電線電纜破損的定量熱像檢測與診斷方法

林曉慶

（深圳市鴻安達電纜有限公司，廣東深圳 518108）

電力工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要組成，是國家第一基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，能夠為國民經(jīng)濟發(fā)展提供重要的能源，有助于促進社會經(jīng)濟的快速發(fā)展。在現(xiàn)代社會的發(fā)展中，對電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量提出了越來越高的要求。為了充分滿足社會對電力的需求，保證電線和電纜的穩(wěn)定運行是重要的前提和基礎(chǔ)。為達到電線和電纜安全穩(wěn)定運行的目的，關(guān)鍵是要做好電線和電纜產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗工作。通過電線和電纜破損的定量熱像檢測，可以避免劣質(zhì)電線被投入電力系統(tǒng)中，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行打下良好的基礎(chǔ)。

1 電線和電纜破損的定量熱像檢測與診斷的重要性

在我國，從事電線和電纜生產(chǎn)制造的企業(yè)非常多，且產(chǎn)品種類多樣，產(chǎn)量規(guī)模也非常大。然而，在這眾多的生產(chǎn)企業(yè)中，也有不少企業(yè)的制造水平較差。自身生產(chǎn)的電線和電纜產(chǎn)品無法通過相關(guān)的技術(shù)測試和認證。電線電纜在電力、通訊、建筑等行業(yè)應(yīng)用廣泛，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響人們生產(chǎn)生活的安全性。因此，需加強線纜檢測管理，采取科學(xué)的保護方案。同時，結(jié)合具體情況與檢測技術(shù)特征加強電線和電纜破損的定量熱像檢測，制定科學(xué)明確的技術(shù)質(zhì)量標準，對電線和電纜檢驗的重要性有更深刻清晰的認識，并有效消除劣質(zhì)電線和電纜產(chǎn)品帶來的安全隱患，為電線和電纜的安全應(yīng)用提供強有力的支撐和保障。另外，生產(chǎn)廠家必須嚴格按照國家頒布的技術(shù)標準從事電線和電纜的生產(chǎn)制造，并加強生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理和控制，從而保證所生產(chǎn)的電線和電纜產(chǎn)品符合國家相關(guān)標準，保證企業(yè)長期健康發(fā)展。

2 電線和電纜破損的原因

任何設(shè)備在長時間使用后，都會因為外界因素的干擾或無法及時定期維護而造成一定程度的損壞，從而出現(xiàn)故障，電線和電纜也不例外。在當(dāng)前的大環(huán)境下，電線和電纜的安全性和質(zhì)量越來越受到人們的重視。因此，專家學(xué)者和專業(yè)人士都在探索影響電線和電纜絕緣材料失效的因素。根據(jù)全國幾個案例的分析可以發(fā)現(xiàn)，影響電線和電纜性能的因素大致可以分為以下幾個方面。

（1）電線和電纜的力學(xué)性能原因。工業(yè)上對電線和電纜機械性能的定義是指電線和電纜絕緣材料的機械性能以及包裹在這些電線和電纜外層的保護套的機械性能。電線和電纜的絕緣材料比較輕薄，所以工作人員在實際應(yīng)用的過程中要考慮其力學(xué)性能。如果電線和電纜的機械性能出現(xiàn)問題，絕緣層損壞，很容易影響電線和電纜的絕緣性能，從而對電線和電纜的電力正常運行產(chǎn)生不利影響。因此，在電線和電纜破損的定量熱像檢測時，技術(shù)人員應(yīng)特別注意所用絕緣材料和保護套的抗拉性能是否有損傷，并檢查老化前后的變化情況。

（2）結(jié)構(gòu)尺寸。在電力系統(tǒng)設(shè)備鋪設(shè)前，專業(yè)人員需要科學(xué)、嚴格地計算和設(shè)計電線和電纜的尺寸。這里的結(jié)構(gòu)尺寸自然包括外保溫層的厚度和保護套的厚度，甚至保溫層的偏心度都需要工作人員仔細考慮。因為電線和電纜的相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸在實際應(yīng)用過程中如果不符合國家標準，往往會導(dǎo)致絕緣材料的絕緣容量降低，這將很大程度上導(dǎo)致電線和電纜的絕緣失效。

3 電線和電纜破損的定量熱像檢測技術(shù)

3.1 故障在線檢測技術(shù)

