淺談電力電纜絕緣瑕疵的檢測方法

張樂楨

(國網甘肅省電力公司白銀供電公司，甘肅 白銀 730900)

淺談電力電纜絕緣瑕疵的檢測方法

張樂楨

(國網甘肅省電力公司白銀供電公司，甘肅 白銀 730900)

電力電纜絕緣瑕疵問題將直接影響輸變電的效益與安全性，因而有必要采用合理的檢測方法來對其加以檢測控制。在這種背景下，首先探討了電力電纜絕緣瑕疵的檢測方法與分類，進而介紹了電纜結構與接頭，并結合試驗進行了相關檢測研究。

電力電纜；絕緣瑕疵；檢測方法

1 電力電纜絕緣瑕疵的檢測方法與分類

目前不論國內國外，高壓電纜在出廠前都會進行交/直流耐壓試驗、沖擊波耐壓試驗、部分放電試驗等，因此，電力電纜本身的質量應符合標準。但由歷年來國內外所發生的電力電纜事故分類可知，大部分事故均出于電纜的接頭施工，其次才是現場電纜埋設時轉角過大傷及電纜內部。電纜常因電纜接續所使用的直線接頭與終端接頭在施工過程中處理不當，引起部分放電現象，使絕緣材質加速老化、破壞。地下配電系統常用的絕緣檢測方式分為停電檢測及帶電檢測兩大類，而社會要求高供電質量，因此停電檢測較不適用。目前，各國均投入許多人力進行電力電纜檢測研究，例如：英國電網公司將高頻電流變壓器設置于饋線出口端，用以監測、追蹤饋線局部放電狀況及定位絕緣劣化區域。我國則尚處于搜集數據、建立診斷機制階段。

帶電檢測方式可分為非電氣性及電氣性兩大類。以下介紹3種實際應用于電力電纜部分放電的檢測方法：(1) 脈沖電流法檢測。利用被測物的接地線串接一個檢測阻抗，當部分放電產生時，脈沖電流自檢測阻抗電路中檢出，該法容易進行定量測試并具有高的靈敏度，由IEC所規范量測部分放電脈沖電流的放電電荷量，以pC為單位。(2) 電容型檢測。當電纜內部發生部分放電時，在電纜瑕疵處所產生的電磁脈沖信號會以瑕疵處為原點，沿著電纜往兩端相反方向傳遞，若于瑕疵處的左右兩邊設置電容型部分放電檢測器，則可利用放電脈沖的極性特性區分目前的A、B區域內是否存在有部分放電源，并推測瑕疵點的位置。(3) 音射法檢測。當內部部分放電產生時，它會在介質內部產生機械壓力波，這類似聲音放射狀態的情形，可能是由于材料內部分子和鄰近結構中的分子碰撞所產生的現象，形成一個音源，放射出音波。音射法將AE傳感器緊貼在設備表面，并利用AE傳感器內的壓電材料將機械壓力波轉換成電音射信號，并經由前級放大器放大。

音射法具高度指向性，優點為定位準確，相對的缺點為量測距離短。其波形振幅大小與AE距離部分放電位置遠近有關。所以找出振幅最大處對應的位置，極可能為放電位置，達到初步定位的能力。本文主要針對電纜的接頭缺陷，利用不同的檢測方式探討其差異，以期能研究出適合現場不斷電狀態的檢測方式。

2 電纜結構與接頭

2.1 電纜結構

高壓電力電纜由導體、內半導電層、絕緣體、外半導電層、中性線遮蔽導體層及外被保護層組成。其中，導體所使用材質需具導電率高、抗張力強及質量輕等特性，并符合ICEA Class B的軟銅絞線，以半壓縮方式制成；內半導電層以導電性混合物壓出制成，并須緊密貼合于絕緣體，其作用系在使低電阻的中心導體與高電阻性絕緣體間的電力線均勻分布；絕緣體以高介質強度的固態熱固性交連聚乙烯(XLPE)制成，必須具有耐熱性高、連續使用及短路時容許大電流，過負荷或短路時損壞率低等特性；外半導電層以導電性混合物壓出制成，并須緊密貼合于絕緣體，其作用系在使絕緣體電力線對稱放射分布，以消除正切或縱切的電應力，以得最小的表面放電；中性遮蔽導體層以鍍錫軟銅線構成，其作用系使充電電流流回，保持外半導電層對地零電位，并作為接地故障電流的回路；外被保護層以PVC或尼龍材料作為外皮，保護電纜用。

