电力电缆绝缘在线检测技术的发展

2016-06-14赵娟娟国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心广州510530

山东工业技术 2016年10期

赵娟娟（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广州　510530）

电力电缆绝缘在线检测技术的发展

赵娟娟
（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广州510530）

电力电缆是电力系统的重要组成部分，随着企业对电力需求的不断增加，电力电缆的使用量也增加很多，现代企业生产对电力电缆运行的要求须是长期、安全和连续稳定的。本文通过对电力电缆发生绝缘故障的原因进行分析，并介绍电力电缆绝缘故障的几种检测方法，同时对各方法的有缺点就行比较分析，最后对电力电缆绝缘在线检测专利技术进行统计分析。

电力电缆；绝缘；在线；专利

1　概述

电力电缆的绝缘性能是影响电缆安全可靠运行的关键因素。长期以来，电力系统的运行采用定期预防试验制度，但常规预防性试验需要停电测试，不易及时发现设备的绝缘缺陷。对电力电缆绝缘进行在线监测可以把传感器技术引入测量系统，结合计算机技术实现检测的智能化、自动化。

国内外对电力电缆故障检测非常重视。日本学者进行了电缆直流分量与直流叠加的损耗在线监测的研究，新加坡是国际推行在线监测技术较好的国家。在国内，北京、福建、上海等地对电缆在线监测研究也有一定进展，北京地区对电缆实行在线监测的系统已经成功投运，且可对出入口实时监控。

2　电力电缆绝缘故障及检测方法

2.1故障原因

造成电缆故障的原因主要有以下几点：（1）机械损伤；（2）绝缘受潮；（3）绝缘老化变质；（4）过电压；（5）制作工艺不良。

2.2电缆绝缘故障的类型及检测方法

电缆绝缘主要有下列三种故障：一护套破损使得局部过热，加速绝缘老化；二绝缘损伤是得水分侵入，增加水树老化发生率；三腐蚀产生局放，电树枝出现。

电力电缆的故障检测方法很多，主要分为离线检测方法和在线检测方法。

2.2.1电力电缆绝缘离线检测技术

（1）介质损耗因素试验。介质损耗因素使用常采用介质损耗角正切值判断绝缘性能，但引起介质损耗因数变化的绝缘电缆种的水树枝的分散性较大，测量准确度不高。

（2）局部放电试验。局放试验缺点是现场试验时，电磁干扰会很大，局放信号和干扰信号难以分辨。

图1中,设定输入光场为Ein,输出光场为Eout,谐振腔内耦合区域前后的光场分别为E1和E2,耦合区域的耦合系数和透射系数分别为k和t。k与t满足k2+t2=1。输出端的光功率为Iout=|Eout|2,输出端的光功率为Iin=|Ein|2。φ代表谐振器的往返相位,L是谐振器周长,β是传播常数,φ=βL。那么反射式光波导谐振腔的传递函数表示为

（3）直流耐压试验。直流耐压试验的优点是设备轻便、可得到伏安曲线、高电压下缺陷容易发现，但对于高压橡塑电缆不宜做直流耐压试验。

（4）交流耐压试验。电力电缆交流电压试验常用的方法中超低频电压试验具有直流和工频试验的特点，气隙局放产生的损耗已被发现；串联谐振试验优点是试品被击穿时不存在暂态过电压，现场应用有较大灵活性，故障点过短路电流小；而变频谐振试验优点是可靠性、稳定性高，电压和频率的输出稳定，保护功能较完善，且系统过载能力强，可自动调谐，试品的长度几乎无限制。

2.2.2电力电缆绝缘在线检测技术

离线检测方法各有其优点，但最大的缺点是不能实时监测，使测量过程自动化、智能化。现有高压电力电缆绝缘在线检测方法主要有：

（1）直流叠加法。直流叠加法通过LC滤波器，将测试回路存在的交流成分滤除，只检测电缆的绝缘层上的微弱直流电流来监测绝缘情况。直流叠加法的主要问题是杂散电流变化大、电缆头表面泄漏电阻低，造成测量误差大。叠加电压法不适用于中性点直接接地的电网。

（2）直流分量法。直流分量法是通过外加交流电压情况下，监测电缆中水树枝放电引起的负电荷漂移而出现的直流分量，监测该分量判断电缆绝缘性能。直流分量法的优点是无需外加的电源、测量安全、简便，无需接触带电部分。但因直流分量较弱，易受外界的杂散电流影响，检测电流容易被干扰淹没。

（3）局部放电法。局部放电量可用于表征电力电缆的绝缘性能，但局放检测技术研究开发难度大，主要原因是；外界强电磁场干扰源很多，依赖硬件技术克服电磁干扰难度大；采集的信号量微弱，易被外界噪声所淹没；滤波器、放大器的使用使采集到的原始波形畸变，易导致误判；电缆绝缘劣化和运行的状态的判据缺乏等缺点。

（4）低频叠加法。低频叠加法需专用的7.5Hz低频电源，判断的标准决定于交流击穿电压和交流绝缘电阻的关系。低频叠加法优点是有较高诊断可靠性，缺点是使用时须注意电缆端部的工作状态，且只依据监测得到的损失电流情况容易得到“绝缘不良”的错误结果。

3　电力电缆绝缘在线检测专利技术现状分析

在CNABS数据库和SIPOABS数据库中以分类号结合电缆、绝缘、在线、带电、检测等关键词进行扩展检索，并将所得的所有专利文献为研究对象进行分析如下：

（1）专利申请国家。通过检索可知，中国的专利申请量远大于其他国家，处于世界的领先地位，日本和美国在电力电缆绝缘在线检测领域的专利申请量分别居于第二和第三位。由此可见，中国在电力电缆绝缘在线检测方面的研究规模已经很大。

（2）中国专利申请年份。通过检索可知，电力电缆绝缘在线检测专利技术的研究在中国呈增长趋势，随着电缆的广泛应用，电力电缆绝缘检测技术的研究和发展在国内会越来越得到重视。

（3）国内外主要的申请人。国内有关电力电缆绝缘在线检测的专利申请中，大部分都是来自高校和科研院所的申请，企业的申请量比较少。不过，国家电网公司对电力电缆绝缘在线检测技术的研究相当多，其在这方面申请的专利量居于国内首位，西安交通大学和重庆大学分别位居国内第二、第三的位置。而国外主要申请人中位居前三位的依次是美国的西屋电气公司，美国的IBM公司，加拿大的A ORTON HARRY E，随着电力电缆应用的推广，相信国外的一些国家对电力电缆绝缘在线检测技术的研究会越来越重视。