高壓電力電纜試驗(yàn)方法與檢測(cè)技術(shù)分析

王賢湖，張 正，周 杰

（國(guó)網(wǎng)上海奉賢供電公司，上海 201499）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，各行業(yè)領(lǐng)域向前發(fā)展的同時(shí)，對(duì)電力需求也隨之提高，電能高質(zhì)量傳輸與提升電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全性是滿足電力正常穩(wěn)定供應(yīng)的關(guān)鍵要素，而高壓電力電纜工作性能直接影響著整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全，因此，重視與做好針對(duì)高壓電力電纜試驗(yàn)及故障檢測(cè)顯得尤為重要，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)與檢測(cè)，掌握高壓電力電纜實(shí)際耐壓效果與絕緣性能等，以此保證出廠后的高壓電力電纜均符合高壓輸電標(biāo)準(zhǔn)。如何選擇合適并正確運(yùn)用高壓電力電纜試驗(yàn)方法與檢測(cè)技術(shù)，是目前各相關(guān)人員需要考慮的問(wèn)題。

1 導(dǎo)致高壓電力電纜故障發(fā)生的成因

高壓電力電纜是一種用于傳輸1～1 000 kv高壓電的專用電纜，自內(nèi)而外由導(dǎo)體、絕緣材料、內(nèi)部保護(hù)層、鎧裝填充料、外部絕緣等構(gòu)成。如果高壓電力電纜在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)故障，意味著電能的傳輸與分配工作大概率會(huì)受到影響。目前，已經(jīng)明確的導(dǎo)致高壓電力電纜出現(xiàn)故障的原因包括：

第一，電纜受自然作用影響導(dǎo)致性能下降。眾所周知，高壓電纜一般會(huì)布置在自然環(huán)境中，經(jīng)常會(huì)受到極端自然氣候的侵蝕。比如太陽(yáng)光的長(zhǎng)期直射，會(huì)導(dǎo)致電纜的外部絕緣受損；強(qiáng)烈的雨雪天氣、雷暴天氣、溫度的驟然變化等都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用，最終令電纜的絕緣性能下滑。針對(duì)這種情況，除了定期巡檢、對(duì)性能已經(jīng)嚴(yán)重下滑的電纜進(jìn)行更換之外，只能寄希望于電纜生產(chǎn)商能夠?qū)ふ业娇骨治g性能更加優(yōu)秀的材料。

第二，社會(huì)整體對(duì)電網(wǎng)需求的不斷提升導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定度不足，最終造成電纜出現(xiàn)故障。具體而言，在我國(guó)工業(yè)用電、生活用電的需求量不斷增加的今天，盲目提高電網(wǎng)的負(fù)載率并不是一項(xiàng)科學(xué)的舉措——在傳統(tǒng)高壓電力電纜設(shè)備的運(yùn)行壓力不斷提升的過(guò)程中，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成的損耗也是顯而易見(jiàn)的。如果電網(wǎng)規(guī)模不能及時(shí)擴(kuò)大且高壓電力電纜長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷的狀態(tài)，電網(wǎng)傳輸電能的效率和質(zhì)量均會(huì)下降，最終會(huì)造成資源利用率降低、安全隱患頻繁出現(xiàn)的情況。

第三，針對(duì)高壓電力電纜的施工存在瑕疵，如施工規(guī)范程度不足等，均有可能影響電纜的整體穩(wěn)定性及可靠性。山東鋼鐵日照有限公司的研究人員對(duì)高壓電力電纜施工中的常見(jiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行了梳理，得出的結(jié)論為：一是，施工之前，技術(shù)人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境缺少深入勘察，對(duì)高壓電力電纜及其他相關(guān)設(shè)備安裝位置的選擇不夠明確。受此影響，在安裝作業(yè)期間，現(xiàn)場(chǎng)的組織、規(guī)劃、管理均呈現(xiàn)出有一定的混亂性。在這樣的情況下，電纜、接頭的安裝質(zhì)量很可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。二是，在安裝工作的完成效果不佳的情況下，電纜表面有可能出現(xiàn)破損，線纜與設(shè)備之間有可能接觸不良，這些情況都會(huì)在不同程度上導(dǎo)致高壓電力電纜的日常運(yùn)行處于“非正常狀態(tài)”，長(zhǎng)此以往，電纜性能下滑的速度會(huì)加快。

