10 电力电缆线路状态检修的研究

电力电缆线路状态检修的研究王伟（国网电力科学研究院）摘要：本文通过对状态检修基本原理定义列举以及经常模糊的概念出发，分析和整理了状态检修思路，同时从目前已知的各种在线检测方法原理和测量中问题入手，从而概括性的解释电力电缆线路开展状态检修的方法和注意事项，进而指出状态检修系统需要考虑的问题和今后发展状态检修的有效步骤。

关键字：电缆线路，状态检修，一、前言：目前电力电缆在我国一些经济发达地区，如广州、深圳，城市10kV配网电缆化率己高达95%以上。

电缆线路采用的仍然是计划检修体制和预防性检修之间的检修方式。

这种检修虽然有它积极的一面，但是也存在着严重缺陷，如两个检修之间的电缆线路运行状态就无法得到有效的控制，会造成一旦遇到故障，必须临时改变计划，使得临时性维修频繁；其次，不能预知电缆线路存在的问题，造成维修不足；最后，对于重要位置电缆线路，由于害怕突然的事故，从而加大维修计划，造成电缆线路维修过剩、盲目维修等，这使每年在电缆线路维修方面耗资巨大。

目前，由于各地供电系统电缆检修人员有限，且技术力量有限。

怎样合理安排电缆的检修，节省检修费用、降低检修成本，同时保证系统有较高的可靠性，对运维部门来说是一个亟待解决的问题。

随着传感技术、微电子、计算机软硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、专家系统、模糊理论等综合智能系统在状态监测及故障诊断中应用，使基于设备状态监测和先进诊断技术的状态检修研究得到发展，成为目前电缆管理、运行、检修中的一个重要研究领域。

在电缆线路中推行状态检修的直接效益有：（１）节省大量不必要的维修费用；（２）降低由于反复检修过程中的人为损伤，延长电缆线路使用寿命；（3）减少维护的停电时间；（4）由于掌握了线路运行状态，使得电缆线路的供电可靠性提高。

二、状态、状态变化、状态参数、各种检修的定义2.1状态从所论及的对象而言,“状态”指设备达到其应有的性能和功能的能力或水平。

能达到的,为正常状态;不能或不完全能达到的,为不正常或局部不正常状态。

2.2状态的变化对状态检修而言,“状态的变化”是指相对于某种标准状态或正常状态的差异。

这种变化或差异,往往都是经过一个较长时间的渐变过程产生的,也可能是由检修质量不良所引起。

它不同于因某种偶然的或异常的因素变化引起的故障( 状态)。

2.3状态参数状态参数是能表示电缆线路的全部、部分或其某项功能、性能或参数的状态的数据、图表和曲线的总称。

监测系统测得的数据可以是状态参数,但一般不是状态参数的全部,也不一定是状态参数的主要部分。

2.4状态检修所谓状态检修,就是根据电缆功能和性能,即状态的劣化程度实施对电缆的检修。

对电缆线路状态进行在线监测和定期巡检，同时结合需事先确定的一个标准,当电缆状态的变化达到或超过这个标准时,就确定对该电缆线路进行检修，这种检修方式解决了多年来在预防性检修中存在检修过剩或检修不足的问题，可以节约大量的检修费用和资源，并提高设备的可靠性。

2.5故障检修在故障已出现后，为把设备恢复到能完成要求功能的状态而进行的检修，简言之，故障发生后才进行检修。

2.6预防性检修在预定的停电时间、按照规定要求进行的检修，这种检修旨在降低故障可能性或功能的劣化。

即在故障发生之前、功能明显劣化之前进行检修，以预防故障的发生。

2.7定期计划检修或叫做基于时间的检修，它的理论依据是：设备能通过定期检修，周期性地恢复至接近新设备的状态。

检修工作的内容与周期都是预先设定的，到时间就修，目的是防止或延迟故障的发生。

这种检修主要用于变压器等的大型设备，例如，变压器油的定期更换。

2.8主动检修根据设备已经出现的异常参数，寻找异常的根本原因，修改设计或对设备进行改造，消除故障发生的可能性，这是一种非常主动的、积极的检修方式。

状态检修和主动检修都要对一些参数进行监测，区别在于：主动检修监测的是参数的异常，这些异常出现时，设备尚未发生实质性故障，但若这些异常不得到及时纠正，则会引发实质性故障，即会发生材料的劣化或设备性能的下降。

