要是由于直流分量電流比較小，因此在測量過程中容易混入其他的雜散電流，對其造成干擾，影響測量結(jié)果。除此之外，電纜端部的電阻值在被臟污覆蓋或者被雨水淋時會增大，造成較大的測量誤差，因此，必須要對電纜端部進行定期的清潔，并且盡量選擇在晴朗的天氣中測量，保障電阻處于正常狀態(tài)中。

2.2.3 在線tanr法

在線tanr在運用過程中，對電纜內(nèi)的額定電壓以及運行頻率的測量來說，其測量結(jié)果在線路運行過程中比停電時測量的結(jié)果更加接近真實值，主要是由于線路在運行過程中，其產(chǎn)生的電流、電阻處于恒定的狀態(tài)下，可以準確測量電流、電壓的值，來推算出準確的電壓值，而停電時，只能對電纜的局部電壓進行測量，其測量結(jié)果會受到外部條件的限制，測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。在線tanr法在測量線路內(nèi)的電壓、電阻值過程中，主要有時域測量法和頻域測量法兩種方法，時域測量法主要運用相位差法進行有效測量，具體方法為：在一段時間內(nèi)測量線路內(nèi)的電壓、電阻值，并準確記錄具體時間以及具體數(shù)值，一段時間之后，進行二次測量，并記錄時間和數(shù)值，通過計算兩者的時間差以及數(shù)值差，來推算相位值。這種方法的不足之處主要體現(xiàn)在過零比較器零點漂移的變化以及電磁波的干擾對具體時刻的確定影響較大。頻域測量法的運行原理與時域測量法截然不同，主要是將運行過程中的電流、電阻值轉(zhuǎn)換為適當(dāng)頻率下的數(shù)字化信號，然后依據(jù)數(shù)字化信號的測量辦法對其進行準確測量，然后再轉(zhuǎn)換為實際的電流值和電阻值。

2.2.4 低頻疊加法

低頻疊加法的運用，主要是為了測量線路內(nèi)絕緣電阻的具體數(shù)值，通過在電纜線上施加額定數(shù)值的低頻電壓，依據(jù)串聯(lián)電路內(nèi)電流處處相等的原理，從而得出低頻電流的準確值，最終根據(jù)電壓和電流的具體數(shù)值，推算出絕緣電阻的大小。在上述低頻電壓的選擇上還需要依據(jù)線路在運行過程中的頻率與電流分量的具體數(shù)值，來進行恰當(dāng)?shù)倪x擇。同時，大量的試驗結(jié)果顯示，采用的20V的電壓幅值產(chǎn)生的電流相應(yīng)值不會對電網(wǎng)的負載造成較大的影響。

在水樹枝引起的電纜絕緣老化檢測過程中，經(jīng)常會用到低頻疊加法，該方法可以有效檢測出交流電的損失以及劣化程度。但在檢測工程中，必須讓電纜端部時刻保持著工作狀態(tài)，例如，在很多電場端部中都裝有應(yīng)力環(huán)，即使電纜的絕緣能力處于正常狀態(tài)，其電流的損失量也會比較嚴重，如果在檢測過程中，只根據(jù)檢測的信號進行電纜絕緣性能的判斷，那么極有可能做出“絕緣不良”的誤判斷。

在低壓配電網(wǎng)在線絕緣檢測過程中可以采用低頻疊加法，其基本原理是將該方法運用到中性點不接地的低壓IT型配電網(wǎng)中，不僅可以實現(xiàn)對絕緣電阻大小的測量，還可以將配電網(wǎng)中的由于電容性泄露的電流分離出來，體現(xiàn)出較強的優(yōu)越性。根據(jù)對電纜絕緣劣化的機理總結(jié)可知，電纜對地的絕緣程度往往受絕緣裝置電阻數(shù)值影響，如果在電纜的工作環(huán)境加入工頻交流電壓，會導(dǎo)致電纜的對地分布電容出現(xiàn)電流泄露現(xiàn)象，這對于低壓配電網(wǎng)而言，電流泄露的幾率并不大，但是一旦電纜線路較長時，電流的泄露會引起嚴重的后果，一方面，它會影響電纜中電流測量的準確度，另一方面，在自動跟蹤補償性的漏電保護系統(tǒng)中，由于電流的測量精度要求更高，導(dǎo)致其無法有效運行。

2.2.5 交流疊加法

在交流疊加法實施過程中，主要將頻率為工率2倍，外加1Hz的交流電壓疊加到電纜的屏蔽層內(nèi)，該交流電壓的大小為50v，根據(jù)1Hz產(chǎn)生的劣化電流信息，可以將電纜的老化程度進行判斷。通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，在對老化的電纜屏蔽層施加不同頻率的交流電壓時，并將電壓頻率調(diào)至100Hz，此時電纜中會產(chǎn)生較大的特征電流，為后續(xù)檢測工作提供基礎(chǔ)。該方式的主要優(yōu)點在于檢測精度高，并具有較強的抗干擾能力。另外，由于交流疊加法在檢測過程中不會與高壓電纜部分直接接觸，因此在操作過程中比較簡單，甚至可以做成便攜式的檢測設(shè)備。

3 影響電線電纜絕緣檢測的因素以及解決辦法

3.1 絕緣電阻的溫度

在進行電線電纜絕緣檢測過程中，隨著溫度的不斷提升，絕緣電阻的阻值會快速下降，主要是由于伴隨著溫度的上升，絕緣材料內(nèi)部存在的離散雜質(zhì)離子獲取的能量會逐漸增加，導(dǎo)致它的運行效率增加，促使電纜中的電流增加，因而絕緣電阻會減小。因此，溫度對于電線電纜絕緣檢測結(jié)果有比較大的影響，在進行測量過程中，只有保證溫度的平衡，才能得到比較準確的測量數(shù)據(jù)。

3.2 讀取數(shù)據(jù)的時間

在進行電線電纜絕緣檢測過程中，讀取數(shù)據(jù)的時間長短直接影響著檢測結(jié)果的準確程度。通常情況下，讀取數(shù)據(jù)的時間越長，檢測數(shù)值的偏差會越大。因此，為了保持絕緣電阻阻值的穩(wěn)定性，得到準確的檢測數(shù)據(jù)，充電的時間一定要充裕，保持在1-5分鐘內(nèi)，讀取數(shù)據(jù)的時間在1分鐘左右為宜。

4 結(jié)束語

在電線電纜絕緣性能檢測方法中，基于差額法的絕緣在線檢測技術(shù)應(yīng)用也比較廣泛。其原理是通過對劣化的電纜施加兩個頻率相近的正弦電壓，對其產(chǎn)生的電流信號進行測量，從而得出電線電纜的絕緣老化程度。通常情況下，在存在水樹枝劣化的電纜中，產(chǎn)生的電流信號會呈現(xiàn)非線性的變化特征，不利于后續(xù)的電纜絕緣性能的檢測工作。

參考文獻：

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[3]李柰.電線電纜若干新絕緣材料的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（24）：291.endprint