2 高壓電力電纜試驗(yàn)方法

以檢測(cè)條件為依據(jù)，離線檢測(cè)與在線檢測(cè)是目前用于檢測(cè)高壓電力電纜故障時(shí)較為常見(jiàn)的兩種方法?；跀嚯姞顟B(tài)，依次排查高壓電力電纜存在故障的位置，其中介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)以及直流耐壓線路電流試驗(yàn)等均是進(jìn)行離線檢測(cè)時(shí)常使用的檢測(cè)方法，從檢測(cè)效果上來(lái)看，雖然檢測(cè)效率較高，但與日趨提高的社會(huì)用電需求無(wú)法給予滿足?，F(xiàn)階段我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，各行業(yè)健康發(fā)展必然離不開(kāi)穩(wěn)定且安全的電力供應(yīng)，若發(fā)生大規(guī)模停電等問(wèn)題，不僅會(huì)對(duì)居民日常生活造成影響，也直接關(guān)系著區(qū)域經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展。在線檢測(cè)試驗(yàn)方法類型較多，其能夠滿足各種環(huán)境下高壓電力電纜試驗(yàn)要求，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的試驗(yàn)方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，消除風(fēng)險(xiǎn)隱患，保證高壓電力電纜良好工作性能。

2.1 例行試驗(yàn)

2.1.1 導(dǎo)體直流電阻

對(duì)直流電阻產(chǎn)生影響的因素主要涉及到以下幾點(diǎn)：（1）導(dǎo)體材質(zhì)。當(dāng)導(dǎo)體材質(zhì)不符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，將對(duì)導(dǎo)體電阻帶來(lái)不同程度上的影響，確保導(dǎo)體材質(zhì)純度非常必要；（2）導(dǎo)體截面。直流電阻大小與導(dǎo)體截面積有著密切的關(guān)聯(lián)性，基于長(zhǎng)度與材質(zhì)相同條件下，導(dǎo)體截面積越大，導(dǎo)體直流電阻也會(huì)隨之增大。電纜外徑不變，當(dāng)導(dǎo)體截面積增大時(shí)，必然會(huì)使原有絕緣層厚度減小，隨著時(shí)間推移，將會(huì)直接影響高壓電力電纜的絕緣性能。通常情況下，以20 ℃的環(huán)境條件為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)導(dǎo)體直流電阻進(jìn)行測(cè)定，例如，測(cè)定16 mm2截面直徑的電力電纜的直流電阻時(shí)，由于內(nèi)部導(dǎo)體材質(zhì)不同，其直流電阻也有著一定差異，銅制與鋁制電纜是目前比較常見(jiàn)的導(dǎo)體材質(zhì)，該測(cè)定條件下，二者直流電阻分別為1.15 Ω/m（銅制）、1.91 Ω/m（鋁制）。

2.1.2 交流電壓試驗(yàn)

為了確保高壓電力電纜能夠在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中減少故障發(fā)生以及保持穩(wěn)定的使用狀態(tài)，則需要確認(rèn)高壓電力電纜對(duì)交流電壓是否具備良好的適應(yīng)性。通常情況下，應(yīng)在整盤電纜上進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)相應(yīng)試驗(yàn)掌握高壓電力電纜的實(shí)際耐壓效果，進(jìn)而避免出廠的電力電纜未達(dá)到高壓輸電標(biāo)準(zhǔn)這一情況出現(xiàn)。例如，基于交流狀態(tài)下開(kāi)展試驗(yàn)的過(guò)程中，逐漸增加電壓，相關(guān)人員需要觀察隨著電壓增加的同時(shí)，是否存在電纜絕緣層被擊穿情況，若達(dá)到要求電壓增加限值后，持續(xù)時(shí)間30 min，在測(cè)試期間內(nèi)電纜絕緣層保持完好，可以確定該類型電纜符合高壓輸電標(biāo)準(zhǔn)。減少電纜絕緣層被擊穿情況出現(xiàn)，有利于更好地保障高壓輸電安全。

