張建 尹娟 王天兵

【摘 要】本篇介紹了一種用于電纜故障及缺陷點(diǎn)定位、趨勢跟蹤的新技術(shù)——射頻振蕩波譜法，該技術(shù)通過非破壞性檢測手段實(shí)現(xiàn)對高壓電纜本體主絕緣或副絕緣進(jìn)行寬頻域掃描，獲得介質(zhì)阻抗頻域振蕩特征，用于評(píng)估電纜老化狀態(tài)，獲得缺陷位置信息。與傳統(tǒng)絕緣評(píng)估技術(shù)相比，該技術(shù)不需要分析反射波，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)缺陷定位，且具備老化定位功能。文章通過對10kV電纜的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，討論了射頻振蕩波技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】電纜 缺陷 定位 射頻振蕩波

針對電纜狀態(tài)評(píng)估，傳統(tǒng)的老化和故障定位是相互獨(dú)立的，即電纜的老化主要通過介質(zhì)損失，電化學(xué)等手段進(jìn)行整體測試和評(píng)估，而故障定位主要通過時(shí)域反射法TDR原理獲取發(fā)射波和反射波的時(shí)差計(jì)算而得。

由于TDR技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成熟，其公知的技術(shù)瓶頸，如長距離電纜反射波損耗，外部信號(hào)串?dāng)_導(dǎo)致波形特征畸變，多次重復(fù)反射等問題，一直未能有效解決。因此針對現(xiàn)場測試，TDR定位技術(shù)一般用于5公里以下。

1射頻振蕩波譜技術(shù)原理及特點(diǎn)

射頻振蕩波譜技術(shù)的出現(xiàn)解決了幾個(gè)關(guān)鍵問題：（1）信號(hào)沿電纜衰減的問題。（2）反射波的識(shí)別困難問題。（3）信號(hào)畸變問題。

由于射頻振蕩波采用了一套全新的定位思路，將電纜本體模擬成數(shù)段連續(xù)、可分割的阻抗電氣元素模塊，通過不同頻率隱射不同位置的片段，從而建立一套整體和局部的綜合評(píng)估模型，有效杜絕了TDR技術(shù)反射波識(shí)別難度大，信號(hào)衰減和畸變的問題。正因?yàn)閺姆植甲杩乖氐乃悸方忉屃穗娎|的健康狀態(tài)，射頻振蕩波技術(shù)不僅可用于故障定位，還能實(shí)現(xiàn)局部缺陷、老化點(diǎn)的趨勢跟蹤，其重量輕便，尤其利于10kV以上高壓電纜現(xiàn)場檢測。

其基本思路為：（1）獲得電纜頻域阻抗向量，分析其諧振特性。（2）當(dāng)故障存在時(shí)，認(rèn)為至少一個(gè)故障點(diǎn)對電纜的諧振阻抗產(chǎn)生了影響，或至少一個(gè)故障點(diǎn)的固有諧振頻率與阻抗頻譜中的某一個(gè)峰值阻抗的對應(yīng)頻率相同，因此只要尋找諧振頻率點(diǎn)的峰值阻抗，或?qū)ふ耶惓７逯底杩沟念l帶范圍，便可認(rèn)為是可疑故障點(diǎn)。通過與參考衰減振蕩模型的比較，可以快速發(fā)現(xiàn)阻抗及相位偏移對應(yīng)的頻率，然后據(jù)此計(jì)算故障位置。

2 現(xiàn)場應(yīng)用分析

采用射頻振蕩波譜技術(shù)對700米長度的10kV城區(qū)配網(wǎng)電纜進(jìn)行了測試。

圖1 圖2 圖3

如圖1圖2和圖3所示，在無需分析反射波情況下，直接獲得了整段電纜的健康狀態(tài)信息，給出了中間接頭位置（374M，534M）及其增益強(qiáng)度，同時(shí)提供了電纜端點(diǎn)位置（700M）信息。

與傳統(tǒng)耐受電壓試驗(yàn)方法不同，射頻振蕩波技術(shù)試驗(yàn)電壓微小，可多次重復(fù)測試，經(jīng)驗(yàn)證，該技術(shù)測試重復(fù)性高，抗干擾能力強(qiáng)，能減少測試人員的經(jīng)驗(yàn)依賴程度，從而快速獲得被試電纜的整體信息。

