摘要：电缆是电力系统中重要电气设备，电缆的安全运行关系到电力系统的稳定运行。目前，主要采用耐压试验进行电缆质量检测，但是无法发现受潮等问题，本文介绍了电缆介质阻抗谱检测的原理和方法，对该方法检测结果进行了分析。
关键词：电缆；绝缘受潮；介损
一、 引言
电缆是电力系统中重要电气设备，电缆的安全运行关系到电力系统的稳定运行。目前国内外各类离线或在线的检测手段和老化评估方法都比较偏向于定性分析，并且大多对测试环境和测试条件要求较高，所得参数指标较为单一，难以准确建立电学特征和理化特性之间的关系。因此，寻找和发展有效的测试技术，并基于相应的参数表征来进行电缆受潮绝缘状态诊断目前正在研究的技术手段。
二、电缆基本结构
电缆生产过程较为复杂，结构层较多，有近10层不同材质、厚度和硬度的材料环包形成，典型结构如图1.1所示。
图1.1 电缆结构示意图
（1）导体
电缆的导体通常用导电性好、由一定韧性、一定强度的高纯度铜或铝制成。导体截面常用的有圆形和扇形。较小截面（16平方以下）的导体有单根铜丝制成，较大截面（16平方及以上）的导体有多根铜丝分数层绞合制成，绞合时相邻两层的扭绞方向相反。
（2）内半导电层
内屏蔽是包覆在导体上的非金属电气屏蔽，与被屏蔽的导体等电位，并与绝缘层有良好的接触，使导体与绝缘界面表面光滑，从而避免了在导体与绝缘层之间发生局部放电。
（3）绝缘层
电缆的绝缘层用来使多芯导体间及导体与护套间相互隔离，并保证一定的电气耐压强度，它应有一定的耐热性能和稳定的绝缘质量。绝缘层的厚度与工作电压有关。一般来说，电压等级越高，绝缘层的厚度也越厚，但并不成正比例。
常用绝缘材料有三种：聚氯乙烯绝缘是一种热塑性材料，电缆最高运行温度只有70℃，常用于低压电缆。交联聚乙烯绝缘是一种热固性材料，电缆最高运行温度达90℃，高低压电缆均适用。橡胶绝缘，其突出优点是柔软，可挠性好，常用于移动用电场合。
（4）外半导电层
起到改善绝缘分布的作用，在绝缘表面和护套接触处，可能存在间隙，由此可能会引起局部放电，外半导电层与绝缘层有良好的接触，且与金属屏蔽层等电位，避免了绝缘层与护套之间发生局部放电。
（5）金属屏蔽层
电缆在运行时，电流比较大，周围会产生磁场，为不影响电缆正常运行，电铜屏蔽带导通电缆的对地电容电流。发生故障时，通过接地电流或短路电流，起到保护接地的作用。
（6）填充层
其作用是保护护套免受铠装层的损伤，同时起密封、防腐作用。
（7）内护层
内护层是包覆在电缆绝缘上的保护覆盖层，用以防止绝缘受潮、机械损伤、以及光和化学侵蚀性媒质等的作用。
（8）铠装层
铠装层的作用是增加电缆的抗拉、抗压的机制强度，使电缆得到保护，免遭机械损伤。钢带铠装一般采用双层绕包，这样有利于电缆弯曲。
（9）外护层
是铠装层外的防腐层，其作用是防止铠装层和金属护套遭受化学腐蚀，外护层一般由聚氯乙烯.聚乙烯采用挤包方式制成，具有耐油、防腐、防虫功能，在聚乙烯中添加一定量的阻燃剂，就有了一定的阻燃性能。
三、电缆介质阻抗谱检测原理
（1）介质阻抗谱
介质损耗是绝缘结构和绝缘材料品质的重要指标，因此介质损耗是判断电缆附件绝缘状况的较灵敏和有效的方法，特别对屏蔽层受损、绝缘层受潮、老化等分布性缺陷较为有效。而通过介质阻抗谱的扫描，能够更为全面的反映电缆的微观性能和更为本征的结构特性。对电缆附件或电缆本体的介质阻抗谱进行扫频（0.1Hz-100kHz）分析，可建立标准介质损耗及阻抗谱评价方法。
（2）伴生电流测量
传统的介电损耗因数、局放参数、直流漏电流等试验均以分项的形式来进行，试验项目具有较大的选择性。在保证各参数的准确性、灵敏度及测量范围的前提下，可通过对激励电压下伴生电流的一次测量来分离上述三类电学参数，即伴生电流测量。伴生电流检测是一种结合直流成分测量、介电损耗测量以及局部放电测量的新型绝缘诊断技术，该技术不但能够查明电缆材料的水树、电树发展、气隙缺陷、绝缘本体损伤以及电缆附件缺陷，并且对电缆材料老化的初期阶段，如电缆受潮、高分子解链、微气穴等同样具有较好的检测效果。通过合理的谐波成分分析、积分阻抗参数的选取和信号处理，可以在一次测量中快速完成直流成分测量、介电损耗测量以及局部放电测量，因而具有极高的绝缘性能诊断效率。此外，该方法不但能够离线地诊断电缆材料的老化特性，还能在线地对电缆系统的绝缘缺陷进行考核。
