馬新雷，張 媛

（國網(wǎng)西安供電公司亮麗電纜工程分公司，陜西 西安 710000）

1 電力電纜事故的危害

根據(jù)國家電力系統(tǒng)有關部門的安全事故分析，全國多次發(fā)生的隧道、溝道火災事故，90%是由電纜過溫導致著火或放炮等引起的，進而出現(xiàn)大面積停電、停水、停氣現(xiàn)象，造成企事業(yè)單位被迫停產，且在短時間內無法恢復生產。比如：上海寶鋼99年隧道電纜著火引發(fā)的火災，損失了數(shù)億元；西安市蓮湖路溝道電纜的突發(fā)性爆炸；2002年10月，廣東韶關發(fā)電廠多年的老電纜爆發(fā)了一次火災事故，損失慘重；2004年7月，湖南湘譚市雙扶煤礦井下發(fā)生電纜著火事故，造成6人死亡，3人下落不明；2004年11月，河北省沙河鐵礦因電纜著火引起了爆炸，造成68人遇難；2005年，湘鋼電纜對接頭事故造成停電、停水、停氣；2006年吉林局220 kV電纜本體事故；2007年國華電廠電纜事故造成停機。

2 電力電纜在線監(jiān)測的現(xiàn)實內涵

電力電纜在線監(jiān)測技術應用范圍廣且功能多元，目前深受各行業(yè)領域的關注。究其原因，主要包括以下幾個方面。原有停電預防性試驗不能適應社會的發(fā)展和要求；電纜在線監(jiān)測技術越來越成熟，并得到了推廣應用；在線監(jiān)測技術將降低電纜維護成本，提高利用率；可系統(tǒng)地反饋設備的質量信息，提高產品的可靠性；能夠為電力電纜的實際狀態(tài)和故障維修提供可靠的技術和理論依據(jù)。

雖然電力電纜在線監(jiān)測現(xiàn)實內涵豐富且應用范圍極廣，但是業(yè)界關注的核心只有一個，即跟蹤監(jiān)測運行電力電纜的絕緣性，爭取在第一時間發(fā)現(xiàn)故障并及時處理，避免造成更大事故和損失[1]。

3 電力電纜在線監(jiān)測的方法

3.1 直流疊加法

通過給運行中的電纜施加較低的直流電壓10～50 V（護套5 V），在電纜金屬屏蔽層接地處檢測電纜的泄漏電流，從而判斷電纜的絕緣狀況。直流疊加法原理，如圖1所示。

圖1 直流疊加法原理

針對主絕緣：當Rg＞1 000 MΩ時，絕緣性能良好；當100 MΩ＜Rg＜1 000 MΩ時，絕緣出現(xiàn)輕度問題，仍可繼續(xù)使用；當10 MΩ＜Rg＜100 MΩ，絕緣出現(xiàn)中度問題，應時刻關注，也可繼續(xù)使用；當Rg＜10 MΩ，絕緣出現(xiàn)嚴重問題，應停電檢修或更換電纜。

針對護套：Rg＞1 000 MΩ，性能良好；Rg＜1 000 MΩ，性能不良。

3.2 直流分量法

實際上，交聯(lián)聚乙烯電纜中存在樹枝化絕緣缺陷，這種缺陷能夠在交流正負半周中表現(xiàn)出不同于正常電荷注入和中和特性的樹枝化特性，其中還包括水樹枝化特性和電樹枝化特性。直流分量法原理，如圖2所示。在長時間交流工作電壓反復作用下，樹枝化的前端會積聚大量負電荷，導致負電荷逐漸向弱電方飄逸，進而產生新的整流效應[2]。換言之，整流效應的存在會導致電纜接地線交流電流中的微弱直流成分顯現(xiàn)，可通過檢測這種直流成份對電纜的絕緣劣化程度進行診斷。根據(jù)國外檢測經驗和有關資料，測得的電流大于100 nA為不良，10～100 nA為需注意（嚴重）；1～10 nA為需注意（輕度）；小于1 nA為良好。

圖2 直流分量法原理

3.3 低頻疊加法

低頻疊加法是在電纜上施加低頻電壓（7.5 Hz，20 V），從接地端檢測低頻電流并分離出和電壓同相的有功電流分量，然后求得絕緣電阻，據(jù)此判斷電纜老化程度。低頻疊加法原理，如圖3所示。

圖3 低頻疊加法原理

3.4 低頻分量法

水樹枝除了會產生直流成分外，在電纜的泄漏電流中也含有低頻成分。根據(jù)頻譜分析，頻率在10 Hz以下特別是在3 Hz以下，幅度較大，如圖4所示。故障可在電纜接地線中監(jiān)測低頻成分進行診斷，但是該低頻電流是納安級的，因此檢測難度較大。

