高壓電纜缺陷模擬及狀態(tài)評(píng)估技術(shù)評(píng)述

江 航，楊 勇，周偉杰，曹俊平，蔣瑜寬

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.杭州電力承裝有限公司，杭州 310004）

高壓電纜缺陷模擬及狀態(tài)評(píng)估技術(shù)評(píng)述

江 航1，楊 勇1，周偉杰2，曹俊平1，蔣瑜寬1

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.杭州電力承裝有限公司，杭州 310004）

隨著電力電纜在電網(wǎng)中應(yīng)用的占比增大，電纜故障越來(lái)越頻繁，而國(guó)內(nèi)在電纜缺陷故障的監(jiān)測(cè)與預(yù)防方面還存在不少的空缺，現(xiàn)有技術(shù)各有優(yōu)劣。通過(guò)列舉電纜的典型缺陷故障，介紹電纜缺陷常用的仿真模型和制作方法；并分別從離線診斷技術(shù)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和電纜狀態(tài)評(píng)估體系3個(gè)方面分析電纜狀態(tài)評(píng)估的現(xiàn)狀，通過(guò)比較各技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為電纜狀態(tài)量測(cè)量和總體狀態(tài)評(píng)估的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。提出了電纜狀態(tài)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：側(cè)重于研究不同工況下的典型缺陷電纜模型的溫度、接地電流、局部放電等狀態(tài)量的變化規(guī)律；根據(jù)變化規(guī)律提出電纜狀態(tài)綜合診斷及評(píng)估方法；合理配置檢測(cè)設(shè)備參數(shù)并優(yōu)化硬件設(shè)施，彌補(bǔ)現(xiàn)有設(shè)備的不足之處；聯(lián)合多種在線檢測(cè)技術(shù)對(duì)電纜進(jìn)行綜合診斷，實(shí)現(xiàn)電纜運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估。

電力電纜；缺陷模擬；狀態(tài)評(píng)估；仿真；典型故障

0 引言

電力電纜具有占地少、電氣性能優(yōu)越、隱蔽耐用等優(yōu)點(diǎn)，可減少電網(wǎng)對(duì)交通運(yùn)輸及城市建設(shè)的影響，因此在城市電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。但隨電力電纜運(yùn)行年限的增加，其故障率逐年提升。由于電纜的封閉式結(jié)構(gòu)、鋪設(shè)方式以及測(cè)試設(shè)備的局限性，故障的定位和排除困難重重，若排查不及時(shí)，使得故障擴(kuò)大化，將影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電纜中存在缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生發(fā)熱、局部放電、接地電流增大等現(xiàn)象，通過(guò)狀態(tài)檢測(cè)試驗(yàn)手段可以及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在的故障缺陷。對(duì)電力電纜進(jìn)行狀態(tài)仿真試驗(yàn)，通過(guò)設(shè)置不同的缺陷模型可以掌握電力電纜溫度、接地電流、局部放電等狀態(tài)量的變化規(guī)律，由此來(lái)提出電力電纜的綜合診斷及評(píng)估方法。因此進(jìn)行電纜故障狀態(tài)仿真研究對(duì)于提升電纜運(yùn)行可靠性意義重大。

