潘榮

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司）

電力資源已經(jīng)成為社會必不可少的重要能源之一，關(guān)系到社會的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，國民生計(jì)的有序運(yùn)行。而其中，電力電纜的運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，相關(guān)人員有必要加強(qiáng)對電力電纜試驗(yàn)方法與檢測技術(shù)的分析，以不斷提升電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，實(shí)現(xiàn)社會的和諧有序運(yùn)行。

一、高壓電力電纜的重要性

電力電纜在電網(wǎng)中的主要作用在于傳輸電能、合理分配電能，是我國目前電能分配與線路布置的主要方式，充分發(fā)揮了高壓電力電纜結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，發(fā)揮其優(yōu)良性能。高壓電力電纜近年來逐漸受到關(guān)注與青睞，尤其在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造過程中，被大力推廣與運(yùn)用，目前已經(jīng)成為我國電力行業(yè)重要的研究方向。與架空線路比較，高壓電力電纜的優(yōu)勢十分明顯，如對內(nèi)部因素與外部因素的敏感性較低，可實(shí)現(xiàn)極具優(yōu)勢的送電目的。且電力電纜之間的絕緣距離較小，不會占用過多土地資源，且受到干擾電波的影響也相對較小。而地下敷設(shè)的施工方式不會占用過多地面土地資源，具有極高的安全環(huán)境。故，我國高壓電力電纜的安裝、維修、試驗(yàn)、檢驗(yàn)工作逐漸受到社會的關(guān)注，其地位不言而喻。

二、高壓電力電纜試驗(yàn)方法

為了充分發(fā)揮電纜的作用，保證其具有良好的可靠性與安全性，有關(guān)人員應(yīng)掌握以下的試驗(yàn)方法：

（一）例行試驗(yàn)

1.導(dǎo)體直流電阻

高壓電力電纜的直流電阻要按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，并在日常工作中對其多加關(guān)注，從不同因素考慮其變化原因，通常導(dǎo)致直流電阻發(fā)生變化的原因包括以下幾個方面：導(dǎo)體材質(zhì)有雜質(zhì)會影響直流電阻的正常效果；導(dǎo)體截面的大小會導(dǎo)致直流電阻大小發(fā)生變化，當(dāng)長度與材質(zhì)相同的情況下，導(dǎo)體的面積與直流電阻之間呈現(xiàn)正向關(guān)系，及二者隨著另一方的增長而增長。但在電纜外徑一致的情況下，絕緣層會受到導(dǎo)體截面大小的影響，當(dāng)導(dǎo)體截面的面積逐漸增大時，電纜絕緣性能會變差，并對電力電纜產(chǎn)生一定影響。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，設(shè)定環(huán)境溫度為20℃，截面直徑設(shè)定為16mm2，則電纜的直流電阻為1.15Ω/m。

2.交流耐壓試驗(yàn)

在被試品進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前，先對其進(jìn)行絕緣試驗(yàn)，然后方可開展耐壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)開始前，要求電力電纜靜置一段時間，接通電源進(jìn)行升壓測試。在升壓過程中要關(guān)注高壓回路的狀態(tài)，讀取試驗(yàn)電壓，待試驗(yàn)時間結(jié)束后，降壓斷電。在試驗(yàn)過程若電力電纜無破壞性放電現(xiàn)象，則認(rèn)定其通過耐壓試驗(yàn)工作。但在升壓和耐壓過程中，電壓表指針擺動幅度較大，電流表指示急劇增加，電流也呈現(xiàn)上升狀態(tài)，甚至電力電纜發(fā)生冒煙、燃燒、斷續(xù)放電聲等情況，則認(rèn)定該電纜的耐壓試驗(yàn)不合格，并查找原因。如電力電纜的表面受到臟污物質(zhì)所污染，則清潔后再次進(jìn)行試驗(yàn)。若其他原因，則應(yīng)當(dāng)仔細(xì)查找后，解決問題后再次進(jìn)行試驗(yàn)工作。

3.局部放電試驗(yàn)

采用該種試驗(yàn)方式對電力電纜絕緣能力進(jìn)行檢測，選擇寬帶高頻脈沖電流檢測方式，具體如圖1。

圖1 寬帶高頻脈沖電流法結(jié)構(gòu)布局

將HX 作為試驗(yàn)對象，在試驗(yàn)過程中，當(dāng)檢測端開始局部放電后，脈沖電流經(jīng)過HA 時，檢測阻抗兩端的電壓會發(fā)生變化，表現(xiàn)出瞬間脈沖的情況。若持續(xù)保持脈沖電壓的傳輸，檢測裝置會陸續(xù)進(jìn)行放大、檢波等相關(guān)動作，此時記錄電力電纜局部放電的相關(guān)數(shù)據(jù)，以了解其運(yùn)行情況。