2.1.3 局部放電試驗(yàn)

通過(guò)運(yùn)用局部放電試驗(yàn)法對(duì)高壓電力電纜的絕緣性進(jìn)行測(cè)定，掌握電纜是否存在異常放電情況，以此保證被投入使用中的高壓電力電纜具備良好的絕緣性能。在進(jìn)行放電檢測(cè)時(shí)，若檢測(cè)結(jié)果與電纜局部放電標(biāo)準(zhǔn)要求相一致，則說(shuō)明該類型高壓電力電纜能夠被使用在輸電系統(tǒng)中。

2.2 抽樣試驗(yàn)

2.2.1 交流耐壓試驗(yàn)

選擇某一段高壓電力電纜對(duì)其進(jìn)行抽樣檢測(cè)，確認(rèn)短距離的高壓電力電纜耐壓效果是否達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)?；诟邏涸囼?yàn)條件設(shè)定，在試驗(yàn)期間，將交流電壓逐漸增加至臨界限值，該過(guò)程持續(xù)時(shí)間不低于4 h，同時(shí)觀察高壓電力電纜是否存在擊穿現(xiàn)象；若在規(guī)定要求的時(shí)間內(nèi)無(wú)擊穿現(xiàn)象出現(xiàn)，則說(shuō)明該類型高壓電力電纜的耐壓標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到規(guī)定要求。

2.2.2 熱延伸試驗(yàn)

放熱現(xiàn)象是高壓電力電纜在輸電過(guò)程中使用時(shí)較常出現(xiàn)的一種情況，放熱現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，將對(duì)高壓電力電纜的機(jī)械性能造成一定影響，因此，需要通過(guò)開(kāi)展熱延伸試驗(yàn)確認(rèn)高壓電力電纜的機(jī)械性能是否達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。熱延伸試驗(yàn)流程如下：（1）設(shè)定試驗(yàn)環(huán)境溫度，將試驗(yàn)樣品放置在200 ℃的烤箱中進(jìn)行加熱，并根據(jù)要求在樣品上懸掛一定重量的物品，加熱時(shí)間持續(xù)10 min；（2）待完成加熱后，在室溫環(huán)境下取出試驗(yàn)樣品，等待其自然冷卻，當(dāng)樣品溫度與室溫相同后，再測(cè)定試驗(yàn)電纜長(zhǎng)度。電纜試驗(yàn)前后，其長(zhǎng)度相同，表示電纜無(wú)延長(zhǎng)現(xiàn)象出現(xiàn)，即使輸電過(guò)程中受到高溫影響，也不會(huì)破壞電纜的熱延伸性能。高壓電力電纜的熱延伸性能若被破壞，必然導(dǎo)致絕緣層交聯(lián)度降低，將無(wú)法保證此時(shí)的高壓電力電纜能夠在輸電過(guò)程中正常使用。

2.3 型式試驗(yàn)

開(kāi)展型式試驗(yàn)?zāi)康氖钦莆针娎|設(shè)計(jì)質(zhì)量，確認(rèn)電纜設(shè)計(jì)指標(biāo)是否符合高壓輸電標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)保證高壓電力電纜良好工作性能。由于該試驗(yàn)方法將對(duì)電纜造成一定破壞，要求相關(guān)人員必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行操作，確保一次性完成檢測(cè)試驗(yàn)，避免對(duì)高壓電力電纜造成二次破壞。型式試驗(yàn)方法類型主要包括以下幾項(xiàng)：（1）局部放電試驗(yàn)。與上述交流電壓試驗(yàn)方法與試驗(yàn)要求相一致，選擇短電纜進(jìn)行試驗(yàn)；（2）彎曲放電試驗(yàn)。對(duì)短電纜先進(jìn)行彎曲處理，再進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)，電纜線芯數(shù)直接決定其彎曲程度；（3）加熱放電試驗(yàn)。一般情況下，在輸電過(guò)程中，高壓電力電纜將會(huì)產(chǎn)生一定熱量，若超過(guò)自身耐熱值將會(huì)影響其絕緣性能。因此，需要通過(guò)利用加熱放電試驗(yàn)掌握高壓電力電纜的局部放電量是否與規(guī)定要求相一致。各項(xiàng)型式試驗(yàn)方法的檢驗(yàn)要求及標(biāo)準(zhǔn)同上。

