（1中国石油大庆炼化公司电仪运行中心 黑龙江大庆 163400；2抚顺石化工程建设有限公司 辽宁抚顺 113008；3中国石油哈尔滨石化分公司 黑龙江哈尔滨 150056）
摘要：随着我国经济实力的不断增长，人们对电力的需求日渐提高，供电质量也成为电力部门重要的考核指标。电力电缆作为电网运行不可或缺的组成部分，其举足轻重的地位不言而喻。由于大多数电缆铺设在地下，不仅不容易查找故障点位置，如果不能及时排除还会造成停电的风险。电缆绝缘在线监测可以实时监控电缆的运行状态，及时发现故障隐患，进行绝缘老化趋势分析，并预测电缆寿命，对电缆的可靠运行有深远的影响。因此，电力电缆绝缘在线监测势在必行。
关键词：电力电缆；绝缘在线监测；方法分析
1电力电缆故障分类
各项电力电缆故障并不是同一种类，在未对其进行明确划分的情况下，故障诊断和检测过程中会出现一系列问题。从时间角度进行划分，电力电缆故障主要分为运行故障和试验故障，在电力电缆运行过程中，会因故障问题运行不当，试验过程中还会因电缆绝缘问题出现故障；从故障部位的角度进行划分，需要对电缆中的重要部位进行分类，如本体、中间头、户内头、户外头是常见的故障发生部位。在电力电缆运行过程中，造成故障的原因不仅有人为因素，还有自然环境、绝缘老化和腐蚀等，这就需要根据责任的不同进行划分，短路、开路、接地和其他情况下，都需要确定故障的性质，才能够有效地处理这些故障，减少损失。
2电力电缆故障原因
造成电力电缆故障的原因有很多，这就需要电力技术人员做好电缆维护、快速检测定位等工作。在电力电缆实际运行过程中，常见的故障原因主要分成以下几种：第一，线路老化。通常情况下，电缆运行环境相对恶劣，常用的绝缘材料，如交联聚乙烯极易受到酸、碱、盐、水和微生物等影响，出现老化现象，在长期的发展中绝缘层会被击穿，引发短路和低阻故障。第二，机械损坏。埋地电缆事故是一种常见的事故，在电力电缆事故过程中，未经确认开展开挖、打桩等工作，以及重型车辆碾压都会引发电缆错位、扯拉变形等问题，进而引发电缆故障。第三，电缆接头制作不合理。在电缆接头未进行防潮措施、密封和接头电线连接压接不良、接头位置不合理的情况下，会引发电缆故障。第四，电缆施工安装不规范。在实际施工过程中，电力技术人员未按照相关要求进行施工，极易出现碰伤电缆、弯曲过度、电缆错位变形等问题，造成电缆故障。第五，自然因素。电力电缆极易受到各种自然因素的影响，如温度因素使得电缆出现涨缩，导致绝缘层外皮擦伤、导体中断，且雷电、狂风暴雨也会造成电缆故障。
3电力电缆绝缘在线监测方法的应用分析
在国外，日本早在20世纪80年代初就对电缆在线监测领域进行了探索，并开发了多种监测技术，如直流分量法和介电损耗法，为在线监测技术的发展打下了基础。西方国家也相继开展了大量电缆在线监测技术的相关研究，并制定了行业标准，也取得了丰硕的成果。在在线监测方面，我国的相关研究比较滞后。研究单位主要是高校和电力方面的科研院所，清华大学、上海交大、武汉高电压研究所等机构在这方面的研究上都取得了长足进展。
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图1直流分量法原理图
3.1直流法
当电缆中有树枝化缺陷时，电缆结构可以等效成一对尖板电极，电缆芯体相当于高电极，电缆屏蔽护套和接地线相当于低电极，在两者之间构成回路，形成整流效应，且产生的泄漏电流含有微量的直流分量。因此，这个泄漏电流直流分量可以反映出电缆树枝的存在，并且可通过直流分量的大小来判断绝缘的劣化程度。直流法可以进一步划分为直流分量法和直流叠加法两种在线监测方法。
3.1.1直流分量法
