高壓電纜絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)分析

張拓

摘 要 高壓電纜是否可以有效絕緣，是電網(wǎng)順利運行的重要保證。我國高壓電纜應用領域廣泛，比如礦區(qū)開采、資源開發(fā)等，而它在不同領域的應用，都可以用在線監(jiān)測系統(tǒng)對其進行實時監(jiān)測，監(jiān)測高壓電纜的絕緣情況。本文以高壓電纜絕緣為切入點，從在線監(jiān)測系統(tǒng)的角度進行分析。

關鍵詞 高壓電纜絕緣 直流疊加法 局部放電檢測法

一、引言

隨著我國電力使用量的增加，對高壓電纜的絕緣以及建設提出了新的挑戰(zhàn)，而電纜的安全與絕緣的保證，可以確保用電安全，滿足人們的電力所需。一旦高壓電纜的絕緣受到破壞，會引發(fā)單相接地故障，故用在線監(jiān)測系統(tǒng)對其進行監(jiān)測與分析可有效預防故障的出現(xiàn)，確保電網(wǎng)正常運行。

二、高壓電纜的結構與絕緣故障的類型

（一）結構

高壓電纜的組成包括導線、絕緣層與屏蔽層等，而導線中最常用的材料為金屬鋁或銅，因為其有良好的導電性，其能夠保持化學性的穩(wěn)定，可以在電能傳輸中大量使用，而絕緣層的作用是把電線芯與其他物質隔離，比如電壓、空氣等。而屏蔽層是阻隔外部環(huán)境對電纜的干擾，且屏蔽層中的鎧裝層可以緩和外部電壓等對電纜的沖擊，提升電纜的強度。該結構與應用系統(tǒng)的連接方式是，與供電系統(tǒng)連接，根據(jù)不同位置對電力的需求完成電力輸送，提高電力傳輸?shù)男省?/p>

（二）故障

第一，電纜電阻引發(fā)的故障。當電纜因為外力出現(xiàn)絕緣層的破損后，會因為水、化學等不同因素的影響，讓電纜的電阻低于特定電阻，形成高阻障礙。如果是電纜自身老化或因機械損壞，破壞了絕緣層的穩(wěn)定后，電力電阻會明顯下降，且超過特性阻抗的10倍，形成短路故障；電聯(lián)內(nèi)部的導電芯有良好的絕緣效果，但單相、數(shù)相的電線芯斷開后，會讓電纜的帶載數(shù)量明顯下降，形成斷路故障。而如果同時出現(xiàn)多個故障，可以把它稱為“混合性故障”。

第二，故障位置不同的故障類型。電纜自身的故障是廠家生產(chǎn)時，因為失誤造成的電纜故障，或是在使用中因使用時間較長、外力損傷等因素導致的材料老化，而在整個電纜中接頭處是發(fā)生故障最多的區(qū)域。[1]

引發(fā)這類故障的原因是，受電纜自身與附件的影響，電纜頭部連接不暢等，或是電纜所在環(huán)境的變化，以及外力損傷、電力過度負載等。這類故障的出現(xiàn)可能引發(fā)高壓電纜系統(tǒng)的故障，給電力的使用帶來不便。

三、監(jiān)測系統(tǒng)是對高壓電纜絕緣狀態(tài)的監(jiān)測

基于上述故障，我們可以運用在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測電纜的絕緣情況，以及時發(fā)現(xiàn)故障并進行維護。主要使用以下幾種方法：

（一）直流疊加法

該方法是把電纜的直流電流疊加，得到整個電纜的直流電流，并根據(jù)直流電流的數(shù)值計算出絕緣電阻，并確定最佳的檢測位置進行檢測。其選擇的檢測位置是接地電壓互感器的某個位置，二是電纜接線處，這兩個點與直流電壓連接后，電源、電壓、傳感器等會自動形成一個回路，通過電路中的電流與電壓得到絕緣電阻。而檢測的過程中，為保持電纜供電的穩(wěn)定，避免傳感器飽和，出現(xiàn)零序電壓，檢測人員選擇的電源幅值應盡量縮小，不可以過高。