2.4 鑒定試驗(yàn)

針對(duì)高壓電力電纜的鑒定試驗(yàn)，主要包括兩個(gè)方面：一是，振蕩電壓試驗(yàn)。在實(shí)際試驗(yàn)的過(guò)程中，先進(jìn)行電纜通電處理，待電纜通電后達(dá)到規(guī)定要求電壓標(biāo)準(zhǔn)后，再進(jìn)行放電處理。若高壓電力電纜自身有問(wèn)題存在，在通電期間必然會(huì)出現(xiàn)被擊穿情況。該試驗(yàn)方法的原理是，電感線圈集中放電，致使高壓電力電纜的電壓瞬間增大，將直接危害使用過(guò)程中的電纜。因此，通過(guò)對(duì)其開(kāi)展振蕩電壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)威脅高壓電力電纜正常使用的風(fēng)險(xiǎn)因素，有效規(guī)避潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患，確保輸電過(guò)程中的高壓電力電纜始終保持良好工作性能。

二是，諧振電壓試驗(yàn)。該試驗(yàn)方法主要測(cè)定電纜各項(xiàng)指標(biāo)，如耐壓程度；在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定對(duì)應(yīng)回路頻率，回路時(shí)有一定諧振產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)前電壓值開(kāi)展耐壓試驗(yàn)，確認(rèn)高壓電力電纜的耐壓標(biāo)準(zhǔn)是否達(dá)到規(guī)定要求。因諧振電壓試驗(yàn)開(kāi)展涉及到設(shè)備類型較多，且試驗(yàn)方法發(fā)展成熟度較高，可以充分滿足試驗(yàn)各項(xiàng)要求；但要注重相關(guān)設(shè)備選擇以及技術(shù)操作規(guī)范，避免由于獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確而影響對(duì)高壓電力電纜性能及存在問(wèn)題的判斷。

3 高壓電力電纜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)上文所述可知，高壓電力電纜的性能能否保持正常，在很大程度上決定電網(wǎng)運(yùn)行是否會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。基于此，電力單位必須采用合適的技術(shù)，對(duì)高壓電力電纜進(jìn)行檢測(cè)。常用的方法如下：

第一，脈沖檢測(cè)法。該方法的原理為：如果懷疑電網(wǎng)中的某段電纜疑似出現(xiàn)了開(kāi)路故障或是低阻故障，則檢修人員可以基于脈沖信號(hào)發(fā)出設(shè)備，向該段電纜發(fā)射一個(gè)脈沖信號(hào)（該信號(hào)必須是低壓信號(hào)）。針對(duì)該信號(hào)在電纜中運(yùn)行過(guò)程中表現(xiàn)出的信息，基于相關(guān)參數(shù)，能夠測(cè)量出該信號(hào)從發(fā)出位置到故障（可能）出現(xiàn)點(diǎn)之間的距離、時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，檢測(cè)人員還應(yīng)注重對(duì)參數(shù)變化情況進(jìn)行分析，最終確定該脈沖信號(hào)具體的反射及折射形式。對(duì)多項(xiàng)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合考慮，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)位置的確定。