伴生电流是在绝缘材料电场作用下的本征电导电流、异常伴生电流以及局部放电电流的总体反映，其长期存在于材料老化和介质缺陷发展过程中。从宏观而言，伴生电流是电导极化电流、异常电导电流以及局部放电迁移电流的综合体现；从微观而言，它能够表征因材料本身因电、热及机械作用下的结构性变异、材料内部空间电荷重复注入、抽离引起的局域性损伤，以及放电电离引起的电树枝或碳化通道。在正常介电状态下，在激励下流过介质的电流维持在较低的材料本征电导电流水平；当绝缘状态不良时，则会有明显的伴生电流发生，其幅值和波形特征也随着故障或老化发展而发生变化。
通过对伴生电流的测量和分析，不但能够获得因绝缘损伤或故障引起局部放电的参量，还可以表征因绝缘材料老化引起的异常电导电流和异常介电损耗。而局部放电测量、介电损耗（谱）测量以及直流分量测量三种重要的固体绝缘系统的性能考核方法，目前已被全球范围内的电力系统所接纳和应用。借助介电损耗（谱）测量可以表征绝缘材料本身的介电性能和材料品质的好坏，而利用局部放电测量和直流分量测量，可以考核绝缘系统整体的绝缘状态水平和局部性缺陷。
四、 介质普阻抗检测方法
电力电缆故障性质可分为串联故障和并联故障，后者按绝缘外是否有金属护套或屏蔽可分为主绝缘故障（外有金属屏蔽），外皮（外护套）故障（无金属屏蔽）的故障。主绝缘故障根据测试方法不同，按故障点的绝缘电阻Rf大小可分为①金属性短路（低阻）故障，其中Rf不同一起及方法选择各不同，一般Rf<10Z0（Z0为电缆波阻抗）；②高阻故障；③间歇（闪络）故障三种。三者之间没有绝对的界限，主要由离线或现场试验得到的量值进行判断。对于电缆的绝缘测量，由于测量电压较高，导致电缆的导线之间通过绝缘层产生泄漏电流，因此测量仪器须具备Guard保护接地。泄漏电流的大小与测试电压、绝缘层材质、环境温湿度和电缆附件结构有关。通过Guard保护接地，可将泄流电流通过旁路传导至接地部分，避免其对绝缘电阻测量准确度的影响，其原理如图1所示。
图1 Guard保护接地对泄漏电流的处理原理
图2为电缆芯线、绝缘层、金属屏蔽和外护套，以及在绝缘电阻测量中的保护接地接线方式。Ut为测试电压，IL为表面泄漏电流，IM为材料体电流，IA为仪器内置电流表的电流。当Guard保护端子未接地时，RINS（绝缘电阻）=Ut/IA=Ut/（IM+IL）；当Guard保护端子接地时，RINS（绝缘电阻）=Ut/IA=Ut/IM；由此可见，当测量高压电力电缆时，绝缘电阻测量必须保证Guard保护端子接地，且采用具有泄漏电流分离的测试仪器。
图2 在绝缘电阻测量中的保护接地接线方式
PI=Riso(10min)/Riso(1min)。极化指数的判断可根据表1进行。
表1 极化指数判断标准
吸收比（DAR）在绝缘电阻测量当中进行，分别取绝缘电阻加压1分钟和30秒的绝缘电阻值之比，即PI=Riso(10min)/Riso(30sec)。吸收比的判断可根据表2进行。
表2 吸收比判断标准
√
四、 介质普阻抗检测方法
超低频电缆介质损耗检测试验具体步骤安装如下进行。试验开始前，电缆应停电不带电状态，被测电缆不与其他电气设备连接，与其他设备之间保证足够的安全距离。先用摇表测量电缆各相的对地绝缘电阻，测量完成后，充分放电。介质普阻抗检测接线图如图3所示。试验中设备主机接高电压端，电压输出端和被测电缆相连接，启动进行测试，测试完成后进行放电。在测试过程中除被测相外，其他相电缆应接地，测试设备也接地。
图3 IEEE Std 400.2TM-2013超低频介损测试
在每相的超低频介损测试中，首先进行电压等级为0.5U0，频率为0.1 Hz的低频电压，测试时长为10s，并最少进行5次得了。记录下每次测量值，并计算其平均值、差值和标准偏差，该结果可以用来评估电缆的受潮情况。再分别进行1.0U0和1.5U0电压下的测试，测试步骤参照0.5U0电压。选择U0下介损标准偏差值，1.5U0与0.5U0下介损变化率以及U0下介损平均值3个参数作为电缆受潮评估判据，如表4所示。。
表4 超低频tanδ诊断标准
通过判断标准可得出电缆的不同状态，分别为健康状态、次健康状态和受损状态，通过评估结论制定对应的检修策略，状态描述如下：
（1）健康状态：电缆运行状态良好，可安全运行；
（2）次健康状态：建议定期对电缆进行复测；
（3）受损状态：电缆大概率存在受潮等故障，建议及时进行处理。
结束语
通过研究分析，对电缆进行介损检测能有效检测电缆绝缘受潮情况。因此，在电缆投运前和运行中，要比较开展电缆绝缘检测试验，保证电缆的安全运行。
参考文献：
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