寬帶高頻脈沖電流法的檢測方式具有明顯優(yōu)越條件，如其發(fā)射出的高頻信號能夠被精準(zhǔn)測量，且該信號可被認(rèn)定為全部信號區(qū)域，較比一般信號的效率更高，表現(xiàn)出100MS/s的優(yōu)勢。即便在持續(xù)性、高精準(zhǔn)的情況下也能夠解決現(xiàn)出現(xiàn)的問題。且該種試驗(yàn)方式的脈沖信號可以作為參考依據(jù)，并從多種方式可對其進(jìn)行識別與感知，將所需信息從多重?cái)?shù)據(jù)中識別出來，以掌握電力電纜的局部放電量。該種方法可實(shí)現(xiàn)對電力電纜的動態(tài)監(jiān)測，可以了解電纜局部放電的情況，依照該種方式設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置如圖2 所示。

圖2 絕緣檢測試驗(yàn)裝置

依照圖2 所示，該種試驗(yàn)裝置中電流傳感器、特高頻噪聲傳感器是關(guān)鍵所在，可對電纜的運(yùn)行情況進(jìn)行在線監(jiān)測，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。在檢測期間，電力電纜會產(chǎn)生各種信號，其中內(nèi)部局部放電的行波信號，以及特高頻干擾信號是需要被檢測的重要信號。利用裝置中所示的兩個傳感器，可實(shí)現(xiàn)對信號的耦合，以了解電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)。裝置所收集的數(shù)據(jù)信息可上傳至高速數(shù)據(jù)采集模塊，利用電纜作為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換、收集、處理等相關(guān)工作。行波電流信號會被發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊，利用RF 同軸電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸工作，并利用調(diào)理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)相關(guān)工作。利用采集模塊實(shí)現(xiàn)信號的AD 轉(zhuǎn)換，以及信號的采集處理工作，計(jì)算機(jī)的USB 接口可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采樣等相關(guān)工作。

之后利用計(jì)算機(jī)對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如信號的抗干擾、相位、聚類等分析工作，以了解電力電纜的局部放電情況，了解電力電纜的絕緣優(yōu)劣狀態(tài)。

4.絕緣電阻試驗(yàn)

絕緣電阻試驗(yàn)是一種較為常見的試驗(yàn)內(nèi)容，在試驗(yàn)期間對電力電纜施加高壓，當(dāng)絕緣性能起到作用時，及時記錄下當(dāng)前漏電電流。在測試時有雙繞組與三繞組兩種方式，需要根據(jù)實(shí)際繞組情況進(jìn)行絕緣測試。測試過程中要保證電力電纜充分接地，并使用專業(yè)工具進(jìn)行，不可與人接觸。接線后進(jìn)行測試，在15 秒、60 秒以及10 分鐘三個時間點(diǎn)，分別記錄絕緣電阻值，讀取電阻后斷開設(shè)備，停止運(yùn)轉(zhuǎn)，記錄吸收比、極化指數(shù)，完成試驗(yàn)。

5.電纜護(hù)層試驗(yàn)

采取該種試驗(yàn)方法時，需要在電纜的金屬護(hù)套外增加直流電壓，并保證外護(hù)層與地面的可靠接觸。電纜的護(hù)套外層將形成兩個電極，一個是護(hù)套外層的石墨，另一個則是半導(dǎo)電層組成的電容，且其中一個電極與地面可靠接地。在試驗(yàn)過程中，若電纜外護(hù)層質(zhì)量完好，在增加電壓過程便不會發(fā)生放電情況。反之，在增加電壓后外護(hù)層將被擊穿，且金屬護(hù)套放電電流會明顯增加。這時要找到護(hù)套外的故障點(diǎn)，如聲、光、電等特殊反應(yīng)，則能夠了解電力電纜的故障位置，掌握電力電纜的電阻情況，若符合要求則可正常投入使用，反之則需要對其進(jìn)行檢查與分析，以了解具體故障原因及時解決。然后再次進(jìn)行試驗(yàn)，符合要求方可。

（二）抽樣試驗(yàn)