第二，二次脈沖檢測(cè)法。這種方法同樣適用于檢測(cè)疑似開(kāi)路故障或低阻故障。除此之外，如果檢測(cè)人員懷疑電網(wǎng)中出現(xiàn)了閃絡(luò)性故障以及高阻故障時(shí)，該方法依然適用。具體的原理為：檢測(cè)人員可以使用高壓發(fā)生器，人為制造“閃絡(luò)”現(xiàn)象。檢測(cè)人員的關(guān)注重點(diǎn)應(yīng)該集中在以下方面：當(dāng)閃絡(luò)出現(xiàn)在故障點(diǎn)位置時(shí)，在起弧及滅弧的一瞬間，必定會(huì)發(fā)出低壓脈沖。檢測(cè)人員可以進(jìn)行多次檢測(cè)，對(duì)多次檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的波形圖進(jìn)行詳細(xì)對(duì)照，最終便可以確定故障的具體位置。

第三，萬(wàn)用表檢測(cè)方法。該方法是一種基礎(chǔ)檢測(cè)法，原理在中學(xué)物理課本中有詳細(xì)介紹——根據(jù)萬(wàn)用表電阻檢測(cè)結(jié)果，判斷電纜故障發(fā)生位置。

第四，電橋檢測(cè)技術(shù)。具體原理為：鏈接方式為短接，之后在電力電纜的起始端與鏈接單臂電橋的前路。通過(guò)此種方法，檢測(cè)人員能夠檢測(cè)出所測(cè)量線路段的電阻值。之后將該值與正常值進(jìn)行對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)偏差較大（電阻值明顯提升），意味著檢測(cè)段出現(xiàn)故障。確定故障發(fā)生的大概位置之后，檢測(cè)人員需要進(jìn)一步圍繞高壓電力電纜的長(zhǎng)度進(jìn)行綜合分析，最終精準(zhǔn)計(jì)算出故障的具體點(diǎn)位。

第五，直閃法。這種方法一般應(yīng)用于檢測(cè)因擊穿而引發(fā)的電纜故障。需要注意，多種因素都可能導(dǎo)致電纜被擊穿。比如電纜本身存在質(zhì)量問(wèn)題、安裝過(guò)程存在瑕疵等導(dǎo)致電纜未能處于最佳工況等。一旦出現(xiàn)擊穿，可以理解為電纜出現(xiàn)了短路故障時(shí)，故障范圍內(nèi)電纜電路中的電阻值必然的大幅度增加。不僅如此，如果自然出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，故障電纜在極短時(shí)間內(nèi)會(huì)迅速釋放較大的電流脈沖波。在這種脈沖波的作用下，電纜與故障點(diǎn)之間會(huì)出現(xiàn)一種反射效應(yīng)。針對(duì)這種情況，要求檢測(cè)人員首先圍繞電纜預(yù)設(shè)端口進(jìn)行全面測(cè)試，獲得精準(zhǔn)的電磁波信息。在此基礎(chǔ)上，檢測(cè)人員還需對(duì)波形圖中的“時(shí)間”參數(shù)進(jìn)行對(duì)照分析，對(duì)比不同時(shí)間段波形的變化情況，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)故障具體位置的確定?？傮w而言，直閃法是一種檢測(cè)效率和檢測(cè)精準(zhǔn)程度均較高的檢測(cè)方法，可在電纜故障檢測(cè)工作中廣泛應(yīng)用。而為了進(jìn)一步提高電纜故障檢測(cè)準(zhǔn)確性，檢測(cè)人員可采用多種方法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)多種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合考量，盡量避免出現(xiàn)疏漏。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電能安全穩(wěn)定供應(yīng)是支撐各行業(yè)良好發(fā)展的重要基礎(chǔ)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展也有著直接影響。其中高壓電力電纜是應(yīng)用于輸電工程中的關(guān)鍵電能傳輸載體，由于受到外界各方面因素干擾，致使高壓電力電纜故障高頻率發(fā)生，極大威脅了電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行。因此，需要選擇合適的試驗(yàn)方法與檢測(cè)技術(shù)對(duì)高壓電力電纜故障及實(shí)際工作性能進(jìn)行測(cè)定，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，消除風(fēng)險(xiǎn)隱患，從而為電網(wǎng)系統(tǒng)高效率運(yùn)行以及安全傳輸電能提供基礎(chǔ)保障。