胡誠成， 洪寧寧， 倪 勇

（上海電纜研究所有限公司 特種電纜技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200093）

0 引 言

擠包絕緣電纜（以下簡稱電纜）擔(dān)任著電力、數(shù)據(jù)和信號的傳輸重任，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可或缺的關(guān)鍵元件。 鑒于目前其巨大的市場保有量與未來可期的增量，高可靠性與長壽命的電纜已經(jīng)成為重大裝備與工程的發(fā)展目標(biāo)和緊迫需求，這對傳統(tǒng)的故障監(jiān)測手段提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如何高效地進(jìn)行電纜狀態(tài)監(jiān)測是目前亟待解決的重要問題。

目前，國內(nèi)電纜的監(jiān)測及評估技術(shù)遠(yuǎn)落后于制造及應(yīng)用技術(shù)。 國外早在20 世紀(jì)中期就開展了關(guān)于電纜絕緣薄弱點(diǎn)檢測和長期老化在線監(jiān)測的研究，時至今日研究范圍不再局限于陸地電纜，已經(jīng)擴(kuò)大到核電、機(jī)車和航空航天等領(lǐng)域，監(jiān)測手段與準(zhǔn)確性也趨于成熟。 反觀國內(nèi)，電纜在線狀態(tài)監(jiān)測的設(shè)備基本依賴于進(jìn)口，手段也基本參照美國電子電氣工程師協(xié)會絕緣導(dǎo)體委員會推薦的《運(yùn)行老化的69 kV和115 kV XLPE 電纜》一文及NB／T 20421—2017《核電廠安全重要電纜狀態(tài)監(jiān)測方法》［1］、NB／T 20087—2012《核電廠安全重要儀表和控制電纜老化管理指南》［2］、GB／Z 28820.3—2012《聚合物長期輻射老化第三部分：低壓電纜材料在役監(jiān)測程序》［3］、GB／T 11026—2012《電氣絕緣材料》［4］等相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和以國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）為代表的機(jī)構(gòu)制定的關(guān)于核電站電纜系統(tǒng)的老化評估與管理技術(shù)文件。 對于不同領(lǐng)域的電纜，監(jiān)測手段基本相同。電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展受限也會制約電纜壽命評估技術(shù)及老化管理技術(shù)的發(fā)展，故監(jiān)測技術(shù)的更新迭代和可靠性驗(yàn)證為重中之重。

電纜故障的主要原因是絕緣性能下降導(dǎo)致電纜被擊穿［5-7］，造成絕緣性能降低或喪失的原因較多［8］，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)歸納，主要包括機(jī)械損傷、絕緣受潮、化學(xué)腐蝕、超常熱源或輻射，及長期超負(fù)荷運(yùn)行等情況。 一般而言，電纜故障頻發(fā)于某些人為因素，大多數(shù)情況下可以減少甚至避免，但是電纜長期運(yùn)行導(dǎo)致本體特別是絕緣的正常老化是不可避免的，所以科學(xué)地監(jiān)測電纜老化狀態(tài)，并及時更換或維修即將失效的老化電纜也是預(yù)判并防止故障發(fā)生的關(guān)鍵。

本文對目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用的電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行介紹。

1 電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

狀態(tài)監(jiān)測指為評估電纜的運(yùn)行狀態(tài)及可靠性而進(jìn)行的工作，通常使用一個或者多個參數(shù)來評估電纜狀態(tài)，稱為狀態(tài)指標(biāo)，用來表征電纜絕緣材料老化或者劣化的程度［9］。 實(shí)施有效的狀態(tài)監(jiān)測能夠識別出電纜在長期運(yùn)行的過程中沒有明顯宏觀表現(xiàn)出的老化現(xiàn)象，可以為初步的故障排除提供依據(jù)與參照，為壽命評估與風(fēng)險(xiǎn)控制打下基礎(chǔ)。 目前，電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的種類非常多，大部分的監(jiān)測方法在NB／T 20421—2017《核電廠安全重要電纜狀態(tài)監(jiān)測方法》、NB／T 20087—2012《核電廠安全重要儀表和控制電纜老化管理指南》與GB／T 11026—2012《電氣絕緣材料》中均有詳細(xì)介紹，按取樣方式分為有損、微損和無損的模式；按監(jiān)測手段分為在線與離線的模式。

