张学博 曹亚钊
国网天津市电力公司电缆分公司 天津市 300171
摘要：密集的高架式电缆不仅危险程度高、维修风险大，还影响着土地利用率和市容美观。为了推动城市化的进程、保证人们的生活质量以及人身安全，地下高压电缆的普及是必然趋势。但电缆下地也给电缆故障检测带来困难，如何快速有效的解决电缆故障检测问题成了研究的重点。文章在分析了高压电缆绝缘接头绝缘故障原因的基础上，，从局部放电试验以及电缆状态在线监测等两方面对电力电缆的试验方法和检测技术进行论述，为电力电缆线路的安全运行提供技术支撑。总结了现有电缆绝缘故障检测方法，分析了不同方法的利弊和适用场所，为有效解决电缆、特别是电缆接头绝缘故障检测问题提供参考。
关键词：高压电缆；电缆接头绝缘故障；在线检测方法
目前，交联聚乙烯已取代油纸绝缘电力电缆，并逐步取代PVC绝缘电力电缆和充油电力电缆。但是电缆运行过程中，在水分和电场共同作用下发生物理化学变化形成水树枝，造成绝缘老化、损伤，引发放电事故，严重影响电网的安全稳定运行。因此，充分认识电力电缆的绝缘特性，采用合适的局部放电试验方法和在线监测技术，及时有效地发现和预防绝缘中存在的缺陷，对电力电缆线路的安全运行具有重要意义。
一、导致电缆接头绝缘故障的主要因素
1.1绝缘层老化
电缆接头在使用了一定的时间后，其绝缘层总会受到一定因素的影响变得效果大不如初。这些因素是多种多样的，如温度和环境的变化、绝缘受潮、化学反应的腐蚀、汽车压过路面等导致的外力破坏、长期过负荷运行等等因素都会破坏电缆接头原有的绝缘层，也就是绝缘层的老化。
1.2电缆接头制作中出现的问题
电缆接头制造的高精密性要求制造商的产品完全依照标准生产，小部分的工厂难免为了利益因素或者赶工导致电缆本身的绝缘不匀称，体表存在小型瑕疵，绝缘层中混入杂质等等；电缆接头附件密封不严实，由于外部环境较差，使得接头暴露在空气中，让水分渗入造成电缆接头受潮；没有预留足够的管长使得电缆接头绝缘内缩，造成接头以及绝缘管的交界处有缝隙，在通电使用后，这个缝隙会不断释放出微小的电流，直到中间电缆接头被击穿。
1.3发热
高压电缆长期处于通电状态，会使电缆发热。若绝缘层气隙不匀可能会造成局部受热，导致电缆受损。而铺设在一些特殊环境或者铺设密集地方的电缆也会存在着一系列如电缆散热不好或长期过负荷运行而导致电缆接头绝缘层的寿命大大衰减。
二、电缆接头绝缘状态检测方法
2.1预防性试验
过去，我国普遍使用的是预防性试验的方法。有些地区的预防性试验是按计划将电缆经固定周期停运，然后进行绝缘、运行方面的检测。这种检测方法从本质上来说是一种离线检测，需要断电才能够进行，存在着相当大的弊端。如进行一次检修所需的周期长，过程繁琐难以一次完成等等，难以满足供电配电的需求。并且使用离线检测的方法常常伴随着操作不够灵活、方便直观。在测量现场测量时，电磁干扰较大，使得到的结果不准确或是有些材质的高压电缆对此方法不适用。因此如何做到在线绝缘状态检测成为当今研究的热点，也成为电缆绝缘检测技术的必然趋势。
2.2电缆绝缘状态在线检测技术
2.2.1直流叠加法
直流叠加法在各种在线监测方法中运用较为广泛，它的原理是在电压互感器中性点接地处加上一个约为50V的直流电压，使得交流高压上叠加有低直流电压，进而测得当前电缆的绝缘电阻，以此判定电缆的老化程度。直流叠加法测得的电缆绝缘电阻与停电后加直流高压时测得的绝缘电阻数值很相近，得到的数据较为准确，能够很好地测得水树枝泄露的电流分量大小，并且快速有效的进行电缆绝缘电阻的在线监测。
2.2.2直流分量法
研究表明电缆树枝化的绝缘缺陷能够产生整流效应，这种效应指的是在反复流过交流电压时水树枝会在正半周期注入少量的正电荷而在交流负半周期注入大量的负电荷，造成放电不对称。这样一来正电荷被完全中和而剩余大量负电荷，就会聚集在电缆的绝缘层上。在一定时间后这些负电荷就会向树枝尾端运动，从而产生微弱的直流电流泄露。而直流分量法就是通过检测这些泄露的直流电流来进行电缆绝缘在线监测。