國(guó)內(nèi)在電纜故障狀態(tài)仿真方面的研究相對(duì)滯后，最早關(guān)于XLPE電纜的試驗(yàn)方法是以油絕緣電纜試驗(yàn)為基礎(chǔ)，其檢測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確且操作困難[1]。為了克服電纜運(yùn)行時(shí)受到過(guò)電壓的沖擊，開(kāi)始采用直流電壓試驗(yàn)法[2]。但該方法存在空間電荷積累難以泄露、水樹(shù)枝向電樹(shù)枝轉(zhuǎn)化等缺點(diǎn)，因此在應(yīng)用中逐步被交流電壓試驗(yàn)所替代，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究又提出了超低頻電壓試驗(yàn)和串、并聯(lián)諧振以及振蕩波諧振試驗(yàn)等方法[3]，旨在減小交流電壓試驗(yàn)設(shè)備的容量，便于攜帶和操作。電纜附件作為電纜最薄弱的環(huán)節(jié)，其故障占電纜故障近70%，為了有效檢驗(yàn)這些關(guān)鍵部位的絕緣性能，引入了局部放電方法，該方法可分為超聲波檢測(cè)法和超高頻檢測(cè)法，后者避開(kāi)了工頻以及較低頻的干擾，能有效判斷電纜運(yùn)行情況[4-5]。這些檢測(cè)方法能夠?qū)﹄娎|老化程度進(jìn)行分析，但各有優(yōu)劣，目前還沒(méi)有找到一種能全面準(zhǔn)確評(píng)估電纜狀態(tài)的方法。對(duì)于電纜的狀態(tài)評(píng)估仍是簡(jiǎn)單地通過(guò)對(duì)電纜少數(shù)幾種電器、理化性能分析來(lái)判斷，并沒(méi)有對(duì)電纜的多種特征量進(jìn)行綜合分析來(lái)判斷電纜的老化狀態(tài)。隨著電力電纜狀態(tài)檢測(cè)方法、不同故障類型下的特征量提取等方面的不斷深入研究，建立一種有效、可靠的電力電纜狀態(tài)評(píng)估方法是今后的研究熱點(diǎn)與重點(diǎn)。

以下分別從典型缺陷模擬和狀態(tài)評(píng)估2個(gè)方面介紹電纜狀態(tài)仿真的現(xiàn)狀，通過(guò)比較各類檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)，給予電纜試驗(yàn)和評(píng)估工作一定的指導(dǎo)意義。

1 電纜典型缺陷模擬

絕緣降低是導(dǎo)致電纜故障的根本原因，按絕緣降低原因可將電纜缺陷分為外力損傷、水樹(shù)枝老化、熱效應(yīng)損傷、化學(xué)腐蝕、電纜本體老化等。按缺陷位置的不同可分為本體缺陷和附件缺陷，而電纜附件作為電纜最薄弱的環(huán)節(jié)，其缺陷是電纜故障中最常見(jiàn)的。常見(jiàn)的附件缺陷有中間接頭主絕緣劃傷、主絕緣雜質(zhì)、尖端缺陷、氣隙缺陷等，以下針對(duì)以上電纜典型缺陷進(jìn)行模擬。

1.1 中間接頭主絕緣劃傷

正常運(yùn)行的電纜電場(chǎng)可忽略復(fù)雜的邊緣效應(yīng)，近似看成圓柱形電場(chǎng)[6]，電場(chǎng)與半徑的關(guān)系如圖1所示。

圖1 電場(chǎng)與半徑的關(guān)系

在制作電纜中間接頭時(shí)，由于操作人員施工不當(dāng)會(huì)造成主絕緣劃傷，將導(dǎo)致該處電場(chǎng)發(fā)生改變，如圖2所示，其中虛線為正常運(yùn)行時(shí)的電纜電場(chǎng)。電場(chǎng)畸變使得電荷在缺陷處聚集，長(zhǎng)期作用下會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，導(dǎo)致接頭故障。

圖2 半導(dǎo)電層場(chǎng)強(qiáng)與半徑關(guān)系曲線

缺陷模擬可分別采用有限元分析模擬和實(shí)驗(yàn)室模擬2種方法。有限元分析即采用仿真模擬建立缺陷的三維電場(chǎng)仿真，在半導(dǎo)電層處設(shè)置空氣間隙來(lái)模擬主絕緣劃傷，仿真結(jié)果顯示空氣隙附近區(qū)域的電場(chǎng)普遍增大，超過(guò)了規(guī)定的要求[7]。實(shí)驗(yàn)室模擬即實(shí)物模擬，即在制作中間接頭時(shí)，人為制造主絕緣劃傷，設(shè)定缺陷尺寸，通過(guò)局部放電在線監(jiān)測(cè)等方法觀察缺陷造成的影響。

1.2 主絕緣雜質(zhì)