2.2 電纜接頭

電纜接頭用于連接電纜與電纜或電纜與設備(電纜終端接頭或可分離型接頭)，其主要功能為控制電場在電纜絕緣體內的分布，使電應力在接頭處均勻分布，減低靠近遮蔽體邊緣的電應力或電位梯度。其一般分為直線與終端接頭。電纜直線接頭主要功能是在電纜與電纜接續中使用。終端接頭主要功能為地下配電與架空系統相接時，引接電桿上、下電纜及開關。

3 研究方法

3.1 試驗準備

本文利用2條約2 m長的25 kV級電力電纜進行試驗，分別于電纜的直線接頭與終端接頭制造一些瑕疵，模擬實際上因人為疏失所產生的缺陷。由于局部放電檢測方法國際間尚無公認的統一標準，每家儀器商均宣稱其所生產的儀器成效良好，但事實上均有缺點。因此本文探討幾種檢測方式的差異處。其中，ch1為電容型傳感器的輸出信號，ch2為音射傳感器信號，ch3檢測阻抗的脈沖電流信號，ch4為耦合電容的輸出信號。音射法使用60～150 kHz檢測器，放大器20～300 kHz，電容型使用頻寬0.3～70 MHz。

3.2 試驗結果與討論

(1) 探討部分放電發生于電纜直線接頭。為探討上述3種檢測方式，在被試樣品端并聯耦合電容，以該信號為參考信號，仿真IEC60270所述的檢測方式。ch1為電容型傳感器所量得的信號，ch2為音射法所量得的信號，ch3為脈沖電流法所量得的信號，ch4為耦合電容所量得的信號，比較各種檢測法同時量到的電氣信號，音波傳遞速度較慢，時間經延遲后音射傳感器探頭才接收到信號。在各種檢測信號中，ch2量測到的音射信號，音波時間長度約5 ms，經傅立葉頻譜分析可得到其主頻率約在44 kHz。當2次連續產生部分放電時，會造成2個音波重疊。ch3檢測阻抗法將信號時間拉長，其電氣信號衰減速度快，頻譜分析可得到主頻率約在5 MHz，由于頻率高造成量測信號取樣分析成本高。耦合電容檢測法電氣信號衰減速度更快，ch4頻譜分析最低頻率約在200 kHz。

(2) 探討部分放電發生于電纜終端接頭。將電纜終端接頭處故意制造一間隙使得產生電暈放電現象。為分析放電發生時間與電壓相角的關系，本文將ch4的信號改為電源電壓信號，再進行試驗。檢測結果顯示，ch3的脈沖電流信號與ch4的電源電壓信號存在特定的相位關系，ch2為音射法所得信號，ch1為電容型傳感器所得結果。顯示脈沖電流信號較強，音射法次之，電容型傳感器沒反應。

3.3 瑕疵點的定位

為進一步探討音射法對瑕疵點的定位特性，將音射傳感器放置于遠近不同的位置，探討距離瑕疵點的遠近相對關系。結果顯示，音射傳感器的位置與瑕疵點的位置有密切的關系，因此可借助移動音射傳感器的位置達到瑕疵點搜尋定位的目的。另外，ch3的脈沖電流信號發生后，ch2延遲一段時間后產生音射信號，若能得知電氣信號與音射信號傳遞時的傳播速度的差異，即可由電氣信號與音射信號的時間差，乘上音射傳播速度求出瑕疵點的正確位置。

4 結語

近年來，由相關的電纜事故發生位置統計得知直線接頭與終端接頭發生事故的幾率較高，其中施工不良、電纜接續工程等事故逐年增加，因而如何借助量測技術的研究與診斷，分析電力電纜絕緣劣化程度，將成為十分重要的課題。然而目前尚無統一的量測方法，本文探討國際間常用的3種量測方式，并比較它們的特性。由試驗得知無論是直線接頭還是終端接頭，由電纜遮蔽層接地端串接脈沖電流檢測阻抗所得的信號靈敏度較高，但此法易受現場噪聲的干擾，常影響量測的效果，且所需的信號擷取速度亦非常高，由于獲取速度與系統成本有關，因此此法所需的費用高。電容式的量測法適用于直線接頭。音射法在直線接頭與終端接頭均有效，由于音射法較不易受現場電磁噪聲的干擾，且信號頻寬較脈沖電流法低很多，約只需數百千赫的取樣速率即可獲得放電信號。因此設備的造價較便宜，且音射法在瑕疵點定位方面具有良好的特性，也即指向性高，所以其應用在電纜定位量測應具有發展的潛力。

[1] 魏樸.探測電纜老化的光纖直流漏電流法[J].電氣化鐵道，2007(5)

[2] 馮衛.電纜絕緣電阻測試及分析[J].鐵道通信信號，2005(8)

2014-08-29

張樂楨(1986—)，男，甘肅永登人，助理工程師，研究方向：電氣設備絕緣檢測。