而状态检修中所监测的是实质性故障的征兆，这时设备已处于初始故障阶段。

2.9以可靠性为中心的检修[1]通过一套特殊的程序来为设备和零件确定有效的、经济的预防检修任务，并规定检修或监测间隔的一种系统方法。

所谓的“特殊的程序”是一套工作方法或是分析方法；先选择要进行分析的系统，明确系统的边界、功能，进行故障模式和后果分析，逻辑树分析，最后选择合适的检修方式。

主动检修属于状态检修的范畴，而以可靠性为中心的检修是状态检修的发展和完善。

三、确定电缆线路状态检修的基本方式3.1人工方式由工程师根据监测系统提供的数据确定是否进行检修,以及检修内容和检修工艺。

这是状态检修的初级阶段,也将是目前主要的方式。

3.2自动方式由状态诊断专家系统分析、确定是否检修。

检修内容和检修工艺是“状态检修”的高级阶段,是高科技、高技术在状态检修中应用的最高境界。

3.3实现状态检修的基本条件实现状态检修最基本的条件是:对引起状态变化原因、机理和影响因素的正确认识和判断;对自动方式,还要有完善及完整的状态诊断专家系统。

四、电缆运行全寿命理论[4]4.1故障和缺陷的发展规律一般情况下，新安装电缆线路的故障或缺陷由于安装质量方面的问题、电缆和附件本身存在的薄弱环节、设计和工艺等方面的缺陷等，在开始投运的一段时间内暴露的问题比较多，随着消缺后运行时间的增长而近于平缓，运行一定时间后，随着电缆绝缘老化，逐步暴露的缺陷开始增加，呈现出一条趋近于浴盆曲线的图形，参见图1（a）。

经常性的定期检修使常规的运行浴盆曲线规律发生了变化，每检修一次，出现一次新的磨合期，使检修后的故障率可能有所增高或出现不稳定现象。

参见图1(b)。

图1(a) 常规运行时间变化的设备故障率曲线图1(b) 多次定期检修可能形成的设备故障率曲线。

图1 电缆运行全寿命及故障率的关系4.2电缆寿命的规律（P-F曲线）大多故障一般不会在瞬间发生，并且在寿命下降到潜在故障P点以后才逐步发展成能够探测到的故障（参见图2电缆全寿命时间与运行状态之间的关系）。

之后将会加速老化的进程，直到达到寿命终止F点而发生事故。

这种从潜在故障发展到寿命终止之间的时间间隔，被称为P-F间隔。

图2 功能退化的P-F曲线如果想在寿命终止前检测到故障，必须在P-F之间的时间间隔内完成。

由于各种故障形式、各种故障特点对应于P-F 间隔的时间是不确定值，可能是几个小时，也可能是几个月或几年不等，因此定期检修一般情况下不可能都满足P-F间隔的时间要求，从而导致故障的时常发生。

而有效的在线监测就可能捕捉到P-F间隔的整个发展过程，并在到达寿命F 点之前的合理时机采取措施进行检修处理。

4.3检修与故障的特定联系传统观点认为，电缆运行和发生的故障是有直接关系的，这意味着电缆可以可靠地工作一个周期，然后逐步发生故障或缺陷。

因此，可以从故障的历史数据中确定可靠工作的周期，并在即将出现故障之前采取检修预防措施。

然而，电缆线路有其特殊的一面，电缆，特别是运行中的电缆和附件以及各个部件，一旦安装到位，每一次的检修都会在检修部位留下不稳定的痕迹，例如，检修后接地电缆连接发生变化，特别是接触电阻增大，将会对整个电缆线路的安全运行造成隐患，检修时移动电缆或附件，对绝缘稳定性造成问题等。