直流疊加法的不足是，不可以在中性點消弧線圈接地供電系統(tǒng)中使用，使用后得到的電阻數(shù)值不準確。

（二）局部放電測量法

如果電纜絕緣體受到破壞后引發(fā)局部放電，會對絕緣介質產(chǎn)生不利影響，讓其老化甚至損壞，放電量的多少與絕緣層的變化呈正比。因此，在不同的電壓環(huán)境中，對電纜的局部放電進行監(jiān)測，能夠了解絕緣介質老化的程度，判斷電纜內(nèi)是否有缺陷。而該方法具有的特點是檢測的周期短，產(chǎn)生的波形復雜多變，很容易受到外部環(huán)境的干擾。[2]

其使用的方法有四種，分別是脈沖電流法、方向耦合法、超高頻法、差分法等。首先，脈沖電流法可以得到局部放電最直接的參數(shù)，得到豐富的信息，包括相位、電量多少、發(fā)展規(guī)律等。其次，方向耦合法是運用方向耦合器得到局位置的放電信號，準確判斷信號脈沖的來源，有良好的抗干擾能力，但它的不足是傳感器直接與絕緣層接觸，破壞絕緣層。再次，超高頻法，其使用的是電容、電頻耦合法，用于檢測超高頻段的放電信號，它使用后不會破壞電纜的絕緣層，可以使用多個傳感器，保證了檢測信號的精度。而它的兩種方法中，電感耦合只可以用于附件的測量，要求把電纜彎成一定形狀后才可以檢測。最后，差分法是在電纜相接的地方粘貼一塊金屬箔，由金屬箔、屏蔽層和電纜的絕緣層連接成電路，檢測一定范圍內(nèi)的電信號，同時，這一方法也可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡識別裝置。這一方法的不足是檢測時間較長，對電纜接頭進行無緣處理后很難得到準確的電量或其他數(shù)值。

（三）低頻疊加法

這一方法和交流疊加法有很多相似之處。它是在電纜的絕緣層上增加了一個低頻交流電源，使其對地電容、地緣電阻等構成一個回路，得到相應的電阻。但它在檢測的過程中，可能會因為電容降低影響檢測結果，為了減少影響，消除工頻信號對檢測結果的干擾，采集到準確的信號，檢測時應使用的頻率是10Hz，并用相應的技術將干擾波過濾，保證檢測的精度。如果頻率過低，可能出現(xiàn)的情況是電流不響應，對精度的要求更高，而若是增加電源幅值，電網(wǎng)原有的絕緣參數(shù)就會發(fā)生改變，干擾耦合設備的正常使用。

（四）接地線電流測量方法

不論是電纜正常運行或是出現(xiàn)運行故障，都會在接地線的表面形成一層電流，根據(jù)電纜自身或是外部環(huán)境的變化，電纜投入使用后的一段時間，可能出現(xiàn)絕緣層劣化的情況，導致絕緣層損傷，使電流有明顯的波動。

而除了上述四種方法外，其也可以用不同的方法檢測。比如直流分壓法和諧波分量法。首先，直流分量法主要在惡劣的環(huán)境中使用，當電纜絕緣層的水樹枝、電樹枝等方式發(fā)出電流后，交流電流就會整流，而絕緣層上水樹枝的密集程度以及電樹枝的長度越長，直流分量在電流中比例也就越大。其次，諧波分量法是對因電纜老化或其他因素產(chǎn)生的諧波分量，并根據(jù)電纜老化的程度監(jiān)測諧波分量，這一方法會受其他因素的影響，無法在實際工作中應用。而場致發(fā)光法的使用，是針對絕緣介質凸起或有雜質的情況，及時根據(jù)電樹枝的出現(xiàn)判斷電纜是否惡化，如果惡化需及時處理，保持電纜的可靠。

四、結語

通過高壓電纜絕緣故障的類型以及在線監(jiān)測系統(tǒng)對其的檢測，可以總結得出，用在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測高壓電纜，可對電纜系統(tǒng)提供實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)電纜故障，優(yōu)化高壓電纜的使用，保證電纜的絕緣效果，確保電纜在不同領域應用的安全性，為生產(chǎn)與發(fā)展提供助力，同時，也可以完善系統(tǒng)的功能，達到預期目標。

（作者單位為廣西廣纜科技集團有限公司）

參考文獻

[1] 楊琳，田曉菲，吳德永，劉帥卓，王穎，吳小林.高壓電纜附件局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].四川電力技術，2015，38（06）：18-22.

[2] 馬振祺，劉克發(fā)，溫定筠，趙軍，江峰.超高壓電纜局放在線監(jiān)測局放信號提取技術研究及應用[J].電測與儀表，2016，53（18）：93-99.endprint