田軍明 詹紅生 方堃 劉瀟

摘要 頻域振蕩法是一種通過描述頻域阻抗特征的缺陷診斷方法，在電纜應(yīng)用中具有無破壞性，重復性好，缺陷識別準確度高，具備老化跟蹤定位的獨特優(yōu)勢。本篇通過分析頻域振蕩波譜法的原理及在XLPE電纜中的應(yīng)用關(guān)鍵點，討論了頻域振蕩波譜應(yīng)用到電力高壓設(shè)備在線監(jiān)測領(lǐng)域中的可行性。

【關(guān)鍵詞】頻域振蕩 頻域阻抗 缺陷 識別 老化定位

1 電纜故障定位的技術(shù)背景

電纜運維管理工作中最為關(guān)鍵的任務(wù)即故障查找。一旦發(fā)生停電事故，快速查找、挖掘和修復工作位置稱為檢修維護人員的首要任務(wù)。然而在故障查找中可能不可避免采取破壞性的手段，如高壓局放試驗，直流燒穿試驗等，用于故障定位的方法有時域反射波和聲學法等。

時域反射波是常見的電纜故障定位方法，通過給被試電纜施加上升沿或下降沿陡變的脈沖電壓，然后分析其反射電壓或電流的波形的時間差來計算故障位置。時域反射波是一種硬件結(jié)構(gòu)簡單，分析方法直觀，易懂的技術(shù)，但由于反射波易受衰減，因此對于反射波的識別容易混淆，尤其是應(yīng)用于長距離電纜的故障定位時。

聲學法一般和脈沖高壓源或直流源配合使用，目的是將故障點進行高壓激勵，使其產(chǎn)生放電信號，其中伴隨放電的聲噪被地面的聲學探測設(shè)備捕捉到。聲學探測法可以實現(xiàn)精確的定位，但是往往和時域反射波譜法配合使用，后者用于粗略定位，再聲學法在已鎖定區(qū)域進行故障偵測。以上兩種方法都伴隨著電纜的絕緣損失，也可能導致故障點以外的其他絕緣薄弱點的劣化程度加深。

2 電纜的老化檢測方法

老化和故障的概念不同，是指絕緣介質(zhì)的變化。通常老化采取介質(zhì)損失參數(shù)進行測量，但其檢測數(shù)據(jù)為電纜的整體平均指標，只能反映綜合健康狀態(tài)。受現(xiàn)場環(huán)境溫濕度影響，介質(zhì)損失測量的數(shù)據(jù)波動較大，因此實際應(yīng)用中并不是優(yōu)選技術(shù)手段。

隨著電纜故障率的增多，電纜的局部老化逐漸受到重視，典型為中間接頭的老化。由于中間接頭的電場分布極不均勻，發(fā)熱較其他位置偏高，因此老化速度加快，而這種老化有時候無法通過局放試驗表現(xiàn)出來。由于中間接頭的材料占整個電纜的長度比非常微小，接頭老化對整體介質(zhì)損失的貢獻量非常小，很難通過整體介質(zhì)損失參數(shù)反映局部區(qū)域的老化。

頻域阻抗法是一種通過微分向量分析的模式實現(xiàn)局部老化識別和定位的方法，近年來通過應(yīng)用逐步得到了認可，現(xiàn)就頻域阻抗法在電纜檢測中的優(yōu)缺點進行討論。

3 頻域阻抗及其振蕩特性

頻域阻抗分析法是一種等效阻抗元素的分析方法，由于電纜絕緣老化或劣化都會對本體等效元素產(chǎn)生影響，因此頻域阻抗分析法既可以表征缺陷，又可用于老化分析。

電纜的頻域阻抗具備頻域周期特性（如圖1），隨頻率增高呈現(xiàn)非線性衰減趨勢，根據(jù)老化或劣化程度不同，衰減趨勢和阻抗的連續(xù)性特征也因此不同，根據(jù)該現(xiàn)象可以實現(xiàn)局部老化或劣化的定位。關(guān)于捕捉老化缺陷位置的方法可以采用線性頻域變換，短時傅里葉（ STFT）等算法，這里不做深入分析。

電纜的老化或缺陷定位可通過微分阻抗的非連續(xù)點，或典型的突變點獲得，計算方法參考（1）式。

由（1）的算法，只要獲得了波速v和阻抗非連續(xù)點的頻率點f，即可獲得老化位置。

由圖2可見，57米為端點，11米處有個突變點，即老化點。通過將整個頻譜范圍的數(shù)據(jù)進行連續(xù)性分析后，可獲得多點老化定位信息，并可根據(jù)不同時間段多次測試結(jié)果得到任意局部位置的變化趨勢。

4 討論

頻域阻抗法解決了電纜局部老化無法探測，且無法實現(xiàn)定位的問題，但其自身的技術(shù)原理決定了并不能直接用于老化狀態(tài)的識別。現(xiàn)實應(yīng)用中應(yīng)盡可能安排多次測試的對比跟蹤，以便及時處理正在加速老化的區(qū)域。頻域阻抗法的另一個獨特優(yōu)勢是，不限于老化的區(qū)域，其可以是中間接頭，端頭或電纜本體的其他任意位置。從與故障定位的特性進行比較，頻域阻抗法由于自身的非破壞特性，并不能發(fā)現(xiàn)激勵高壓下的放電故障信號，由此頻域阻抗法與常規(guī)的故障定位技術(shù)并不沖突，反而可以根據(jù)實際需要互補利用。

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