現(xiàn)場(chǎng)中間接頭的安裝對(duì)工藝要求極高，若處理不當(dāng)，將導(dǎo)致主絕緣上砂石雜質(zhì)的殘留。沙石附件會(huì)產(chǎn)生懸浮電位，使得周?chē)木植侩妶?chǎng)增大，此時(shí)半導(dǎo)電層場(chǎng)強(qiáng)與半徑的關(guān)系類似于主絕緣劃傷缺陷。模擬方法采用有限元分析法，在主絕緣表面增加一定面積的雜質(zhì)顆粒，如圖3所示[8]。仿真結(jié)果表明，雜質(zhì)殘留處場(chǎng)強(qiáng)集中，易導(dǎo)致周邊介質(zhì)碳化，引發(fā)局部放電。實(shí)驗(yàn)室模擬制作電纜接頭時(shí)，在主絕緣上涂一定面積的導(dǎo)電雜質(zhì)，通過(guò)局部放電在線監(jiān)測(cè)等方法觀察缺陷造成的影響。

圖3 主絕緣雜質(zhì)時(shí)電場(chǎng)分布

1.3 主絕緣尖端缺陷

現(xiàn)場(chǎng)壓接時(shí)雖然會(huì)對(duì)毛刺進(jìn)行打磨，但殘留毛刺的情況仍較多。毛刺主要是通過(guò)尖端放電的形式導(dǎo)致絕緣損傷。利用有限元分析法搭建主絕緣尖端缺陷的有限元模型，如圖4所示[9]。對(duì)該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過(guò)分析加載后的電場(chǎng)分布情況，發(fā)現(xiàn)電纜缺陷處存在電場(chǎng)畸變，尤其是尖端處最為集中，引起絕緣老化最嚴(yán)重。從另一個(gè)角度可以說(shuō)明電場(chǎng)的集中程度與尖端的曲率有關(guān)，曲率越小電場(chǎng)畸變?cè)郊?。?shí)驗(yàn)室模擬一般采用在電纜中放入細(xì)針的方法來(lái)表示尖端放電。

圖4 電纜終端尖端缺陷的有限元模型

1.4 氣隙缺陷

當(dāng)電纜制作不規(guī)范，例如應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位或外半導(dǎo)電層斷口處臺(tái)階處理不當(dāng)時(shí)，將形成氣隙缺陷，使得電場(chǎng)在電纜外半導(dǎo)電層與銅屏蔽層之間出現(xiàn)最大畸變，長(zhǎng)期的局部集中作用將導(dǎo)致電纜絕緣的老化，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)室模擬電纜氣隙缺陷一般采用尖狀物體插入絕緣層制造氣隙。有限元分析法模擬需要兼顧空氣的影響，建模時(shí)同時(shí)考慮空氣模型[10]，依據(jù)實(shí)驗(yàn)室模擬法搭建有限元模型如圖5所示。仿真結(jié)果表明，電場(chǎng)畸變集中于氣隙處，尤其是在銅屏蔽層與外半導(dǎo)電層接觸處、連接管氣隙處的場(chǎng)強(qiáng)均大于空氣耐受場(chǎng)強(qiáng)值，而且畸變的電場(chǎng)會(huì)隨著電壓的增大而增加。因此以上2處發(fā)生局部放電、絕緣擊穿的概率高于周?chē)糠帧?/p>

綜上所述，電纜附件缺陷是電纜缺陷中占比最大的部分，一旦發(fā)生將對(duì)電纜絕緣造成無(wú)法逆轉(zhuǎn)的破壞，影響電網(wǎng)的運(yùn)行安全。因此要求電纜附件在制作和鋪設(shè)時(shí)一定要規(guī)范，同時(shí)對(duì)電力電纜這些關(guān)鍵部位故障的監(jiān)測(cè)和預(yù)防技術(shù)也應(yīng)作為電纜評(píng)估領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