1.1 有損狀態(tài)監(jiān)測方法

1.1.1 拉伸測試

電纜材料在長期運(yùn)行過程中會因老化引起材料延展特性逐步喪失，故可通過測量材料的斷裂伸長率來評估電纜老化的狀態(tài)。 斷裂伸長率定義為試樣拉伸至斷裂時，標(biāo)記距離的增量與標(biāo)記距離的百分比，它是測量材料的柔韌性與完整機(jī)械性能損失的指標(biāo)，具體測試方法可參照ASTM D638—2014《塑料拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。 但是拉伸測試本身是一個破壞性試驗(yàn)，對于實(shí)施留樣的電纜系統(tǒng)可以對其取樣并通過拉伸測試測量其斷裂伸長率。 拉伸測試目前仍然是行業(yè)所認(rèn)可的推斷在役電纜老化狀態(tài)最可靠的方法。 然而對于無留樣的在役電纜的老化監(jiān)測而言，只能在試驗(yàn)室中用其他無損狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)來測量，并將所得結(jié)果建立相關(guān)性。

1.1.2 擊穿強(qiáng)度測試

擊穿強(qiáng)度通常用來表征電纜絕緣材料的電性能，具體測試方法可參照GB／T 1408—2016 《絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法》或GB／T 1695—2005《硫化橡膠工頻擊穿電壓強(qiáng)度和耐電壓的測定方法》。通常來說，絕緣材料的擊穿強(qiáng)度會隨著老化的加劇呈線性下降的趨勢，當(dāng)達(dá)到某一臨界點(diǎn)時，擊穿強(qiáng)度或呈加速下降的狀態(tài)，以此判斷失效臨界點(diǎn)。 老化過程中，由于分子鏈被氧化和降解，晶區(qū)結(jié)構(gòu)被破壞，從而大大降低其本征擊穿強(qiáng)度。 此外，材料本身的缺陷（如氣泡、氣隙、分散不均等問題）也會造成擊穿。 威布爾統(tǒng)計(jì)分布是研究電纜擊穿強(qiáng)度的一個重要的手段，通過威布爾分布分析，可以研究絕緣材料擊穿強(qiáng)度分布與絕緣老化、材料本身缺陷等相關(guān)性，以便為在役電纜的更換和維修周期提供借鑒。但是對于一些低壓電纜或部分動力電纜來說并不適用，其本身對材料擊穿性能要求不高，故不能通過擊穿性能的變化來判斷其運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 微損狀態(tài)監(jiān)測方法

1.2.1 密度測試

當(dāng)聚合物絕緣材料在空氣中老化時，氧化反應(yīng)在老化過程中起主導(dǎo)作用。 氧化反應(yīng)包含主鏈斷裂和過交聯(lián)的混合過程，通常初步老化伴隨著過交聯(lián)而導(dǎo)致密度的增加，隨著老化的進(jìn)一步進(jìn)行，過交聯(lián)伴隨著主鏈鏈斷的發(fā)生而導(dǎo)致密度緩慢增加，直至達(dá)到一個平衡狀態(tài)，密度達(dá)到相對峰值，最后鏈斷加速發(fā)生而導(dǎo)致密度快速下降。 所以通過對電纜絕緣材料密度的監(jiān)測可以大致判斷電纜的老化狀態(tài)。 目前直接測量密度的方法一般有阿基米德法和密度梯度法；間接測量密度的方法有聲速法。 聲波在聚合物的傳播速率與材料的密度和彈性模量有關(guān)，但是在電纜中，聲音的傳播速率也與電纜結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此，聲速法存在一定的局限性，因?yàn)閷τ趶?fù)雜的電纜結(jié)構(gòu)聲速法并不適用，可靠性低。 目前，電纜行業(yè)通常應(yīng)用的具體測試方法參照GB／T 2951—2008《電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法》。

