提升配電網電纜附件隱患檢測效率的綜合檢測方法

， ，， ， ， ，

(國網四川省電力公司德陽供電公司，四川 德陽 618000)

0 引 言

交聯聚乙烯絕緣(XLPE)電力電纜線路因敷設便利、運行可靠性高、不易受天氣等外部環境影響，不占用地面空間、絕緣性能優良等特點，并契合了現代化城市的美觀及規劃、設計需求，使其在輸配電網，尤其是城市配電網中得到了廣泛的應用。然而，交聯聚乙烯絕緣電纜本身的構造緊密，且絕緣介質為性質穩定的材料，讓運行人員很難準確地評估電纜及電纜附件的絕緣健康狀態。現有檢測手段的準確性、便捷性和有效性對于電纜內部絕緣缺陷隱患的檢測及定位來說還稍顯不足。

根據統計資料顯示，電纜附件(主要包括電纜中間接頭與電纜終端頭)的故障率是電纜本體故障率的百倍以上[1]。所以可通過重點關注電纜附件絕緣的老化、劣化情況，來判斷電纜線路的運行狀態。而電纜附件的絕緣缺陷早期主要體現在局部放電方面。局部放電一般不會直接引起絕緣擊穿，但如果長時間存在則會使絕緣強度逐漸降低[2-3]。因此，通過對電纜附件的局部放電監測，能幫助判斷電纜線路及電纜設備運行的健康狀態，但對配電電纜實時在線局放檢測的成本較高。下面通過對現階段配電網電纜常用的在線測溫裝置、暫態對地電壓(transient earth voltage,TEV)局部放電檢測及振蕩波檢測的綜合運用，來提高電纜附件局部放電檢測效率。

1 配電網電纜常用檢測方法

1.1 在線測溫裝置

研究表明絕大多數的絕緣缺陷都可引起電纜附件本體或局部溫度升高，當溫度升高到超過電纜附件所能承受的臨界值時，電纜接頭就有可能發生熱擊穿甚至爆炸，造成大范圍的斷電或引起火災[4]。

通過對電纜附件的溫度進行實時在線監測，可以及時有效地發現電纜附件的溫度異常并形成告警信息，進而避免電纜附件及電纜設備起火、線路停電等事故的發生。國網四川省電力公司德陽公司目前的在線測溫裝置主要是熱敏電阻式測溫系統，通過對電纜終端溫度的實時監測，已發現了數起電纜終端過熱情況，及時發現并消除了隱患，避免了電纜故障的發生。

然而在現場應用過程中也發現了在線測溫裝置存在部分弊端。首先，在線測溫裝置需要外部電源，限制了其應用范圍只能是在環網箱和開閉所等方便取電的設備內，對于電纜分支箱和電纜井內的中間接頭則無法實現在線測溫。第二，當前使用的在線測溫主要通過熱敏電阻作為傳感器貼在電纜附件上實現溫度采集功能，但因為熱敏電阻傳感器需要構成電氣回路方可采集信號，布線復雜；且熱敏電阻特別容易發生損壞，更換新電阻的維護量大；傳感器本身不具備自檢功能，使運行部門難以判斷傳感器的工作狀態，需要經常進行現場校驗。第三，后臺報警功能工作模式為接頭溫度超過一定溫度后報警，但實際運行過程中當電纜的運行負荷或環境溫度發生變化時，都會造成電纜附件周圍溫度發生變化，容易形成誤判。第四，當溫度報警發生時，通常局部放電已經處于發生的后期階段，留給運行單位的處理時間不充足。

1.2 暫態地電波局部放電檢測

根據電磁學的理論，當開關柜、分支箱等電纜設備內部發生局部放電時，局部放電點會激發出電磁波向周圍空間傳播，當遇到未封閉的金屬板的外表面時，會在金屬外殼上感應出電位，該電位稱為暫態地電壓(即地電波)。在實際生產運行中，配電網電纜設備如開關柜、分支箱中存在許多絕緣間隙，如絕緣墊片、電纜進出口等，柜體本身是不連續的。因此可在開關柜體外表面上檢測到該電磁波所感應出的有效電波信號，即地電波信號[1]。暫態地電波局部放電檢測是對開關柜、分支箱的金屬外殼地電位進行檢測，通過對測量到的地電波信號判斷局部放電的位置、類型和放電量之間的關系[5-6]。暫態地電波局部放電檢測具有測量判別方便、能帶電進行、測量時間短、定位較準確等諸多優點。

但在現場檢測過程中，空間的電磁波可進入開關柜室，且周圍的電力設備也會產生電磁波，這些電磁波信號會對檢測造成干擾，造成設備誤判斷。

1.3 阻尼振蕩波局部放電檢測

目前配電網電纜常用的電纜絕緣性能檢測手段主要以交流耐壓、直流耐壓試驗等破壞性試驗為主，雖然能夠有效發現電纜附件及電纜本體的較為嚴重的絕緣缺陷，但這兩種預防性試驗均會不同程度地造成電纜絕緣劣化，大大降低電纜使用壽命。而且其試驗系統構成復雜、試驗設備體積重量大，不利于在復雜地形環境下開展檢測。

阻尼振蕩波局部放電檢測系統通過設備與被試電纜之間構造LC振蕩回路，在系統中形成近似于工頻的逐步衰減的振蕩波電壓信號來模仿電纜的運行狀態，進而在電纜絕緣薄弱處激發出局部放電信號；再同步收集波形信號，通過后臺分析軟件可分析采集波形信號，從而判斷電纜絕緣的好壞。阻尼振蕩波局部放電檢測對電纜施加的是衰減振蕩波信號，加壓時間僅為幾秒，基本不會對電纜絕緣造成損傷[7]。