2 電纜狀態(tài)評(píng)估

進(jìn)行電纜狀態(tài)評(píng)估時(shí)，為了還原電纜運(yùn)行時(shí)的真實(shí)狀態(tài)，需要獲取能表征電纜特性的狀態(tài)量。如何準(zhǔn)確有效地獲取電纜狀態(tài)量成為急需解決的問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)階段的研究成果，電纜狀態(tài)評(píng)估技術(shù)可分為離線診斷技術(shù)和在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，其中典型離線診斷技術(shù)有直流耐壓試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)、等溫松弛電流法等，常用的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)包括直流疊加法、直流分量法、介質(zhì)損耗因數(shù)法、局部放電法、低頻疊加法、接地線電流法、電纜溫度監(jiān)測(cè)等。

2.1 離線診斷技術(shù)

2.1.1 直流耐壓試驗(yàn)

直流耐壓試驗(yàn)是電纜狀態(tài)評(píng)估中最基本的試驗(yàn)方法，其所需的試驗(yàn)容量小，設(shè)備體積小，方便攜帶，多用于油紙絕緣電纜的試驗(yàn)。但對(duì)于高壓XLPE電纜而言，該方法尚存在諸多缺點(diǎn)：XLPE電纜會(huì)存儲(chǔ)直流電壓作用下的單極性殘余電荷，再次投運(yùn)后可能造成絕緣擊穿[11]；該方法會(huì)在缺陷處形成空間電荷聚集現(xiàn)象，造成電場(chǎng)畸變，增加缺陷查找難度；當(dāng)外部發(fā)生塵閃絡(luò)或電纜附件擊穿時(shí)，空間電荷聚集處的電壓會(huì)突變?yōu)楫悩O性，電場(chǎng)驟增，造成絕緣破壞；在直流電壓作用下，水樹(shù)枝極易轉(zhuǎn)化為電樹(shù)枝，加速絕緣劣化；不能有效檢驗(yàn)出電纜附件的機(jī)械損傷、應(yīng)力錐錯(cuò)位等缺陷。出于以上原因，直流耐壓試驗(yàn)逐步被替代。

2.1.2 交流耐壓試驗(yàn)

交流耐壓試驗(yàn)是指采用交流高壓進(jìn)行試驗(yàn)，規(guī)定相應(yīng)的電壓等級(jí)和耐壓時(shí)間，考察式樣電纜的狀態(tài)。常用的交流耐壓試驗(yàn)有：工頻電壓試驗(yàn)、超低頻電壓試驗(yàn)、高頻振蕩波試驗(yàn)、串聯(lián)諧振試驗(yàn)以及變頻諧振試驗(yàn)。

（1）工頻電壓試驗(yàn)可通過(guò)局部放電測(cè)試準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電纜缺陷，然而在實(shí)際運(yùn)用中，由于XLPE電纜電容量很大，要求試驗(yàn)設(shè)備的功率要很大，從而會(huì)增大試驗(yàn)電源的質(zhì)量和體積，當(dāng)電纜較長(zhǎng)時(shí)，無(wú)法完成局部放電測(cè)試。因此該方法不適用于長(zhǎng)電纜。

（2）超低頻電壓試驗(yàn)采用頻率為0.1 Hz的交流電壓進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備容量小、便于攜帶，其原理如圖6所示。該方法兼具直流耐壓和工頻電壓試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地發(fā)現(xiàn)氣隙缺陷。但由于試驗(yàn)頻率低，容易漏查電纜絕緣受潮、水樹(shù)枝等絕緣損耗的情況。

（3）高頻振蕩波試驗(yàn)原理如圖7所示。先用直流電源對(duì)電容器C1進(jìn)行充電，達(dá)到預(yù)設(shè)值后，LC回路經(jīng)球隙放電產(chǎn)生一系列衰減的電壓周期[12]。該方法具有試驗(yàn)時(shí)間短、便于攜帶和操作、試驗(yàn)不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害等特點(diǎn)。但有國(guó)外最新研究表明，該方法對(duì)針板型故障診斷效果不佳，試驗(yàn)方法仍待改進(jìn)。