1.2.2 氧化誘導(dǎo)測試

為了延緩電纜熱氧老化的進(jìn)程，保證電纜的設(shè)計(jì)使用壽命，電纜絕緣材料在生產(chǎn)過程中加入抗氧劑用來延緩絕緣材料氧化周期。 但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，隨著時間的推移，絕緣材料中的抗氧劑會遷移到表面或者慢慢降解至消失。 抗氧劑的減少會加速絕緣材料的熱老化，導(dǎo)致電纜未能達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命。 通常氧化誘導(dǎo)測試分為氧化誘導(dǎo)時間測量和氧化誘導(dǎo)溫度測量，用差示掃描量熱儀來測定，具體可參照ISO 11357.6—2018《塑料 差示掃描量熱法第六部分：氧化誘導(dǎo)時間和氧化誘導(dǎo)溫度的測定》或GB／T 2951—2008《電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法》中的方法。 其測試原理是將試樣在惰性氣氛中等速升溫至預(yù)定的溫度后，將惰性氣氛轉(zhuǎn)換為氧氣直至發(fā)生氧化反應(yīng)。 從切換氣氛至發(fā)生氧化反應(yīng)所需要的時間，即為氧化誘導(dǎo)時間。 氧化誘導(dǎo)溫度則是判定絕緣材料在等速升溫的氧氣氛圍下直至發(fā)生氧化反應(yīng)時對應(yīng)的溫度，其原理是與氧化誘導(dǎo)時間是一致的，只是經(jīng)過了時溫等效的換算。通常來說，氧化誘導(dǎo)時間越長或氧化誘導(dǎo)溫度越高說明絕緣材料熱穩(wěn)定性能越優(yōu)良，電纜運(yùn)行可靠性越強(qiáng)。 相對于最常見的拉伸強(qiáng)度測試來說，氧化誘導(dǎo)期測試所需要的試樣量非常少，近乎等同于無損測試，因此可直接從在役電纜上取樣而不至于影響其正常運(yùn)行性能。 陳昕［6］對單一熱老化條件下的交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣試樣進(jìn)行氧化誘導(dǎo)試驗(yàn)，結(jié)果表明：XLPE 氧化誘導(dǎo)時間隨著老化程度的增加而明顯縮短，在熱老化環(huán)境中，XLPE 會發(fā)生降解并生成大量自由基，而作為催化劑的自由基會進(jìn)一步引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使得分子鏈交聯(lián)程度不斷降低，從而降低了絕緣材料的抗氧化能力和熱穩(wěn)定性，縮短了氧化誘導(dǎo)期。 但氧化誘導(dǎo)期測試缺點(diǎn)和局限性也非常明顯，首先氧化誘導(dǎo)期測試可能會受到材料熱歷史的影響從而干擾測試曲線；其次不含抗氧劑的材料不存在氧化誘導(dǎo)現(xiàn)象，所以它只能針對含有抗氧劑的絕緣材料，因此，其通用性受到了限制，需要與其他監(jiān)測手段協(xié)同使用。