為了提高電線和電纜產(chǎn)品的性能，應(yīng)用在線檢測技術(shù)是最有效的方法和手段。通過該技術(shù)手段的應(yīng)用，建立并實施規(guī)范、高效的檢測體系，可以取得良好的效果。系統(tǒng)的建立和運行需要依靠信息技術(shù)和質(zhì)量檢測技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。目前，故障處理是最可靠的技術(shù)手段。系統(tǒng)由多個儀器、設(shè)備組成，可實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控正在運行的進程的電線和電纜，然后使用合理的方法和規(guī)則，有效改善和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫信息，從而達到檢測結(jié)果的準確性和可靠性。該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于應(yīng)用了C 語言集成診斷技術(shù)，能夠快速準確地對當(dāng)前指標和故障類型進行評估和判斷，從而在第一時間準確地發(fā)現(xiàn)故障的位置。在線檢測技術(shù)可以完成電纜故障狀況的測量，具有較強的檢測功能，可以有效地檢測出詳細的故障風(fēng)險狀況和潛在的故障安全隱患。該技術(shù)是一種相對智能化的檢測技術(shù)，它以信息技術(shù)為基礎(chǔ)進行電纜故障檢測。根據(jù)這種技術(shù)，可以對電纜故障現(xiàn)象進行識別，并可以參考檢測結(jié)果進行處理，輔助系統(tǒng)維護工作，維護電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

3.2 漏泄同軸電纜車載圖像智能檢測系統(tǒng)

便攜車載檢測裝置由5部分組成：便攜式攝像存儲系統(tǒng)、多功能驅(qū)動箱、架設(shè)結(jié)構(gòu)、輔助照明系統(tǒng)、激光測距儀。裝置實現(xiàn)對漏泄同軸電纜（漏纜）整體（漏纜、顯卡、防火卡、接頭等）進行高清圖像采集?？蓪崿F(xiàn)350km/h 的高速成像，且成像精度不受車速和車速變化的影響。全泄漏電纜自動圖像采集，無需手動啟動和操作控制。便攜式攝像存儲系統(tǒng)：主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮、存儲、顯示和對焦；設(shè)備架設(shè)好后，打開系統(tǒng)，LCD 顯示屏?xí)@示系統(tǒng)自檢，然后進入圖像顯示界面。顯示的圖像為當(dāng)前攝像頭拍攝的圖像。這時可以調(diào)整焦距、光圈和設(shè)備角度；進入隧道后（手動存儲或自動存儲），設(shè)備將開始采集和壓縮圖像并存儲在移動硬盤中。漏泄同軸電纜圖像智能檢測系統(tǒng)采用全新的非接觸式圖像采集技術(shù)，對鐵路沿線的漏泄電纜及附件進行檢測。動態(tài)檢測車對圖像采集部分的漏泄電纜及附件進行成像。同時，采用人機結(jié)合的方法識別漏泄電纜的牢固安裝狀態(tài)。它具有抗電磁干擾能力強、光源亮度高、照明均勻、圖像清晰度高、功耗低、攜帶方便、使用壽命長等優(yōu)點。該系統(tǒng)可自動識別漏泄電纜的松動、脫落、斷裂等情況，人機聯(lián)合控制可提高故障識別的可靠性；可替代人工室外巡檢，降低勞動強度，提高巡檢效率和質(zhì)量，降低巡檢操作人員的人身安全風(fēng)險。

3.3 電壓試驗檢測方法

對于電纜采取該方法時需開展電壓試驗，主要測定電纜耐受電壓性能，維持電纜在較高電壓值影響下還可維持較好狀態(tài)，使電纜保證高電壓下較佳絕緣性能。電纜的電壓試驗可以保證電纜絕緣層在較高電壓的作用下不發(fā)生熱擊穿或電擊穿，避免電纜破損，減少電纜在較高電壓影響下的損壞。當(dāng)按電壓試驗方法測量電纜耐壓性能時，對不同厚度值的電纜絕緣層采用相應(yīng)的電壓值，以確定電纜在5 min 高壓值的影響下是否能保持完好無損。如果電纜完好無損，則電纜質(zhì)量評價為合格，說明電纜能夠承受更高的電壓值。

3.4 時域反射檢測技術(shù)