（4）諧振耐壓試驗(yàn)包括工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)和變頻諧振試驗(yàn)。工頻串聯(lián)諧振法原理如圖8所示，該方法既可有效地找到絕緣缺陷，又可防止短路電流燒傷試品的故障發(fā)生，當(dāng)電壓閃絡(luò)時(shí)應(yīng)立即脫諧，保證人身安全。其缺點(diǎn)是噪聲大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備笨重和搬運(yùn)困難。變頻諧振試驗(yàn)原理如圖9所示，該方法具有效性好、效率高、設(shè)備輕便的優(yōu)點(diǎn)，因而宜在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中使用。國(guó)外研究比較了諧振耐壓試驗(yàn)與工頻耐壓試驗(yàn)對(duì)于不同電纜缺陷的擊穿電壓，發(fā)現(xiàn)這2種方法的擊穿電壓相差不大，等效性較好。

圖8 工頻串聯(lián)諧振法原理

圖9 變頻諧振試驗(yàn)原理

2.1.3 等溫松弛電流法

等溫松弛電流法是一種非破壞性檢測(cè)方法，通過(guò)儀器測(cè)得等溫松弛電流，計(jì)算得到高壓電纜的老化因子，借此評(píng)估電纜的絕緣損害程度。另外，該方法不用考慮電纜的運(yùn)行時(shí)間和歷史狀態(tài)就能直接求得其剩余壽命[13]。但由于受材料和工藝的限制，國(guó)內(nèi)得到的老化因子比國(guó)外計(jì)算結(jié)果普遍偏高[14-15]。因此對(duì)與電纜老化因子相關(guān)的條件仍需進(jìn)一步研究，如制作工藝、鋪設(shè)條件等。

2.2 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.2.1 直流疊加法

直流疊加法是在交流電纜絕緣上疊加一個(gè)直流電壓（常用50 V），通過(guò)測(cè)量絕緣部分的直流漏電流或絕緣電阻來(lái)判定絕緣是否損壞，其原理如圖10所示。該方法存在如下缺點(diǎn)：絕緣電阻對(duì)電纜壽命的影響較小，當(dāng)護(hù)層絕緣電阻太低時(shí)，所得的絕緣狀況準(zhǔn)確性較低；直流電流長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)電壓互感器，將引起互感器磁路飽和產(chǎn)生零序電壓，導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)作；當(dāng)?shù)刂懈蓴_電流變化過(guò)大時(shí)，測(cè)量誤差較大。對(duì)于干擾電流問(wèn)題，現(xiàn)采取的措施是利用電容阻斷干擾電流或采用補(bǔ)償電動(dòng)勢(shì)法來(lái)消除干擾電流。

圖10 直流疊加法原理

2.2.2 直流分量法

研究發(fā)現(xiàn)若電纜絕緣層中產(chǎn)生了水樹(shù)枝，可通過(guò)測(cè)量流過(guò)絕緣層中的直流分量來(lái)判斷電纜的老化程度[16]，其原理如圖11所示。該方法不需要外加電源，裝置輕便，測(cè)量安全。但直流分量法易受外界因素干擾，測(cè)量誤差較大。因此需要將測(cè)量所得的干擾因素與直流分量電流分離，目前采用電容阻隔干擾通路法消除干擾電流，但當(dāng)電纜護(hù)套絕緣電阻較小且屏蔽接地化學(xué)電動(dòng)勢(shì)較大時(shí)，該方法測(cè)量誤差大。

2.2.3 介質(zhì)損耗因素法

通過(guò)測(cè)量電纜的電壓和電流信號(hào)，比較得到電纜絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)，從而判斷絕緣損耗程度，其原理如圖12所示。對(duì)多路線纜進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可通過(guò)測(cè)量每路電流和母線電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有線路的在線監(jiān)測(cè)。該方法主要用于發(fā)現(xiàn)電纜的整體缺陷，個(gè)別集中缺陷不會(huì)引起介質(zhì)損耗因數(shù)的明顯變化，不易被發(fā)現(xiàn)；當(dāng)屏蔽層對(duì)地電阻太小時(shí)，電纜的介質(zhì)損耗因數(shù)難以測(cè)準(zhǔn)，試驗(yàn)精度有待提高。