1.2.3 起始降解溫度測試

電纜絕緣材料的老化不可避免，其材料的起始降解溫度會隨著老化的加劇而降低。 采用熱重分析法（TG）測試絕緣材料的起始降解溫度，按GB／T 14837.1—2014《橡膠和橡膠制品 熱重分析法測定硫化膠和未硫化膠的成分第一部分：丁二烯橡膠、乙烯-丙烯二元和三元共聚物、異丁烯-異戊二烯橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠》來進(jìn)行，在恒定升溫速率的空氣或氧氣條件下，對比不同老化階段的絕緣材料起始降解溫度來監(jiān)測其老化狀態(tài)。 TG可以突破熱分析法（DSC）中對是否含有抗氧劑的局限，此外也無熱歷史對曲線干擾的影響。 但TG也有其本身的缺陷，無法適用于含有大量增塑劑的絕緣材料，如聚氯乙烯（PVC）材料。 因?yàn)樵鏊軇┑膿]發(fā)通常先于聚合物的降解，增塑劑揮發(fā)的溫度區(qū)間與聚合物的起始降解溫度區(qū)間重疊而無法區(qū)分。雖然目前針對此類狀況可以用減小升溫速率來降低影響，但是低升溫速率會造成測試的重復(fù)性減弱，不確定性增加。 因此，TG 在實(shí)際使用中可以和DSC形成互補(bǔ)參照。

1.2.4 熱降解活化能測試

電纜高分子材料的熱降解通常是外部或?qū)w熱源和有氧環(huán)境共同作用的結(jié)果。 熱源能量激發(fā)高分子材料越過其自身的化學(xué)鍵能壘，以實(shí)現(xiàn)后續(xù)有氧反應(yīng)。 而熱降解活化能是高分子材料吸收熱能后越過化學(xué)鍵能壘，實(shí)現(xiàn)熱降解的難易程度的表征［10］。一般來說，電纜材料的熱降解活化能隨著老化的進(jìn)程而逐漸減小，因?yàn)槔匣^程會伴隨著抗氧劑的揮發(fā)及材料本身抗氧能力的衰弱，從而表現(xiàn)為材料在吸收外在熱源后更易越過化學(xué)鍵能壘而降解。 目前，熱降解活化能的測試一般參照ISO 11358-2—2014《塑料 高聚物的熱重分析法（TG） 第2 部分：活化能測定》來進(jìn)行，使用熱失重測試不同升溫速率下在同一失重率時的絕對溫度，再基于Arrhenius公式得出表征材料性能老化程度與溫度、活化能之間的關(guān)系為

式中，K 為反應(yīng)速率常數(shù)，s-1；R 為摩爾氣體常數(shù)，J·mol-1·K-1；Ea為活化能，kJ·mol-1；T 為熱力學(xué)溫度，K。 建立材料的不同老化程度與降解活化能之間的關(guān)系，可監(jiān)測電纜老化狀態(tài)。 此方法同樣使用TG 測試，故與起始降解溫度測試法有同樣的局限性，對含有大量增塑劑的絕緣材料無法適用，比如PVC 材料。

1.2.5 凝膠含量測試

高分子絕緣材料在制備過程中的交聯(lián)，顯著提高了材料的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和電性能，對材料的耐熱性也有明顯提高。 以XLPE 為例，交聯(lián)過程使得XLPE 的長期使用的耐熱溫度由70 ℃升至90 ℃。 通過研究絕緣材料在熱老化過程中，交聯(lián)度和交聯(lián)點(diǎn)之間鏈段相對分子質(zhì)量的變化，可以得到交聯(lián)度和熱老化的相關(guān)性。 通常使用平衡溶脹法測凝膠含量，從而表征交聯(lián)度。 具體測試方法參照ASTM D2765—2011《交聯(lián)乙烯塑料凝膠含量和膨脹率測定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。

通過大量研究發(fā)現(xiàn)，XLPE 的熱老化分為3 個階段：①在XLPE 老化前期溫度升高破壞了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，生成了較多的分子鏈段，交聯(lián)點(diǎn)之間鏈段相對分子質(zhì)量增加，凝膠含量降低；②由于熱氧老化持續(xù)作用，XLPE 同時發(fā)生裂解和交聯(lián)兩種反應(yīng)，且形成競爭機(jī)制，裂解作用產(chǎn)生短分子鏈段和大量自由基，自由基通過鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)可形成新的交聯(lián)點(diǎn)，交聯(lián)點(diǎn)之間鏈段相對分子質(zhì)量有所降低，凝膠含量略微增加；③隨著熱效應(yīng)大量累積，XLPE 交聯(lián)結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，完全老化，交聯(lián)點(diǎn)之間鏈段相對分子質(zhì)量進(jìn)一步降低，凝膠含量持續(xù)增加。