2.2.3局部放电法
(1)差分法
差分法是将2块金属箔通过耦合剂分别贴在275kV电缆中间接头两侧的金属屏蔽筒外的绝缘上，金属箔与金属屏蔽筒之间构成约为1500～2000pF的等效电容，两金属箔间连接5Ω的检测阻抗。金属箔与电缆屏蔽筒的等效电容、2段电缆绝缘的等效电容与检测阻抗构成检测回路。
(2)电磁耦合法
电磁耦合法目前是检测电缆局部放电的最有效方法，它由局部放电信号垂直穿过电磁耦合圈，通过电磁转换来使得回路感应局部放电信号。通过在电缆接头处安装局部放电传感器，来捕捉电缆接头产生的局部放电信号从而进行采样分析和数模转换来获得数据。这种方法由于占用空间小、抗干扰性强，这几年在电力电缆绝缘检测中得到了广泛的应用。但安装内置局部放电传感器只能在施工的过程中添加，改变了接头的电场分布，也具有一定局限性。
（3）脉冲电流检测法
当电缆内部存在缺陷时，通电后产生的内部放电会激发一个高频的脉冲电流，该脉冲电流由高电位的线芯向中间接头处或终端接地线进入大地。通过在接头处或终端放置电流互感器对放电产生的脉冲电流信号进行采集、分析，得到最终的试验结果。脉冲电流法测试局部放电的原理如图1所示，其中Cx为试品电缆。
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图1 脉冲电流法局部放电试验原理
常规的脉冲电流法试验由于测量频率较低，频带窄，采集的信息量较低，并且受现场其他因素干扰，信号提取效果往往不能满足试验要求，导致对电缆内部的局部放电现象检测率较低。宽带脉冲电流法对常规脉冲电流法进行了改进，通过扩展测试的带宽，尽可能多地收集脉冲电流信号，并通过分类的方式去除脉冲信号中的干扰信号，并对放电信号进行分类分析。常规脉冲电流法采集信号的频带多为40～400kHz，而宽带脉冲电流法的频带一般为1kHz～50MHz，采集的数据量远高于常规方法。
（1）超声波检测法
电缆接头绝缘故障时会在局部放电位置产生超声波，超声波检测电缆局部放电是通过检测辐射信号进行的，通过超声传感器来检测局部放电的辐射信号，可以捕捉到很微小的小火花放电，然后通过信号处理能够精确地定位故障位置。并且通过向电缆发送一定信号频率的超声波，通过检测其回传反射波的强弱更是可以知晓故障的原因所在。目前，超声波检测方法已经被应用于很多领域，研究表明，检测20-300kHz的声信号用以表征电缆局放特征最为合适。与上述几种电缆接头的绝缘检测方法对比，超声波检测法具有较大的优越性：1）超声波检测法是一种非入侵式检测方法，不会对正在运行的电缆和设备造成影响，也无需进行断电检测，避免了周期离线检测所带来的不便。2）超声波具有很强的定向性和很快的传播速度，能够对故障部位进行精准定位，同时也大大缩短了检测时间，大大提高了检测效率。3）超声波检测使用成本低，检测效果精确，原理简单易懂，并且与其他检测方法比它还具有受现场电磁干扰小的优点，可以大大减少测量误差。4）超声波检测法是一种新兴的检测方法，并且随着传感技术的提高，测量的精度也会大大提高，具有非常良好的市场前景。
三、结束语
本文综合阐述了高压电缆绝缘状态的检测方法，由于电缆接头的特殊性，重点介绍了现有电缆接头绝缘状态检测产品及其应用情况，为用户有效解决电缆接头绝缘故障检测问题提供参考，对电缆接头绝缘检测技术的发展具有一定的促进作用。
参考文献：
[1]张正超.电力电缆局部放电监测与绝缘故障诊断[D].湖北工业大学，2013.
[2]李煜.小议电力电缆在线检测的几种方法[J].高电压技术，2004（S1）：77-78.