電力電纜在輸送電過程中會出現(xiàn)放熱的情況，故有必要對電力電纜的熱延伸狀態(tài)進(jìn)行檢測，以保證其機(jī)械性能的可靠性。當(dāng)電力電纜受到某種情況伸長后，能夠有效恢復(fù)，避免其絕緣性能發(fā)生改變。在試驗(yàn)過程中，將溫度設(shè)定為200℃，可利用烤箱進(jìn)行試驗(yàn)。對電力電纜懸掛重物，并持續(xù)加熱10分鐘后再將電纜取出，觀察其在室溫環(huán)境下所發(fā)生的變化。當(dāng)電纜的溫度與室溫持平后，對電纜進(jìn)行測量，若長度與其原有長度相同，則表示電力電纜的長度未發(fā)生改變，說明該電力電纜的熱延伸性能符合要求，溫度的變化對其不會產(chǎn)生影響，可以正常投入使用。若所測量的數(shù)據(jù)發(fā)生改變，則說明電纜的熱延伸性會受到溫度變化的影響，絕緣性能也因此受到影響，一旦溫度發(fā)生變化則電纜的絕緣性能會隨之下降，無法承受起高壓輸電工作。

（三）型式試驗(yàn)

利用該試驗(yàn)可以對電纜的質(zhì)量進(jìn)行檢測，以判斷電纜的設(shè)計(jì)指標(biāo)的合理性，確保電纜能夠被投入到電網(wǎng)中正常使用。該種試驗(yàn)方式會對電纜的質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此僅能使用一次，并按照相關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，不可二次試驗(yàn)，減少電纜損耗。在實(shí)際試驗(yàn)中包含以下幾種方式：

局部放電試驗(yàn)。該種方式可針對短電纜進(jìn)行，試驗(yàn)方式與上述局部放電試驗(yàn)的步驟相同。

彎曲放電試驗(yàn)。該種試驗(yàn)方式針對彎曲后的端電纜，根據(jù)電纜的芯數(shù)決定其彎曲程度。如三芯電纜的彎曲倍數(shù)可按照15（D+d）的計(jì)算公式進(jìn)行，且上下浮動應(yīng)在15%以內(nèi)。其中D 表示電纜，d 表示導(dǎo)體外徑。

加熱放電試驗(yàn)。電纜在投入使用后的熱度會有所上升，對電纜絕緣性能產(chǎn)生一定影響。故需要確定電纜在通電后的熱度上升情況，以及熱度對電纜絕緣性能的影響。按照T0+10（T0 為室內(nèi)溫度）的公式設(shè)定所加熱的溫度，停止通電后使電纜的溫度自行降低，待恢復(fù)到室溫后再對電纜的絕緣情況進(jìn)行分析，若符合標(biāo)準(zhǔn)則可投入正常使用。

（四）鑒定試驗(yàn)

1.振蕩電壓試驗(yàn)

先提前對電纜進(jìn)行充電操作，當(dāng)電纜在帶電狀態(tài)下，確保其電壓符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)后，再進(jìn)行放電操作。倘若電纜存在問題，則在進(jìn)行放電操作時電纜會發(fā)生擊穿情況。振蕩電壓試驗(yàn)中，電感線圈集中放電是其主要原因，此時電纜電壓會發(fā)生瞬間爆升的狀態(tài)，故影響電纜正常運(yùn)行，對其產(chǎn)生一定危害。電力電纜在投入運(yùn)行中要保證其振蕩電壓符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采取振蕩電壓試驗(yàn)可保證電力電纜的良好運(yùn)行，減少其發(fā)生安全故障的概率。

2.諧振電壓試驗(yàn)

為了解電纜的相關(guān)指標(biāo)，采取諧振電壓試驗(yàn)，確保電纜在良好的運(yùn)行狀態(tài)中工作。電纜在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生諧振，此時對電壓值進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，了解其耐壓情況。諧振電壓能夠到幾十甚至幾百以上，其所產(chǎn)生的電壓值會嚴(yán)重影響電纜質(zhì)量。在試驗(yàn)中可通過串聯(lián)諧振裝置的方式，對電纜進(jìn)行檢測。由于在檢測過程中不需要與電纜接觸，是較為穩(wěn)妥、安全的檢測方式。

三、高壓電力電纜檢測技術(shù)

為了保證檢測質(zhì)量，實(shí)踐中應(yīng)對不同的技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，并不斷創(chuàng)新與探索，因此，下文對不同的檢測技術(shù)進(jìn)行了論述。