圖11 直流分量法原理

圖12 介質(zhì)損耗因素法原理

2.2.4 局部放電法

局部放電法是目前公認(rèn)的檢驗(yàn)XLPE電纜絕緣狀態(tài)最好的方法。電纜在局部放電時(shí)，除了產(chǎn)生電能損耗外，同時(shí)還伴隨脈沖電流、電磁波等物理量的變化，由此產(chǎn)生了脈沖電流法、超聲檢測(cè)法、特高頻檢測(cè)法、光測(cè)法、紅外檢測(cè)法等局放檢測(cè)方法。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，超聲與特高頻檢測(cè)法具有以下不足：兩者都為非電接觸式，無(wú)法得到局放脈沖的電壓相位；超聲測(cè)量的探頭直接置于電纜外殼處，容易受外界環(huán)境振動(dòng)的影響；特高頻檢測(cè)用天線對(duì)局放信號(hào)的收集，電磁脈沖在空氣中存在衰減問(wèn)題，且天線開(kāi)口方向?qū)z測(cè)結(jié)果影響很大[17]。而脈沖電流法具有更高的靈敏度，能準(zhǔn)確測(cè)量局放信號(hào)，傳輸穩(wěn)定，不易受干擾的影響，因此在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。

目前電纜的局放檢測(cè)尚缺乏對(duì)局放脈沖信號(hào)波形、頻率的判別技術(shù)，無(wú)法有效排除外界強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾。因此，局部放電法還有待更進(jìn)一步的研究。

2.2.5 低頻疊加法

低頻疊加法是在電纜絕緣層疊加低頻電壓，由于電纜可近似為RC電路，流過(guò)電纜的容性電流明顯減小，而阻性電流無(wú)變化，因此可通過(guò)測(cè)量電纜接地線上的低頻電流計(jì)算絕緣電阻值，以此判斷電纜絕緣狀態(tài)。該方法準(zhǔn)確性高，可檢測(cè)存在水樹(shù)枝情況下的絕緣劣化問(wèn)題，適用于220 kV以上的電纜狀態(tài)評(píng)估。但是當(dāng)電纜端部裝設(shè)應(yīng)力環(huán)時(shí)，不能單憑交流損失電流來(lái)判定絕緣狀態(tài)。

2.2.6 接地線電流法

由于單芯電纜會(huì)在保護(hù)套上產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，因此需要對(duì)這類電纜采取接地措施，并對(duì)接地電流進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，以保證運(yùn)行安全。接地電流法通過(guò)測(cè)量接地電流來(lái)判斷電纜保護(hù)套的絕緣狀態(tài)，是電纜在線監(jiān)測(cè)中的重要參數(shù)之一。

2.2.7 電纜溫度監(jiān)測(cè)

電纜在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因流通大電流而發(fā)熱，溫度過(guò)高會(huì)引起絕緣損耗，引發(fā)安全事故，因此電纜溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也是電纜狀態(tài)評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前應(yīng)用最為廣泛的是分布式光纖測(cè)溫，該方法能夠快速、準(zhǔn)確地獲得溫度和空間定位信息，但是光纖易受鋪設(shè)環(huán)境溫度和濕度影響，對(duì)局部溫升測(cè)量不夠準(zhǔn)確。為了減少環(huán)境溫度的影響，近幾年的研究集中于內(nèi)置溫度傳感器測(cè)溫技術(shù)。內(nèi)置溫度傳感器分單總線數(shù)字型和無(wú)線測(cè)溫傳感器[18]，前者適用于1 km左右的電纜溝道、電纜中間接頭或終端頭等部位的檢測(cè)，后者可通過(guò)特定頻段傳播數(shù)據(jù)，減少了布設(shè)線路的工作量，但由于無(wú)線電傳播特性和傳感器鋰電池供電的影響，不能布置于電纜溝道中。