3 討論

射頻振蕩波技術(shù)之所以能獲得較高的抗干擾力，與其測試原理不無關(guān)系。由于射頻振蕩波獲得了寬頻域電纜的阻抗向量特征，個(gè)別頻率點(diǎn)的干擾對整體頻譜趨勢影響微弱，因而自動(dòng)獲得了較強(qiáng)的干擾抑制能力。另外，射頻振蕩波通過分段阻抗的特征描述了位置信息及其健康狀態(tài)，建立了高壓老化試驗(yàn)和阻抗分析法的一些對應(yīng)關(guān)系。但由于目前的測試數(shù)據(jù)尚未與傳統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行全面綜合的對比計(jì)算，在該領(lǐng)域形成標(biāo)準(zhǔn)還需要持續(xù)開展研究。

就目前看，射頻振蕩波技術(shù)可用于以下幾個(gè)領(lǐng)域：（1）被測電纜較短時(shí)進(jìn)行缺陷定位。由于TDR需要捕捉反射時(shí)差，當(dāng)電纜距離較短時(shí)，反射時(shí)間較短，捕捉的時(shí)間誤差較大。當(dāng)然，現(xiàn)有的雙端TDR技術(shù)，可以解決短距離電纜的故障定位問題，但需要在電纜兩端布置采集裝置。（2）被測電纜距離較長時(shí)。射頻振蕩波可用于數(shù)公里到數(shù)十公里量程，并且被試電纜存在多個(gè)中間接頭時(shí)，仍可以正常檢測，即使中間接頭無故障，也能提供位置信息。（3）需要對電纜可疑區(qū)域進(jìn)行跟蹤測試時(shí)。如懷疑電纜某個(gè)中間接頭有缺陷，可通過不同檢修周期的測試記錄對比分析其發(fā)展趨勢。（4）用于對電纜設(shè)計(jì)制造的工藝的評(píng)估。由于射頻振蕩波提供了整段電纜所有位置信息的增益參數(shù)，并且可針對主絕緣和副絕緣分別進(jìn)行評(píng)估，因此可用于評(píng)估護(hù)套屏蔽層工藝規(guī)范性，絕緣一致性等。（5）10kV以上電纜現(xiàn)場檢測，尤其是110kV以上的電纜，射頻振蕩波設(shè)備低于傳統(tǒng)設(shè)備重量的十分之一，可顯著提升狀態(tài)檢修效率。

4 結(jié)語

射頻振蕩波技術(shù)在電纜故障定位，局部老化定位及其趨勢跟蹤領(lǐng)域提供了一種全新的解決方案，其重量輕便，利于現(xiàn)場檢測，目前主要應(yīng)用于停電試驗(yàn)，與傳統(tǒng)高壓試驗(yàn)、狀態(tài)檢修能形成較好的互補(bǔ)，如后續(xù)能開發(fā)在線監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用，則能更好服務(wù)于智能電網(wǎng)建設(shè)與管理工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建，張方榮，尹娟，高興瓊，王蘇，成都高斯電子技術(shù)有限公司，一種電纜故障檢測分析方法[發(fā)明專利]，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局.

[2]岳城亮.基于TDR和TDC的航空電纜故障檢測儀設(shè)計(jì)[D].燕山大學(xué)，2014年.

[3]陳善海.脈沖-回波電纜故障檢測儀[J].電子技術(shù)，1990年01期.

[4] LIRA1700射頻波譜老化評(píng)估儀操作文案[K].成都高斯電子技術(shù)有限公司，2015.6.

[5]楊孝志，陸巍，吳少雷，俞飛.電力電纜故障定位與方法[J].電力設(shè)備 2007年11期

[6]董濤.射頻波譜法用于XLPE電纜局部故障與老化精確定位技術(shù)的討論[J].電力技術(shù)，2015年6期.

[7]Zhihan Xu， FAULT LOCATION AND INCIPIENT FAULT DETECTION IN DISTRIBUTION CABLES， Western University， PHD thesis， 2011.

作者簡歷：張建（1980—），男，漢族，四川什邡人，研究生學(xué)歷，長期從事電力設(shè)備安全評(píng)估與監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)，數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，發(fā)表國內(nèi)外論文10余篇，獲得國家發(fā)明專利3項(xiàng)，新型專利10余項(xiàng)，是射頻振蕩波技術(shù)的發(fā)明及產(chǎn)品研制發(fā)起人。