（一）萬用表檢測

電力電纜發(fā)生故障時，可以采取萬用表檢測的方式，且該種方法操作較為簡便，實(shí)用性較廣，因此備受青睞，可在短時間內(nèi)快速了解電纜故障位置，做好排查工作，及時恢復(fù)電纜的運(yùn)行狀態(tài)。如電纜斷路時，需要及時了解故障位置，并給出解決對策。但由于所有位置都可能是故障點(diǎn)，因此可將萬用表并聯(lián)在故障點(diǎn)兩端，根據(jù)電阻的實(shí)際情況，找到電纜故障點(diǎn)。若需要對電纜發(fā)生故障的原因進(jìn)行細(xì)致了解時，則可利用萬用表快速找到故障的具體位置，快速進(jìn)行排查工作。在實(shí)際檢測中，金屬屏蔽層、線芯等各種部分均可以使用萬用表進(jìn)行檢測，并能夠了解到故障點(diǎn)的位置。

（二）脈沖檢測

該種檢測技術(shù)中包含低壓和二次脈沖檢測兩種方式。在低壓脈沖檢測方式中，可針對開路故障和低阻故障兩種情況進(jìn)行分析與了解。其中，根據(jù)線路的低壓脈沖信號，以及電壓的變化情況分析出故障點(diǎn)。而二次脈沖檢測中，則可以利用閃絡(luò)、高阻等情況了解故障原因。在施加脈沖的過程中，可根據(jù)具體的波形分析故障情況，了解故障位置。可見，脈沖檢測對故障點(diǎn)的了解更為精準(zhǔn)，其中脈沖檢測儀器是關(guān)鍵設(shè)備，控制工作溫度與工作濕度，可有效提升檢測精準(zhǔn)度。詳細(xì)操作如下：

在具體操作中，采用該種方法需要提前采集數(shù)據(jù)，利用五個工作周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以了解電力電纜的運(yùn)行情況。

如圖3 所示，該種方法的原理顯而易見，其中寬帶高頻脈沖為開端，其能夠采集相關(guān)信號數(shù)據(jù)，再利用自適應(yīng)無監(jiān)督聚類分析了解到脈沖信號類型，以及分類結(jié)果，利用相位排列特征最終了解到電力電纜的故障情況。若脈沖信號的激發(fā)源相同，則可以發(fā)現(xiàn)波形信號的相似度較高。利用其間的關(guān)系數(shù)據(jù)，以及相似度等內(nèi)容，了解到脈沖之間的關(guān)系，根據(jù)相關(guān)公式確定故障來源。如果脈沖信號的來源相同，可求得脈沖信號相互關(guān)系數(shù)，最終完成電纜高頻脈沖聚類。最后，根據(jù)分布規(guī)律，在分布圖中便能夠知曉電纜運(yùn)行情況，局部放電情況，電纜絕緣性能。聚類過程分析如圖3。

圖3 聚類過程分析

（三）電橋檢測

電橋檢測方法較為簡便，被廣泛用于電纜的檢測工作中。在具體操作時需要保證工作人員的熟練程度，可在專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上展開。通常，根據(jù)電力電纜正常運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)與當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，便能夠了解電纜出現(xiàn)問題的原因。利用短接的方式，與單臂電橋前路加以連接，便能夠掌握電力電纜的電阻數(shù)據(jù)、故障原因、故障點(diǎn)。主要數(shù)據(jù)為故障后的電阻值、正常狀態(tài)下的電阻值、電力電纜的長度、故障點(diǎn)距離等方面，最終根據(jù)所得信息提出解決對策。

（四）直閃法檢測

直閃法檢測技術(shù)主要用于電力電纜發(fā)生擊穿故障時，利用波形的變化掌握故障點(diǎn)，并判斷故障原因，提出解決對策。當(dāng)電纜發(fā)生擊穿情況后，其電阻值會出現(xiàn)增大的情況，若發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，則電纜還會釋放出較大的電流脈沖波。工作人員可利用故障點(diǎn)所發(fā)射的脈沖波確定故障位置，故使用直閃法，可從端口了解波形情況，確定故障點(diǎn)，提升擊穿故障的檢測效率。

四、結(jié)論

綜上所述，電力電纜發(fā)生故障對電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，有必要對其試驗(yàn)與檢測工作加深研究，在當(dāng)前主要的試驗(yàn)方式包括例行試驗(yàn)、抽樣試驗(yàn)以及型式試驗(yàn)集中方式，而檢測技術(shù)中包括電橋檢測、直閃法檢測以及脈沖檢測與萬用表檢測技術(shù)。在日后工作中，可強(qiáng)化智能試驗(yàn)、檢測技術(shù)的研究，以提升電力電纜的檢測、試驗(yàn)效率，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。