2.3 電纜狀態(tài)評(píng)估體系

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究逐步轉(zhuǎn)向電纜狀態(tài)評(píng)估體系的建立，將各種試驗(yàn)方法測(cè)得的電纜狀態(tài)量經(jīng)過(guò)體系的評(píng)估，綜合判斷電纜的健康狀況和殘余壽命。文獻(xiàn)[19]采用層次分析法得到電纜各指標(biāo)權(quán)重，通過(guò)建立模糊灰色綜合評(píng)判模型，構(gòu)建XLPE電纜綜合狀態(tài)評(píng)價(jià)體系。通過(guò)實(shí)際案例驗(yàn)證了該體系的合理性。文獻(xiàn)[20]提出了一種基于改進(jìn)雷達(dá)圖理論的交聯(lián)聚乙烯電力電纜運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)估模型，在層次分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用雷達(dá)圖分析各指標(biāo)，通過(guò)對(duì)扇形區(qū)域的指標(biāo)進(jìn)行排序和角度分析，進(jìn)一步確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的靈敏度。電纜的運(yùn)行狀態(tài)本就由多種因素共同決定，在尋求更加有效的試驗(yàn)方法的同時(shí)，建立一個(gè)準(zhǔn)確的狀態(tài)評(píng)估體系有利于電纜狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際運(yùn)行情況。

3 結(jié)語(yǔ)

電纜絕緣狀態(tài)以及故障的判斷與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行密切相關(guān)?；诂F(xiàn)有電纜狀態(tài)評(píng)估方法的優(yōu)缺點(diǎn)，其發(fā)展趨勢(shì)為：

（1）在不同負(fù)荷工況下，研究典型缺陷電纜模型的溫度、接地電流、局部放電等狀態(tài)量變化規(guī)律。

（2）根據(jù)電力電纜狀態(tài)量變化規(guī)律，提出電纜狀態(tài)綜合診斷及評(píng)估方法。

（3）在現(xiàn)有評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，合理配置檢測(cè)設(shè)備的參數(shù)和提高硬件設(shè)施，是改進(jìn)檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性的重要方法。

（4）聯(lián)合多種在線檢測(cè)技術(shù)對(duì)電纜進(jìn)行綜合診斷，實(shí)現(xiàn)電纜運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估。

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2017-07-11

江 航（1991），女，工程師，從事輸變電設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)工作。

（本文編輯：徐 晗）

Review of Defect Simulation and State Evaluation Technology of High-voltage Power Cables

JIANG Hang1， YANG Yong1， ZHOU Weijie2， CAO Junping1， JIANG Yukuan1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China；2.Hangzhou Electric Power Assembly Co.，Ltd.，Hangzhou 310004，China）

With the increase of electric power cables in power system，the fault of cable becomes more and more frequent.However，there are still a lot of vacancies in cable fault detection and prevention in China,and each of the existing technologies has its advantages and disadvantages.By listing typical cable defects and faults， the paper introduces common simulation models of cable defects and establishment methods； besides，status quo of cable state evaluation is analyzed in terms of offline diagnosis technology，online diagnosis technology and cable state evaluation system；by comparison of advantages and disadvantages of each technology,basis for further research on quantity measurement of state and overall state evaluation is provided.In this paper， the developing trend of the cable state simulation technology is as follows∶the research is committed to variation laws of temperature， grounding current， partial discharge and other state quantities of the typical defect cable model under different working conditions； according to the law of variation， a method of comprehensive diagnosis and evaluation of cable state is raised；reasonable allocation of equipment parameters and optimization of hardware facilities are implemented to make up for the shortcomings of existing equipment.In combination with on-line detection technologies，the cables are comprehensively diagnosed to accurately evaluate cable operation status.

power cable； defect simulation； state evaluation； simulation； typical fault

10.19585/j.zjdl.201710007

1007-1881（2017）10-0031-06

TM206

B

國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司科技項(xiàng)目（5211DS15002B）