1.3 無損狀態(tài)監(jiān)測方法

1.3.1 壓痕模量測試

長期運(yùn)行的電纜隨著時間的推移會喪失延展性，其材料隨著老化效應(yīng)的積累而變硬也是長期在役電纜的宏觀表現(xiàn)之一。 壓痕模量是探頭對材料施加壓縮應(yīng)力與材料自身產(chǎn)生的應(yīng)變之比，反映了電纜絕緣材料或護(hù)套材料硬度的一種機(jī)械特性，因此可以用該指標(biāo)來監(jiān)測電纜材料，特別是護(hù)套材料的老化狀態(tài)。 對于低壓電纜和部分動力電纜來說，其本身歐姆發(fā)熱量少，電纜承受的老化主要來自外部環(huán)境，護(hù)套老化會先于絕緣老化，因此壓痕模量測試技術(shù)能有效監(jiān)測這類電纜的老化狀態(tài)。 具體測試方法參照NB／T 20421.2—2017《核電廠安全重要電纜狀態(tài)監(jiān)測方法 第二部分：壓痕模量》。 劉韜等［11］開發(fā)了基于壓痕模量且適用于核電廠低壓電纜老化狀態(tài)評估的監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用AM3517 作為主控芯片進(jìn)行系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理，利用伺服電機(jī)和傳感器作為運(yùn)動及控制手段，配合線性擬合計(jì)算法得到被測電纜護(hù)套的壓痕模量。 經(jīng)驗(yàn)證明，壓痕模量測試是一種可對在役電纜進(jìn)行的無損監(jiān)測技術(shù)，但不適用于經(jīng)輻照老化的PVC 護(hù)套材料的電纜。

1.3.2 紅外光譜法

聚合物在老化的過程中，其特征官能團(tuán)羰基、羥基和羧基等均會發(fā)生變化，所以紅外光譜法測試也常用于老化狀態(tài)監(jiān)測中對于材料官能團(tuán)變化的監(jiān)測，具體測試方法參照GB／T 6040—2019《紅外光譜分析方法通則》。 經(jīng)驗(yàn)表明，電纜絕緣材料XLPE在熱老化過程中會產(chǎn)生羰基， 羰基指數(shù)（將1740 cm-1附近的羰基吸光度與不隨電纜老化而變化的2010 cm-1處的吸光度的比值）的增量是表征電纜絕緣老化程度的指標(biāo)。 雖然紅外光譜法為無損檢測且操作簡便，但是局限性也較大，比如不適用有炭黑填充的材料，及老化后其羰基指數(shù)變化不敏感的材料。 因此，采用紅外光譜法對電纜絕緣老化監(jiān)測的意義定性多于定量。

1.3.3 絕緣電阻測量

絕緣電阻表征絕緣材料的一種電絕緣特性，反映在一定直流電壓下穩(wěn)定傳導(dǎo)電流的大小。 在恒定直流電壓下，電流強(qiáng)度與絕緣電阻呈反向相關(guān)性。絕緣電阻是監(jiān)測電纜絕緣特性的一個重要指標(biāo)，可以清晰地了解電纜的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障并及時處理隱患。 主流測量絕緣電阻的方法有兩種：高阻計(jì)法和兆歐表法。 具體測試方法可參照GB／T 3048—2007《電線電纜電性能試驗(yàn)方法》。 通常情況下，考慮便捷與成本，現(xiàn)場普遍采用兆歐表進(jìn)行測試，此法一般作為一種前期監(jiān)測手段，是對局部電纜絕緣性能的檢測，可以用于定性的判別，較難與緩慢的老化過程建立直接的相關(guān)性。