圖4 低頻成分電流的頻譜分析

3.5 交流疊加法

交流疊加法是將頻率的2倍（100 Hz）50 V電壓疊加于電纜屏蔽層，以得到針對100 Hz劣化信息的方法。交流疊加法原理，如圖5所示。在水樹枝老化的電纜上，101.4 Hz時測出的電流幅值最大。當疊加電流大于10 nA時，判定為不良，如圖6所示。

圖5 交流疊加法原理

圖6 交流疊加法電流與頻率關系

3.6 電橋法

用電橋測量絕緣電阻，原理如圖7所示。調節(jié)R4使電橋平衡，這時U0=0，則R1=（E1-U4）R2/U4。設E1=20 V，U4=1 mV，R2=50 MΩ，R1最大可測到100 000 MΩ（0.2 nA的分辨率）。E0是用來消除電纜防護層和地之間的反應。E1一般小于50 V。

圖7 電橋法原理圖

3.7 接地線電流法

接地電流法是根據(jù)XLPE電纜伴隨水樹枝老化出現(xiàn)電容量和tanδ增加的傾向，在接地線端檢測其接地電流。接地電流的大小和電纜的長短有關，但是當電流較大時，要用鉗形電流計進行測量。這種方法對趨勢化管理較為理想。

3.8 局部放電法

局部放電法主要通過絕緣介質的局部重復擊穿和熄滅現(xiàn)象進行放電，一般發(fā)生在電纜局部缺陷位置，但是它的放電量較小，在放電初期基本不會影響到電力電纜本身，也不會削弱其絕緣能力。如果長期發(fā)生放電現(xiàn)象，可能會導致電纜絕緣部分受損，縮短電纜壽命。具體來講，電脈沖是局部放電伴隨而來的放電現(xiàn)象之一，發(fā)出的電磁波同時放射光、熱、聲和噪音等自然現(xiàn)象。此時，要采用局部放電量法配合電磁波法、脈沖電流檢測法、超聲波發(fā)以及振動加速度法展開深入分析。目前，應用最多的是電纜中間絕緣連接盒的差分法和預制中間連接接頭電磁耦合法[3]。樹枝初期局部放電量約0.1 pC，0.5 mm樹枝放電量超過100 pC。

3.9 tanδ法

電纜在線測量介質損耗角正切值（tanδ）的方法和容性設備的tanδ測量方法基本相同，是基于電壓互感器計量端提取電壓信號，并利用專用的高精度電流傳感器獲取電流傳感器電纜接地線工頻電流信號內容，然后通過處理計算出tanδ。但是，必須注意電纜的結構。目前，對用tanδ以有效測量電纜絕緣老化缺陷問題這一技術還存在諸多爭議。有的研究者認為它可以反映電纜絕緣缺陷的平均程度，有的研究者認為它反映的是電纜絕緣普遍性缺陷，有的研究者認為它只能反映電纜的吸水程度，有的人認為它可以反映絕緣受潮、劣化等缺陷。它的判斷標準：小于0.2%為絕緣良好；0.2%～5%為有水樹枝形成；大于5%為水樹枝明顯增多。

3.10 在線測溫法

電力電纜的溫度通常和電纜的載流能力、局部絕緣受損、導體接觸電阻以及電纜的敷設環(huán)境等有關。通過實時檢測電纜每一點的溫度和變化情況，可對電纜的負荷量進行控制，可對電纜某一點的絕緣受損或導體接觸不良而導致溫度上升的變化情況進行精確定位，可對電纜周邊環(huán)境特別是靠近電纜的熱力管道和其他熱源對電纜影響進行監(jiān)控。電纜溫度監(jiān)測的方法是從纜式感溫到纜式測溫/點式測溫到分布式光纖測溫。目前，比較理想的方法是采用分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)，判斷標準根據(jù)電纜本身的出廠參數(shù)而定。

3.11 在線故障法

如果電力電纜中的某一點出現(xiàn)絕緣受損，就會表現(xiàn)出間歇性瞬間閃絡放電，如常見的過電壓、過熱等。目前，國內采用的是中心點不接地供電系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)本身存在巨大缺陷。例如，電纜出現(xiàn)嚴重故障后還能運行數(shù)十分鐘或數(shù)小時，會導致電力電纜系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的故障后果。電纜故障在線測量采用行波原理，通過電纜接地線實時在線測量故障的出現(xiàn)，并及時檢測出故障點的具體位置，同時通過圖、文、聲、光進行故障上報。

4 結 論

針對講述的11種電力電纜在線監(jiān)測方法，目前多數(shù)只是試驗室方法，真正能應用到實際現(xiàn)場并有效推廣有在線溫度、在線故障、接地電流、介質損耗和局部放電等。雖然這幾種方法都有缺點，但是不會影響正常使用，因為在線測量數(shù)據(jù)完全可以說明電纜的缺陷程度。