LIRA 線性共振分析技術(shù)在電纜故障診斷中的應(yīng)用

李 揚 孟令強 孔 切

（國核電站運行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海200233）

1 概述

近年來，隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電纜的利用率越來越高，其穩(wěn)定性、耐久性、安全性是供電系統(tǒng)安全運行的前提條件，在保障設(shè)計功能和用戶安全方面有著重要的作用。當電纜由于安裝工藝、制造缺陷、材料的自然老化、運行環(huán)境的變化以及設(shè)備異常引起電纜故障時，將導(dǎo)致電力系統(tǒng)的不可靠運行。但是由于此類事件無法完全避免，遂當電纜發(fā)生故障時，對電纜進行準確判斷和精確定位就顯得尤其重要。

在當今科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，與電纜狀態(tài)監(jiān)測相關(guān)的技術(shù)也在日新月異中，如震蕩波技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)、局放等技術(shù)都有在工程現(xiàn)場中應(yīng)用，雖然在電纜整體運行狀態(tài)評估以及永久性故障定位方面有一定的指導(dǎo)意義，但無法綜合的診斷電纜局部潛伏性缺陷以及反應(yīng)電纜的整體老化情況，本文針對國內(nèi)外現(xiàn)有的研究不足之處，利用Lira 線性共振分析技術(shù)來進行實際應(yīng)用，測試該技術(shù)的可靠穩(wěn)定性，以及在電纜故障診斷中定性、定量的能力。

圖1 Lira 原理圖

圖2 電纜缺陷位置示意圖

2 Lira 技術(shù)原理

線性共振分析（Lira）監(jiān)測技術(shù)基于寬帶頻率域分析，對無匹配傳輸線的高頻諧振效應(yīng)進行分析，且對絕緣介電常數(shù)這些電氣參數(shù)的微小變化較為敏感，雖然不同種類的電纜有不同的結(jié)構(gòu)（絕緣類型、幾何結(jié)構(gòu)）和其他非老化因素的影響，但線性共振分析技術(shù)仍能檢測并定位出性質(zhì)變化的地方，原理如圖1 所示。

可以檢測出以下幾種電纜故障問題：

a.各種影響絕緣電容的變化。

b.電纜尺寸的變化，例如受大量的熱、輻照、水侵入、腐蝕、彎曲、刮擦、機械沖擊、疲勞等影響的電纜接頭或不同電纜的連接處。

c.絕緣材料的老化（XLPE、PILC 等）。

d.大多數(shù)情況下，電纜的顯著特性或沿著電纜的整體老化（多次測量可以預(yù)測這些特征/老化的發(fā)展趨勢）。

3 測試與分析

3.1 缺陷設(shè)置

為了滿足現(xiàn)場可能會出現(xiàn)的問題，使用一根長電纜（總長430m），并在電纜的一端設(shè)計了如圖2 所示的10 個缺陷，電纜不剪短，剩余部分留在卷線盤中，用來測試Lira 能否識別缺陷和反映缺陷的嚴重程度。

3.2 分析優(yōu)化

Lira 測試后需要使用分析軟件對其測試結(jié)果進行優(yōu)化，通常需要檢查譜圖驗證帶寬是否選擇正確,檢查結(jié)果選項卡的VR數(shù)值,如果無明顯差別，查看結(jié)果表或利用DNORM選項卡查看圖形結(jié)果。如果有相位偏移，需要使用探頭補償和信號帶寬來達到所需的相位譜形式。

另外在極個別情況下，由于電纜測試時的外部噪聲和一些干擾因素，系統(tǒng)在找尋歸一化參數(shù)時會遇到若干問題。需要進行手動調(diào)節(jié)，在Norm 圖中轉(zhuǎn)為手動優(yōu)化，調(diào)節(jié)Term Tolerance（截斷）和Horizon（范圍）按鈕，使得每個周期的諧波波形無限相似，每個周期的諧波波形越相似，測試結(jié)果越能反應(yīng)電纜的真實情況。如圖3 所示。

3.3 測試結(jié)果

經(jīng)過數(shù)據(jù)優(yōu)化，得到的測試結(jié)果如圖4 所示。

3.4 結(jié)果分析

3.4.1 周向缺陷

結(jié)合DNORM-Location 圖，發(fā)現(xiàn)周向1/4，周向1/2,周向1/1的三個缺陷都能被Lira 識別，但是無法分辨缺陷的損傷程度。

3.4.2 流向缺陷

結(jié)合缺陷圖，Lira 可以發(fā)現(xiàn)流向方向10mm，20mm，50mm 的缺陷，但是無法通過缺陷圖來判斷電纜的損傷情況。

3.4.3 擠壓折疊

結(jié)合圖譜，Lira 可以發(fā)現(xiàn)被擠壓和折疊狀態(tài)下的電纜異常情況，通常電纜在折疊情況下的損傷程度要大于擠壓，但是Lira未能定量的反應(yīng)該情況。

3.4.4 浸油

試驗室中用保鮮膜浸油包裹電纜約14 天左右，試驗前后該處未能在Lira 中正常的被顯示，可能由于時間過短，未對電纜造成實質(zhì)性的損傷，遂未能在圖譜中顯示該缺陷。

3.4.5 外護套打薄

Lira 對外護套的微小變化極為敏感，在此次的試驗中發(fā)現(xiàn)了該缺陷。

4 結(jié)論

4.1 Lira 在測試完成后，曲線經(jīng)過分析處理可以準確的得到電纜的相關(guān)狀態(tài)情況。

4.2 通過將測試缺陷圖和實際缺陷圖進行對比，最大的誤差為0.6m，可以看到Lira 的測試結(jié)果可靠穩(wěn)定。

圖3 Norm 曲線優(yōu)化圖

圖4 測試結(jié)果圖

4.3 通過比對每種類型缺陷的測試結(jié)果，每種類型損傷程度的不同，不能在Lira 的結(jié)果中正確反應(yīng)，遂Lira 無法定量的反應(yīng)電纜的損傷程度。