该方法原理是测量电缆接地线中泄漏电流的直流分量，将测量装置和电缆接地线相连，如图1所示。在工频电压下，同时存在较大的工频电流和微量的直流泄漏电流成分，所以需要通过滤波器滤去工频及干扰信号，只留下直流分量，再通过放大器进行放大，经模数转换后，由计算机处理分析。
优点：无需额外的电源，测量装置轻量化；测量时只连接电缆接地线，不接触电缆线芯带电部分，保障了工作人员的人身安全。
缺点：该方法存在很大的局限性。这是因为电缆屏蔽层与大地之间会形成分布性电容，产生大量的杂散电流，并且受电缆端部污秽程度的影响，加之被测电流的量级十分微小（纳安级），容易对测量信号形成干扰，导致测量精度不高。
3.1.2直流叠加法
此方法是将在低电压直流电源装置（通常取50V）与接地电压互感器中性点串联，利用并联电容和电感线圈滤去交流分量，之后采用灵敏系数高的设备来测量电缆中的直流分量，计算电缆的绝缘电阻并判断绝缘的劣化程度。
优点：该方法将正向和反向直流电动势叠加在电缆绝缘中，对产生的直流电流的差值进行数据分析处理。因此能够有效消除单向杂散干扰电流对监测数据的影响，本方法抗干扰能力较强；在高压系统中，电缆直流分量太小，不易被检测到，所以该方法只适用于监测中低压电缆绝缘系统。
缺点：电缆绝缘电阻与绝缘剩余寿命之间没有直接联系，并且具有很大的分散性，无法准确评估电缆绝缘的剩余寿命；不适用于高压电缆线路监测。
3.2交流叠加法
该方法是将101Hz的交流电压叠加在XLPE电缆的运行电压上，此时会产生1Hz的特征电流信息，通过测量系统的分析进而可评估电缆的绝缘老化程度。当叠加101.4Hz的交流电压时，绝缘老化的电缆将产生显著的特性电流，并且特性电流达到最大值，但是在没有老化问题的电缆中不会检测到该电流。
优点：安装检测过程简便快捷，不易受外界信号的干扰，检测结果精准度高。
缺点：该方法用于现场电缆绝缘监测的案例较少，缺少现场测量数据以及绝缘劣化的评估标准。
3.3介质损耗因数法
使用电压互感器测量电缆两端的电压，电流互感器测量通过绝缘层的泄漏电流，通过数字化测定器的处理，可以获得电流与电压信号的相位差δ，即介质损耗角。将δ做正切计算，得到电缆绝缘的损耗因数tanδ。该方法能够反映出电缆绝缘的老化程度，δ值与电缆树枝老化程度成正相关，δ值越小代表电缆绝缘状态越良好。
优点：tanδ反映的是电缆本身的介电损耗特性，与工况无关，因此该方法可以应用于所有电压等级的电缆，适用性强；可以有效避免工频信号和外界杂散信号的干扰，测量结果更接近实际值，准确性高。
缺点：该方法只能体现电缆绝缘的整体老化程度，不能得出局部的相关数据，因此其检测结果不够精准，适用范围有限。
3.4局部放电法
电缆发生局部放电时，我们可以利用放电点处产生的物理现象来评估电缆的绝缘状况。如监测电磁波和电脉冲及其反射信号的差分法、电磁耦合法、方向耦合法、超高频电容法和超高频电感法，监测声信号的超声波法，监测热信号的温度传感器法，监测化学信号的化学监测法等。
优点：采用传感器获取局放信号，不需改变电网的原有接线方式，检测设备安装简便；可以采用多种监测方法和多种类型的局部放电传感器联合检测，以减少误差，提高监测数据准确率。
缺点：强电磁场干扰源很多；采集的信号量微弱；缺少现场测量数据以及绝缘劣化的评估标准。
结束语
电缆绝缘在线监测系统需根据电缆的分布情况布置监测点，监测点数量相对较多，与之匹配的监控终端和系统通信节点都要相应增加，这从设备成本上就限制了该技术的发展。更有一些监测点需要在铺设电缆的同时布置，增加了老旧线路的改造困难；同时，要实现多点实时监测，这就对通信技术的高速传输和系统的稳定性提出了更高的要求。
参考文献：
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