1.3.4 工頻介電常數(shù)與介電損耗

工頻介電常數(shù)與介電損耗為工業(yè)用參數(shù)。 一般常見的高分子絕緣材料的介電常數(shù)在2 ～4 之間，隨著老化過程的持續(xù)會生成比較多的極性基團(tuán)，材料的介電常數(shù)會逐漸增加。 介電損耗則是表征在穩(wěn)定頻率的外部交流電場作用下，引起的一種滯后的介電性能［12］，這種滯后的現(xiàn)象通常被稱為介電松弛，用損耗角正切tan δ 表示。 具體測試方法參照GB／T 1409—2006《測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波波長在內(nèi)）下電容率和介電損耗因數(shù)的推薦方法》。 介電損耗隨著老化時間的增加逐漸增大，因此可以研究高分子絕緣材料的介電常數(shù)與階段損耗是否與老化過程存在線性相關(guān)性，以此作為針對不同材料老化程度的判別指標(biāo)。 但此方法也有局限性，并不適用于高介電常數(shù)的半導(dǎo)電材料和某些電纜附件使用的應(yīng)力管的老化監(jiān)測。

1.3.5 介電頻譜測試

介電響應(yīng)技術(shù)始于20 世紀(jì)90 年代，作為一種無損的絕緣狀態(tài)診斷方法，其主要特點(diǎn)是可獲取的信息量大且抗干擾能力強(qiáng)［13］。 利用該技術(shù)可以對電纜絕緣性能進(jìn)行在線檢測，并獲取絕緣老化程度及絕緣中含水量等重要信息，因此，介電響應(yīng)技術(shù)作為診斷電纜絕緣性能的工具是非常適合的。 介電頻譜法是一種在頻域內(nèi)且基于介電響應(yīng)技術(shù)的檢測方法［14］。 介電頻譜法利用電介質(zhì)在交流電壓作用下會極化的特性，通過對待測電纜系統(tǒng)施加正弦交流電壓，測量電流與電壓的相位差，獲取介質(zhì)損耗角正切和相對介電常數(shù)等與頻率有關(guān)的極化參數(shù)，并觀測其數(shù)值的變化情況，同時溫度也會對絕緣材料的介電性能產(chǎn)生較大影響，因此介電頻譜被用來分析絕緣材料介電性能與頻率、老化時間和老化溫度之間的關(guān)系，借此判斷電纜的老化狀態(tài)。 周長亮［15］進(jìn)行了基于介電頻譜特性的低壓電纜橡膠絕緣老化程度評估方法的研究，并在加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對介電頻譜低頻區(qū)間進(jìn)行積分，得到老化狀態(tài)方程的特征值。 確定基準(zhǔn)溫度后，推導(dǎo)出不同老化溫度下的時間折算因數(shù)，通過擬合與折算的方法得出絕緣材料老化方程。 理論分析結(jié)合實(shí)際測量，其結(jié)果表明所測量的介電頻譜低頻區(qū)間積分值準(zhǔn)確度高、檢測效果好，驗(yàn)證了采用介電頻譜法分析電纜絕緣材料老化狀態(tài)的可行性。

1.3.6 核磁共振法

電纜絕緣材料XLPE 在持續(xù)熱效應(yīng)的作用下會發(fā)生老化降解，使得相對分子量降低、C—H 鍵減少并伴隨著氫原子化學(xué)環(huán)境的改變。 核磁共振技術(shù)就是通過氫原子核磁共振的特性，研究XLPE 中含氫量及氫原子狀態(tài)變化，從而研究XLPE 的熱老化行為。 楊帆等［16］基于微損的核磁共振法方法申請了《一種基于核磁共振的交聯(lián)聚乙烯電纜老化程度評估方法》的發(fā)明專利，專利號為CN102998323A，文獻(xiàn)［17］在此專利基礎(chǔ)上，從材料學(xué)的角度出發(fā)，采用核磁共振法分析了XLPE 的熱老化行為，發(fā)現(xiàn)了能表征XLPE 老化規(guī)律的特征量-縱向弛豫時間和波峰面積［17］。 試驗(yàn)結(jié)果表明，波峰面積隨著老化程度的增加而減小，在恒定的老化溫度下，波峰面積與老化時間呈線性關(guān)系，此外縱向弛豫時間也隨著老化程度增加而下降。 研究表明核磁共振法為監(jiān)測電纜老化狀態(tài)提供了科學(xué)依據(jù)。