这些变化在历史数据中是不能得到确定的，从而电缆线路当前的可靠性也就无法确定，同时电缆线路中各个环节很复杂，因此其故障模式也发生了很大的变化。

这使我们看到，电缆运行可靠性与运行时间之间不总存在某种固定的关系，也使得定期检修越频繁发生，缺陷越少的观点是错误的。

实践证明，除与运行时间有关的故障模式占主导地位以外，定期检修可能增加或新增发生故障或缺陷的机率，降低运行的可靠性，特别是在我们现有技术力量和人员素质下，发生这种可能性是很大的。

五、状态检修技术的必备条件状态检修的必要条件主要包括3个方面的内容,即设备寿命管理与预测技术、设备可靠性分析技术、信息管理与决策技。

5.1寿命管理与预测技术[4]电缆线路运行时间达到25～30年左右或运行中频发事故时,这种情况迫使我们开始考虑如何延长寿命并保证效益问题。

电缆线路从投运到寿命终止的全过程的各项技术数据和状态都应该列纳入管理台账中，作为今后的参考；其次，通过数据反映出的问题，应该建立专家库，比较分析，对电缆线路今后的发展状态进行预测，状态检修中寿命预测与评估技术是通过管理采集的数据群和在线监测系统获得的数据,经过专家系统和经验分析,对电缆线路的今后应用可能出现的问题做出提前的预测,有利于科学合理地安排检修和提高设备的可用率。

目前电缆线路是城市中输出电能的主要通道，且由于电缆的技术和相关知识不够普遍，对于它的各项技术特性还不甚了解，而用户要求提高供电可靠性呼声却越来越高，因此,我们应该开始把寿命预测和评估研究的重点放在电缆线路上。

5.2可靠性评估技术[3]传统可靠性评估均是基于威布尔得出的浴盆曲线法。

但此法只适用于常规性故障，例如，制造缺陷、材料缺陷、安装敷设缺陷等，且精确度不高，应将可靠性预测理论和强度及寿命理论结合起来,综合考虑影响电缆线路部件故障的各种因素，特别是电缆运行后，不良运行环境、不良运行状态、不良检修等对线路可靠性影响极大；另外,还应运用统计方法分析,从反映运行可靠性的指标体系出发,对运行可靠性进行分析,提出综合可靠性水平的评估方法。

5.3信息管理与决策技术。

状态检修作为一种先进的检修体制,是与多方面的管理工作分不开的，电缆线路的信息管理和寿命管理类似，但是它的信息数据更加具体，更加详尽，具体说就是从电缆的制造原材料、工艺、出厂，一直到电缆运行的全过程记录进行归档。

另外，世界各国从不同的管理目标出发,形成了不同的决策管理系统，图3为状态检修的一个简化决策流程。

一种是建立在长期检修计划的基础上,从寿命周期费用着手,使用劣化模型的数学形式来估计电缆将来状态的一种检修管理系统。

旨在考虑预算及其状态的情况下,通过检修费用的优选,降低总费用。

一种是在考虑市场情况及技术条件的前提下,包括状态检修在内的多种策略均衡的检修管理系统的基础下,引入诊断专家系统,使可靠性和安全性达到可接受的水平。

一种是将工人或供货商的管理层所有功能融为一体,以减少中间环节的管理模式。

六、状态信息的构成状态检修的基础在于状态监测和分析，而状态分析的基础是状态信息。

状态信息包括预防性试验、不良运行环境记录、缺陷记录、检修记录、家族质量记录、在线监测等几个方面。

过去，在我们日常的设备管理中，这些状态信息彼此隔离，或无记录，这不利于全面的状态分析。

首先，过去预防性试验以《预防性试验规程》为主，没有考虑其它方法数据。

但现在我们应考虑使用近年来发展的新的试验技术获得的数据，如变频试验，0.1Hz试验，振荡波试验，红外和紫检测，局部放电试验，环流和接地电流检测等都可以获得电缆各个方面运行数据。