但實際應用過程中，因該試驗需要停電進行，在供電服務壓力逐漸增大的情況下很難逐條線路進行試驗。目前只能在新建電纜線路以及結合日常檢修停電時在重要電纜上進行檢測。檢測對象覆蓋面較小，且面對龐大的存量電纜要實現配電網電纜大體檢耗時也過長，難以對配電網電纜附件絕緣狀態評估提供有力支撐。

2 綜合檢測方法

分析現有的配電網電纜檢測方法可以發現，目前的檢測方法均存在不同程度的弊端。

在線測溫裝置通過傳感器采集終端的溫度信息判斷終端的運行狀態；暫態對地電壓局部放電檢測通過采集環網柜、分支箱等設備金屬表面的感應電位來判斷電纜附件是否有局部放電；而阻尼振蕩波檢測通過對電纜施加衰減振蕩波并采集系統振蕩波形信號來判斷電纜絕緣狀態。不同的檢測方法采用不同的原理來進行狀態檢測，但都存在信號采集方法單一，可能存在設備、環境、人為因素干擾造成誤判的問題，不能給運行單位提供精準的檢修建議。通過對各種檢測方法進行充分分析(見圖1)，針對不同檢測方法的優缺點提出了綜合檢測，具體操作流程如圖2所示。

圖1 各種檢測方法的優缺點對比

首先，通過在線溫度檢測的實時監測功能，監測電纜終端的運行溫度，通過對比相間及環境溫度、負荷電流等對監測數據進行分析。其次，對發現有溫度異常的電纜終端進行暫態對地電壓局部放電檢測，檢測該附件是否有局部放電現象。如未發現該終端有局部放電現象，則繼續對該終端進行溫度監測，同時結合停電機會檢測找出引起溫度異常的原因；如兩種檢測方法均發現該終端有異常，即有兩個非相同原理的檢測同時判斷電纜終端有局部放電，則認為該終端處確實存在局部放電現象，需安排停電檢修。在停電檢修時同步安排阻尼振蕩波試驗，檢測該電纜其他附件是否存在相似的隱患。

2018年4月2日，配電運檢人員通過在線測溫監測平臺發現10 kV 某路某環網柜9043間隔至某小區出線電纜A相溫度明顯高于其他間隔電纜終端及同間隔另兩相電纜終端溫度，但因未達到警戒溫度而無報警信息，如圖3所示。

圖2 綜合檢測流程

圖3 在線測溫數據

配電運檢人員在連續監測該處異常24 h后發現該處溫度異常并未消失，立刻安排運行人員對該間隔進行了暫態對地電壓局部放電檢測，檢測結果顯示該間隔存在局部放電。由于兩種檢測方法都判斷此終端存在局部放電現象，于4月9日安排停電處理，同時針對該電纜進行阻尼振蕩波檢測。通過阻尼振蕩波檢測發現該電纜除終端有局部放電外，在中間接頭處也有局部放電現象，檢測結果如圖4。

通過對該電纜終端及中間接頭解剖發現，因未嚴格按生產廠家圖紙尺寸剝切銅屏蔽及半導電層，致使應力錐安裝錯位并未起到應力疏散作用而在屏蔽層斷口處出現放電，這是導致此次問題的主要原因。

圖4 阻尼振蕩波局部放電位置映像

多種檢測方法的配合使用，能極大提高檢測的精準度。當兩種或兩種以上的檢測手段同時判斷電纜附件有問題時即可認為該附件確存在局部放電現象。對比以往單個檢測手段判據不足的問題，綜合檢測能為運行單位提供精準檢修建議。

圖5 充分利用在線監測的檢測數據

圖6 應用綜合檢測前(左)后(右)效果對比

綜合檢測方法旨在解決現有檢測方法兩方面的問題：

1)單一檢測方法相對獨立，沒有最大化地發揮作用。綜合檢測通過3個方面對現有方法進行提升。首先，對以往未被利用的未達到報警界限的終端溫度異常數據進行應用，提升了檢測的效率；其次，在線測溫系統的實時監測，可以減少對溫度正常附件的地電波檢測頻率，極大地減少運行人員工作強度；最后，同一電纜線路一般由同一施工隊敷設且由同一廠家提供電纜附件，在一個終端出現絕緣缺陷的電纜線路上的其他附件極有可能也存在同樣的缺陷，通過振蕩波局部放電的診斷能及時有效地發現排除隱患，在沒有大量增加停電的同時提高了振蕩波局放檢測的工作效率，對提升配網電纜附件隱患檢測效率具有重要意義。

2)現有檢測手段因設備本身的缺陷及人為因素的干擾等很容易形成誤判斷，這給精準檢修帶來了極大的難度。綜合檢測因采用的是溫度、電磁波以及阻尼振蕩波等非同原理的判定方法，極大地提高了判定的精確性，減少甚至避免了因誤判斷而停電檢修等一系列問題。

3 結 語

隨著配電網電纜規模的不斷擴大，對配電網電纜的狀態檢測及精準檢修需求也日益增大。但目前針對配電網電纜的檢測方法在應用過程中相對獨立，不能充分發揮各個檢測方法的優勢。而由于設備及人為因素的干擾形成的誤判時有發生，不能給運行單位提供準確的檢修建議。所提方法通過對現有的3種配電網電纜檢測方法的有機結合，在最大限度地發揮各種優勢的同時，減輕了運行人員工作量，同時能給予運行部門相對精確的檢修建議，給停電檢修留下充分的時間。