電力電纜診斷檢測技術(shù)分析

吳明君，崔瑩，曲中直，姚緒洋

摘 要：電力公司過地下電纜系統(tǒng)分配一部分電力。這些系統(tǒng)共同構(gòu)成了一個巨大的基礎(chǔ)設(shè)施。如今，隨著大部分新安裝的配電線路被埋在地下，電力電纜的數(shù)量繼續(xù)快速增長。這給電力電纜的檢測造成了更大的困難。本文對電力電纜診斷檢測技術(shù)進行了分析，并提出了相應(yīng)的應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞：電力電纜；診斷；檢測

電纜系統(tǒng)具有長壽命和高可靠性的優(yōu)點。但是，使用壽命不是確定的。這些系統(tǒng)老化并最終達到其可靠使用壽命的終點。安裝的地下電纜系統(tǒng)的設(shè)計壽命在30至40年之間。今天，這種電纜系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的很大一部分已經(jīng)達到設(shè)計壽命的終點。這是自然老化現(xiàn)象的結(jié)果，也是一些早期電纜系統(tǒng)中使用的不成熟技術(shù)導(dǎo)致的結(jié)果。這些舊系統(tǒng)故障率的增加現(xiàn)在對系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生了不利影響，顯然需要采取行動診斷和檢測這些電力電纜的狀態(tài)。

1 電纜系統(tǒng)診斷

電纜系統(tǒng)診斷技術(shù)通常分為兩類：第一類涉及評估電纜系統(tǒng)整體狀況的技術(shù)。盡管可以采用各種技術(shù)，但一般方法是測量給定電纜電路內(nèi)的電氣公差。第二類涉及評估電纜電路內(nèi)局部缺陷的技術(shù)。此外，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，還采用了各種技術(shù)，包括耐壓試驗以確認(rèn)故障位置或測量系統(tǒng)內(nèi)的局部放電。

電纜系統(tǒng)診斷測試通常實現(xiàn)以下功能：驗證新的電路安裝或修復(fù)后的電路是否適合投入使用，確保電路不存在重大的網(wǎng)絡(luò)問題，也不會在維修過程中遭受嚴(yán)重的機械損壞，這將對設(shè)計壽命產(chǎn)生不利影響評估電纜系統(tǒng)的健康狀況，從而確定老化的電纜系統(tǒng)近期內(nèi)出現(xiàn)故障的可能性。在這種情況下，測試可以是無故障電纜系統(tǒng)資產(chǎn)管理計劃的一部分，或者作為最大限度減少高關(guān)鍵或有問題電路故障的一種手段，盡管這些目標(biāo)似乎是直接的，但很難準(zhǔn)確確定如何有效地實施診斷技術(shù)。這是由于以下原因：

診斷測試技術(shù)有很多不同的類型；診斷測試技術(shù)處于成熟的不同階段，可測試電路往往非常復(fù)雜，有分支或多種電纜和附件類型，每種都有自己的老化機制，有時需要多種診斷技術(shù)來檢測不同的問題；一些診斷技術(shù)尚未被普遍接受；獨立開發(fā)的有關(guān)這一主題的信息在單一文件中并不廣泛。

不同的診斷測試技術(shù)評估不同的電纜系統(tǒng)特性。在操作系統(tǒng)中，應(yīng)使用多種技術(shù)來建立一個合理完整的可執(zhí)行系統(tǒng)狀態(tài)圖。對于包含多于一種電纜絕緣、多種電纜接頭或電纜終端的混合電纜電路來說，這是一個特別復(fù)雜的問題。無論電纜線路是簡單的還是復(fù)雜的，都必須充分利用診斷測試，以確保結(jié)果有意義，設(shè)定現(xiàn)實的期望是使用電纜診斷測試技術(shù)時最重要的考慮因素之一。如果應(yīng)用得當(dāng)，診斷測試提供了降低電纜系統(tǒng)故障率所必需的信息。

2 電力電纜診斷檢測技術(shù)

有廣泛的電纜系統(tǒng)診斷測試技術(shù)可用于評估地下電纜系統(tǒng)的狀況。對于這些技術(shù)中的許多來說，同樣的基礎(chǔ)技術(shù)也有變化。要為給定的應(yīng)用程序確定正確的技術(shù)，工程師應(yīng)該具有一致性。對于不成熟或變化中的技術(shù)，可能無法獲得可靠的比較數(shù)據(jù)。