時域反射（TDR）是一種應(yīng)用廣泛的電纜故障定位方法。它可以根據(jù)波的傳播特性定位電纜的阻抗不連續(xù)點。由于接頭本身是一個阻抗不連續(xù)，因此需要比較接頭浸水前后以及不同條件下阻抗和反射波形的變化情況。目前國內(nèi)外的研究主要將TDR 技術(shù)用于故障定位，但對具體故障的TDR 特性研究較少。布爾混沌時域反射法可用于電纜短路、開路和阻抗失配檢測。采用時域反射原理對接頭水分進行了計算，但其分析只停留在理論部分?；跁r域反射理論，利用CST Microwave Studio對電纜接頭進行了建模和仿真。實驗室內(nèi)制作了中間接頭的進水缺陷，設(shè)置了不同的進水方案，研究了不同進水條件下中間接頭的阻抗特性，探討了反射波形與進水量的對應(yīng)關(guān)系并提出受潮診斷方法。

4 電線和電纜破損的定量熱像檢測與診斷方法

4.1 音頻感應(yīng)法

該方法的應(yīng)用原理是通過人的聽覺功能來確定故障的位置和故障信號的強度。具體操作要點如下：在電線和電纜金屬保護層接觸電纜表面的位置添加音頻電流信號，信號參數(shù)為1 kHz。經(jīng)過此操作后，新設(shè)置的音頻電流會對磁場信息有非常靈敏的響應(yīng)，從而在故障點上方產(chǎn)生明顯的磁場感應(yīng)信號，使工作人員能夠準確地找出具體的故障點。圖1為音頻感應(yīng)法電路圖。

圖1 音頻感應(yīng)法電路圖

4.2 聲磁同步法

這種方法的應(yīng)用原理是通過一定的方法在故障點形成放電現(xiàn)象，放電會進一步產(chǎn)生聲波和電磁波，從而順利找到故障點的具體位置。需要注意的是，在聲波和電磁波產(chǎn)生之前，故障點的電線和電纜內(nèi)會有高壓脈沖信號，然后在放電的作用下，會有帶有聲音的強脈沖磁場信號。兩種信號的傳播速度不同。故障點的判斷依據(jù)是傳播速度快、傳播時間短。

4.3 聲學(xué)方法

這種方法的基本原理是：在電線和電纜的某處安裝放電裝置，刺激故障點形成放電。放電過程中會伴隨著振動的發(fā)生，然后通過振動拾取器找到振動噪聲的位置，從而找到故障點的位置。需要強調(diào)的是，雖然該方法的應(yīng)用效果穩(wěn)定，但其應(yīng)用范圍相對較窄。主要針對能產(chǎn)生放電和振動效應(yīng)的電線和電纜的故障檢測。

4.4 行波故障定位法

這種方法的應(yīng)用原理是：由于電纜和電線在使用和運行過程中，電流和電壓之間會有行波，發(fā)揮行波的作用，可以準確地找到故障點的位置。根據(jù)專業(yè)研究成果，利用記錄儀、調(diào)度通信設(shè)備等專業(yè)技術(shù)工具，建立電網(wǎng)GPS 行波測量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的運行，對故障點存在的行波進行全面細致地查找，并將行波的波頭傳輸?shù)阶冸娬镜臅r間記錄表中。最后利用調(diào)度通信設(shè)備，快速準確地分析并找到故障點。圖2為行波故障定位法示意圖。

圖2 行波故障定位法

4.5 跨步電壓法

該方法的應(yīng)用原理是：在接地與電纜故障點接觸的范圍內(nèi)增加直流高壓信號。此時，該量程內(nèi)的地面會呈現(xiàn)出類似喇叭的電位分布形狀，然后用標準電壓表測量該量程內(nèi)地面兩側(cè)的電壓值。如果測量時電壓表指針出現(xiàn)反方向移動，就代表著該處便是故障點。

5 結(jié)束語

電線和電纜是電力系統(tǒng)中最基本的材料，其性能和質(zhì)量將直接影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為了確保合格質(zhì)量的電線和電纜，必須使用專業(yè)和可靠的方法加強電線和電纜的質(zhì)量檢測，并有效提高檢測結(jié)果的準確性和可靠性，從而有效地防止劣質(zhì)電線和電纜投入市場，確保各行各業(yè)都能安全可靠地使用電線和電纜，通過使用安全穩(wěn)定的電線和電纜產(chǎn)品，促進企業(yè)效益水平的提高。電力系統(tǒng)中的電線和電纜安全管理具有特殊性，很多電纜所存在的問題用肉眼無法辨識，應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，通過高壓絕緣電阻測試儀精確測量，精準計算，綜合研判，有依有據(jù)，得出準確結(jié)論，為電線和電纜排查安全隱患，確保安全應(yīng)用。