1.3.7 X 射線衍射法

X 射線衍射法是目前嘗試的有區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)測的一種方法。 電纜絕緣材料XLPE 在老化過程中，除了宏觀表象發(fā)生改變外，微觀結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。分子鏈斷裂、自由基再交聯(lián)、分子鏈間內(nèi)應(yīng)力釋放等一系列復(fù)雜的過程，會引起相對分子質(zhì)量、結(jié)晶度和晶粒尺寸的變化。 研究表明：隨著XLPE 老化進(jìn)程的推移，電纜絕緣材料XLPE 的相對分子質(zhì)量微減，但仍舊保持在同一個數(shù)量級，可見相對分子質(zhì)量對不同老化程度并不敏感。 但隨著老化的進(jìn)行，材料晶粒尺寸會變小，老化樹枝的生長率會變慢，因此可以通過X 射線衍射法測得各晶面的衍射峰。 以XLPE 為例，XLPE 在老化過程中，其相對分子質(zhì)量、結(jié)晶度和晶粒尺寸均不能和老化過程呈相關(guān)關(guān)系，張圣博等［18］研究發(fā)現(xiàn)XLPE（200）晶面衍射峰強(qiáng)度隨著老化狀態(tài)的不同發(fā)生明顯的變化，可以此來評估絕緣材料的老化狀態(tài)［19］。

2 結(jié)束語

電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)非常繁多且各有優(yōu)劣，其中對電纜材料斷裂伸長率的監(jiān)測仍然是目前行業(yè)公認(rèn)最可靠的方法。 隨著行業(yè)的發(fā)展和手段的開發(fā)，在傳統(tǒng)監(jiān)測方法的基礎(chǔ)上，新型手段也日趨廣泛應(yīng)用，如X 射線衍射法、核磁共振法等。 目前行業(yè)主流更加傾向于無損在線監(jiān)測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室取樣分析技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)，可以達(dá)到互補(bǔ)的目的。 在線監(jiān)測主要目的是為了排除故障并對老化嚴(yán)重的電纜進(jìn)行及時的維修更換，而實(shí)驗(yàn)室取樣分析主要是為了檢測并收集電纜絕緣老化過程中相關(guān)性能特征值的大數(shù)據(jù)，為后期建立壽命評估模型提供數(shù)據(jù)支持。 但是目前因大數(shù)據(jù)的缺失與試驗(yàn)方法無法達(dá)成共識，造成電纜狀態(tài)監(jiān)測還沒有形成一個公認(rèn)的、通用的方法標(biāo)準(zhǔn)，所以未來還有3 個難題需要進(jìn)一步探討：

（1）針對不同的電纜絕緣老化影響因素，選擇與絕緣電纜料、電纜結(jié)構(gòu)，及運(yùn)行工況等相匹配的監(jiān)測手段。

（2）老化樹枝結(jié)構(gòu)發(fā)生時，絕緣電阻、介質(zhì)損耗、局部放電等電性能參數(shù)和氧化誘導(dǎo)溫度（時間）、起始降解溫度等熱性能參數(shù)的變化對老化樹枝結(jié)構(gòu)引發(fā)與生長的影響。

（3）其他監(jiān)測手段與斷裂伸長率測試的相關(guān)性、換算可行性和可靠性。