2.1 時域時域反射（TDR）

測試范圍時域反射儀定位和表征電纜系統(tǒng)中阻抗的變化。HES變化可由電路中的短路、接頭、劣化的中性材料或接頭引起。TDR的工作方式與雷達類似。一個快速上升時間脈沖被注入到一端的電纜電路中。當(dāng)脈沖沿電纜向下傳播時，任何阻抗不連續(xù)性都會使入射信號中的一些信號反射回源。根據(jù)阻抗是否大于或等于電纜特性阻抗，反射脈沖分量將是正的或負的。由于儀器可以被校準(zhǔn)以確定脈沖在脈沖中的速度，并且在儀器顯示器上對時間繪制反射，就像可以確定電路的末端的距離一樣，這些信息也可以通過反射脈沖用來定位指示的不連續(xù)性。此外，儀表顯示的反射脈沖的形狀有助于操作者確定不連續(xù)性的性質(zhì)。

通常，這種技術(shù)是離線執(zhí)行的。快速上升時間、低電壓脈沖施加在導(dǎo)體和電纜線路的絕緣屏蔽之間的彎頭或終端處。當(dāng)脈沖通過電纜電路時，反射是由電路的不連續(xù)性和導(dǎo)電性的變化產(chǎn)生的。初始脈沖和反射脈沖隨時間在示波器型顯示器上顯示，并由操作員解釋。由于可以確定脈沖的傳播速度，所以時間可以轉(zhuǎn)換成距離或位置。經(jīng)驗豐富的操作員通?？梢愿鶕?jù)反射信號的形狀來確定阻抗不連續(xù)性的來源（原因）。一旦TDR和cable電路連接起來，測試持續(xù)時間（包括解釋）在5分鐘到10分鐘之間。

2.2 局部放電（PD）

在過去十年中發(fā)表的大量研究調(diào)查電力電纜系統(tǒng)中局部放電源的特性。然而，由于現(xiàn)象的復(fù)雜性，對局部放電不良現(xiàn)象的研究是經(jīng)驗性的。然而，PD是評估電力電纜系統(tǒng)狀況的有力工具，特別是在高壓和調(diào)試時。

PD適用于所有電纜類型，盡管在耐高壓電纜上或在也具有顯著抗局部放電性能的油浸紙絕緣電纜（PILC或MIND）上使用時，其用途可能受到限制。這些電纜新的時候可能有相當(dāng)大的局部放電。在設(shè)備中檢測到的任何額外PD必須是由于安裝引起的問題或隨時間發(fā)展的缺陷。但必須認(rèn)識到，在現(xiàn)場安裝的完整電纜系統(tǒng)上進行的PD測試沒有業(yè)界公認(rèn)的測試程序或PD限制。

向電纜系統(tǒng)施加高電壓時，如果空隙位置處的條件正確，則會發(fā)生局部放電，即穿過空隙的放電。PD設(shè)備檢測放電點產(chǎn)生的瞬態(tài)微伏或伏安電平信號，這些信號通過電纜傳輸?shù)綑z測設(shè)備。這些脈沖的確切形狀和帶寬取決于放電源、電纜系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和測量設(shè)備的頻率響應(yīng)。這些元件中的每一個都改變了原始PD脈沖的形狀。然后，PD脈沖自身必須與環(huán)境噪聲信號分離?？捎玫腜D儀器按帶寬進行分類，因為它們可以具有數(shù)百千赫茲的帶寬（窄帶、和EC60270標(biāo)準(zhǔn)到高達100MHZ（超寬帶（UWB））。

一些從業(yè)人員在電纜系統(tǒng)的檢測端執(zhí)行校準(zhǔn)程序，以根據(jù)電荷提供PD脈沖的近似量化。包括被測電纜系統(tǒng)在內(nèi)的測量系統(tǒng)的靈敏度在電纜系統(tǒng)的前端進行檢查。這使得操作者能夠確定最小脈沖電荷，該最小脈沖電荷能夠在測試時由給定被測電纜系統(tǒng)和環(huán)境噪聲的測量儀器可靠地檢測到。這通常被稱為“靈敏度”。

3 結(jié)束語

電力電纜診斷檢測技術(shù)對電力工業(yè)的影響是顯著的。許多電力公司正在接受使用不可知的測試程序來提高系統(tǒng)可靠性。一些能源已經(jīng)啟動了對診斷測試方法進行重大修改的診斷程序。未來，電力電纜診斷檢測技術(shù)將得到進一步的發(fā)展和完善。

參考文獻

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