电力电缆绝缘在线检测技术的发展

电力电缆绝缘在线检测技术的发展
摘要：电力电缆的绝缘性能是影响电缆安全可靠运行的关键因素。

长期以来，
电力系统的运行采用定期预防试验制度，但常规预防性试验需要停电测试，不易
及时发现设备的绝缘缺陷。

对电力电缆绝缘进行在线监测可以把传感器技术引入
测量系统，结合计算机技术实现检测的智能化、自动化。

国内外对电力电缆故障
检测非常重视。

日本学者进行了电缆直流分量与直流叠加的损耗在线监测的研究，新加坡是国际推行在线监测技术较好的国家。

在国内，北京、福建、上海等地对
电缆在线监测研究也有一定进展，北京地区对电缆实行在线监测的系统已经成功
投运，且可对出入口实时监控。

关键词：电力电缆；绝缘；在线检测技术；发展
经济的发展使得电网容量不断增大，电力电缆凭借其供电安全可靠的优点在
电网中获得了广泛的应用，尤其是交联聚乙烯（XLPE）电缆。

在电缆的使用过程中，不可避免的会发生老化，从而出现一些故障。

据相关统计，电网中的80%以
上的事故都是由于绝缘引起的。

就电力电缆的绝缘检测来说，传统的方法是预防
性试验，在进行试验时需要将电缆停电，属于离线检测，这种方法不仅需要将供
电中断，而且还不能单独对劣化的电缆进行试验，因此加速了绝缘良好的电缆的
老化；可见，研究在线检测技术十分必要。

1直流分量法
在电缆老化过程中，会产生水树，它通常生长于绝缘层与其他介质的交界处，此时，水树和电缆中的导线以及铜屏蔽层共同构成了针、板两个放电电极。

在棒
板放电时，棒板带正电荷与带负电荷时的放电带有不对称性，再加上整流效应，
共同导致电力电缆在运行过程中产生直流分量；这一直流分量将会明显降低电力
电缆的绝缘能力，因此，通过对电力电缆中的直流分量的测量，可以对电力电缆
绝缘老化的情况进行诊断。

具体而言，直流分量法又分为两种具体方法：直流成
分法及直流叠加法。

其中，前者对“水树状”的劣化状态进行测量，其判断绝缘老
化的依据是：是否存在微弱的直流电流；后者对电缆的直流绝缘电阻进行测量。

2局部放电法
在局部放电法中，监测的是终端头和附件等部位，在这些地方采集局部放电量。

依据小波理论，对采集的信号进行处理，滤除干扰信号，最终分辨出电力电
缆的局部放电量。

在电力电缆中，水树出现的初期，局部放电量的值约为：0.1PC；电力电缆的绝缘状况与局部放电量有着紧密的联系，一旦局部放电量发生异常变化，将预示着电力电缆存在严重危机，其安全运行和使用寿命正在遭受威胁。

该
领域的专家学者也一致认为：对XLPE绝缘电力电缆进行绝缘状况评估时，最佳
方法为：局部放电法。

但值得注意的是，运行中的XLPE电力电缆置身在一个庞
大的电力系统中。

其周围包含有：变压器、发电机、互感器等多种电力设备[2]；
这些设备会发出很多信号，给电力电缆的在线检测造成干扰，因此，要想在如此
复杂的噪声背景下准确提取电力电缆绝缘裂化信号不是一件容易的事情。

3差频法
这种方法与直流法十分相似，将低频电压叠加在工频交流电压上，对电力电
缆的响应程度进行观察。

当前，研究中使用的主要手段是通过不同频段以及波形
进行低频叠加，在这种现状下，对能够体现出电缆老化程度的加载信号进行查找。

相关研究表明，对电力电缆施加相近频率或者是相似的正弦电压时，在检测回路
中出现有超低频电流信号；依据该信号可以在线诊断电力电缆的老化状态，这也
是差频监测技术的理论依据。

若是将50Hz的工频电压进行叠加，在整个工频供
电系统中，这一信号将会被淹没；因此，需要采用其他频率的低频低压进行供电，如：100Hz。

在使用这种方法时，依据具体的接线方式，在不同电压等级的电力
电缆的相应部位叠加上低频信号；如：对于10kV的电力电缆来说，可以使用与
直流叠加法类似的方法，采用消弧线圈的零序电压互感器进行叠加；对于
110kV/220kV的电力电缆，则可以使用在电压互感器的二次侧开路三角形上叠加
变频恒流信号的方法。

总体而言，这种方法的难点在于：适合应用于现场的频段
可调的变频电源还有待进一步完善，信号叠加位置的选择还需要进一步研究。

4交流叠加法
所谓交流叠加法，是指将一个交流电压叠加在电力电缆的屏蔽层上，并对
1Hz的特征电流信号进行检测，以此来对电力电缆的老化程度进行判断。

实践表明，当叠加不同频率的交流电压时，当其频率为100Hz时，特征电流会很大；同时，这一电流只会产生于绝缘老化的电力电缆上，而绝缘良好的电力电缆上则不
会有这种电流。

通过多次试验，得出关系式为：检测电流频率=叠加电压频率～
工频频率×2。

相比于直流叠加法，这种方法只需要幅值较小的电源，一般情况下，只需要叠加上5V的交流电压即可得到十分明显的特征电流；这样一来，就很容
易对电力电缆绝缘老化的信号进行检测。

另外，这种方法所测得的特征电流具有
更好的线性化程度，所以，这种方法也得到了较为广泛的应用。

5谐波分量法
当电力电缆老化后，在损耗电流中会出现谐波分量，检测这一谐波分量可以
对电力电缆的绝缘老化进行判断。

随着电缆的老化，损耗电流会发生较大的畸变，含有的谐波分量比例越来越大。

另外，由于奇次谐波会产生测量误差，通常是先
进行调制，对偶次谐波进行测量，这样一来，可以避免奇次谐波造成的误差，同
时也不会受到杂散电流的影响。

６结语
本文对电力电缆绝缘故障产生的原因进行分析，并对电力电缆绝缘故障检测
的几种主要离线和在线方法进行介绍，并浅要分析比较其优缺点，最后对电力电
缆绝缘在线检测技术专利研究情况进行统计分析，有利于我国电力事业的进一步
研究发展。

参考文献：
[1]罗俊华，周作春，李华春，罗旻.电力电缆线路运行温度在线检测技术应用
研究[J].高电压技术，2007，01：169-172.
[2]胡钰林.电线电缆绝缘检测技术的研究[D].东南大学，2004.
[3]王备贝.电力电缆绝缘缺陷检测方法的研究[D].华北电力大学，2013.
[4]张峥.高压电力电缆绝缘在线检测技术实验研究[D].上海交通大学，2011.。