高压电缆绝缘在线监测系统分析

张拓

摘 要 高压电缆是否可以有效绝缘，是电网顺利运行的重要保证。我国高压电缆应用领域广泛，比如矿区开采、资源开发等，而它在不同领域的应用，都可以用在线监测系统对其进行实时监测，监测高压电缆的绝缘情况。本文以高压电缆绝缘为切入点，从在线监测系统的角度进行分析。

关键词 高压电缆绝缘 直流叠加法 局部放电检测法

一、引言

随着我国电力使用量的增加，对高压电缆的绝缘以及建设提出了新的挑战，而电缆的安全与绝缘的保证，可以确保用电安全，满足人们的电力所需。一旦高压电缆的绝缘受到破坏，会引发单相接地故障，故用在线监测系统对其进行监测与分析可有效预防故障的出现，确保电网正常运行。

二、高压电缆的结构与绝缘故障的类型

（一）结构

高压电缆的组成包括导线、绝缘层与屏蔽层等，而导线中最常用的材料为金属铝或铜，因为其有良好的导电性，其能够保持化学性的稳定，可以在电能传输中大量使用，而绝缘层的作用是把电线芯与其他物质隔离，比如电压、空气等。而屏蔽层是阻隔外部环境对电缆的干扰，且屏蔽层中的铠装层可以缓和外部电压等对电缆的冲击，提升电缆的强度。该结构与应用系统的连接方式是，与供电系统连接，根据不同位置对电力的需求完成电力输送，提高电力传输的效率。

（二）故障

第一，电缆电阻引发的故障。当电缆因为外力出现绝缘层的破损后，会因为水、化学等不同因素的影响，让电缆的电阻低于特定电阻，形成高阻障碍。如果是电缆自身老化或因机械损坏，破坏了绝缘层的稳定后，电力电阻会明显下降，且超过特性阻抗的10倍，形成短路故障；电联内部的导电芯有良好的絕缘效果，但单相、数相的电线芯断开后，会让电缆的带载数量明显下降，形成断路故障。而如果同时出现多个故障，可以把它称为“混合性故障”。

第二，故障位置不同的故障类型。电缆自身的故障是厂家生产时，因为失误造成的电缆故障，或是在使用中因使用时间较长、外力损伤等因素导致的材料老化，而在整个电缆中接头处是发生故障最多的区域。[1]

引发这类故障的原因是，受电缆自身与附件的影响，电缆头部连接不畅等，或是电缆所在环境的变化，以及外力损伤、电力过度负载等。这类故障的出现可能引发高压电缆系统的故障，给电力的使用带来不便。

三、监测系统是对高压电缆绝缘状态的监测

基于上述故障，我们可以运用在线监测系统监测电缆的绝缘情况，以及时发现故障并进行维护。主要使用以下几种方法：

（一）直流叠加法

该方法是把电缆的直流电流叠加，得到整个电缆的直流电流，并根据直流电流的数值计算出绝缘电阻，并确定最佳的检测位置进行检测。其选择的检测位置是接地电压互感器的某个位置，二是电缆接线处，这两个点与直流电压连接后，电源、电压、传感器等会自动形成一个回路，通过电路中的电流与电压得到绝缘电阻。而检测的过程中，为保持电缆供电的稳定，避免传感器饱和，出现零序电压，检测人员选择的电源幅值应尽量缩小，不可以过高。

直流叠加法的不足是，不可以在中性点消弧线圈接地供电系统中使用，使用后得到的电阻数值不准确。

（二）局部放电测量法

如果电缆绝缘体受到破坏后引发局部放电，会对绝缘介质产生不利影响，让其老化甚至损坏，放电量的多少与绝缘层的变化呈正比。因此，在不同的电压环境中，对电缆的局部放电进行监测，能够了解绝缘介质老化的程度，判断电缆内是否有缺陷。而该方法具有的特点是检测的周期短，产生的波形复杂多变，很容易受到外部环境的干扰。[2]

其使用的方法有四种，分别是脉冲电流法、方向耦合法、超高频法、差分法等。首先，脉冲电流法可以得到局部放电最直接的参数，得到丰富的信息，包括相位、电量多少、发展规律等。其次，方向耦合法是运用方向耦合器得到局位置的放电信号，准确判断信号脉冲的来源，有良好的抗干扰能力，但它的不足是传感器直接与绝缘层接触，破坏绝缘层。再次，超高频法，其使用的是电容、电频耦合法，用于检测超高频段的放电信号，它使用后不会破坏电缆的绝缘层，可以使用多个传感器，保证了检测信号的精度。而它的两种方法中，电感耦合只可以用于附件的测量，要求把电缆弯成一定形状后才可以检测。最后，差分法是在电缆相接的地方粘贴一块金属箔，由金属箔、屏蔽层和电缆的绝缘层连接成电路，检测一定范围内的电信号，同时，这一方法也可以使用神经网络识别装置。这一方法的不足是检测时间较长，对电缆接头进行无缘处理后很难得到准确的电量或其他数值。

（三）低频叠加法

这一方法和交流叠加法有很多相似之处。它是在电缆的绝缘层上增加了一个低频交流电源，使其对地电容、地缘电阻等构成一个回路，得到相应的电阻。但它在检测的过程中，可能会因为电容降低影响检测结果，为了减少影响，消除工频信号对检测结果的干扰，采集到准确的信号，检测时应使用的频率是10Hz，并用相应的技术将干扰波过滤，保证检测的精度。如果频率过低，可能出现的情况是电流不响应，对精度的要求更高，而若是增加电源幅值，电网原有的绝缘参数就会发生改变，干扰耦合设备的正常使用。

（四）接地线电流测量方法

不论是电缆正常运行或是出现运行故障，都会在接地线的表面形成一层电流，根据电缆自身或是外部环境的变化，电缆投入使用后的一段时间，可能出现绝缘层劣化的情况，导致绝缘层损伤，使电流有明显的波动。

而除了上述四种方法外，其也可以用不同的方法检测。比如直流分压法和谐波分量法。首先，直流分量法主要在恶劣的环境中使用，当电缆绝缘层的水树枝、电树枝等方式发出电流后，交流电流就会整流，而绝缘层上水树枝的密集程度以及电树枝的长度越长，直流分量在电流中比例也就越大。其次，谐波分量法是对因电缆老化或其他因素产生的谐波分量，并根据电缆老化的程度监测谐波分量，这一方法会受其他因素的影响，无法在实际工作中应用。而场致发光法的使用，是针对绝缘介质凸起或有杂质的情况，及时根据电树枝的出现判断电缆是否恶化，如果恶化需及时处理，保持电缆的可靠。

四、结语

通过高压电缆绝缘故障的类型以及在线监测系统对其的检测，可以总结得出，用在线监测系统监测高压电缆，可对电缆系统提供实时监控，及时发现电缆故障，优化高压电缆的使用，保证电缆的绝缘效果，确保电缆在不同领域应用的安全性，为生产与发展提供助力，同时，也可以完善系统的功能，达到预期目标。

（作者单位为广西广缆科技集团有限公司）

参考文献

[1] 杨琳，田晓菲，吴德永，刘帅卓，王颖，吴小林.高压电缆附件局部放电在线监测系统设计[J].四川电力技术，2015，38（06）：18-22.

[2] 马振祺，刘克发，温定筠，赵军，江峰.超高压电缆局放在线监测局放信号提取技术研究及应用[J].电测与仪表，2016，53（18）：93-99.endprint