LIRA 線性共振分析技術在電纜故障診斷中的應用

李 揚 孟令強 孔 切

（國核電站運行服務技術有限公司，上海200233）

1 概述

近年來，隨著我國電力行業的不斷發展，電纜的利用率越來越高，其穩定性、耐久性、安全性是供電系統安全運行的前提條件，在保障設計功能和用戶安全方面有著重要的作用。當電纜由于安裝工藝、制造缺陷、材料的自然老化、運行環境的變化以及設備異常引起電纜故障時，將導致電力系統的不可靠運行。但是由于此類事件無法完全避免，遂當電纜發生故障時，對電纜進行準確判斷和精確定位就顯得尤其重要。

在當今科學技術快速發展的背景下，與電纜狀態監測相關的技術也在日新月異中，如震蕩波技術、紅外熱成像技術、局放等技術都有在工程現場中應用，雖然在電纜整體運行狀態評估以及永久性故障定位方面有一定的指導意義，但無法綜合的診斷電纜局部潛伏性缺陷以及反應電纜的整體老化情況，本文針對國內外現有的研究不足之處，利用Lira 線性共振分析技術來進行實際應用，測試該技術的可靠穩定性，以及在電纜故障診斷中定性、定量的能力。

圖1 Lira 原理圖

圖2 電纜缺陷位置示意圖

2 Lira 技術原理

線性共振分析（Lira）監測技術基于寬帶頻率域分析，對無匹配傳輸線的高頻諧振效應進行分析，且對絕緣介電常數這些電氣參數的微小變化較為敏感，雖然不同種類的電纜有不同的結構（絕緣類型、幾何結構）和其他非老化因素的影響，但線性共振分析技術仍能檢測并定位出性質變化的地方，原理如圖1 所示。

可以檢測出以下幾種電纜故障問題：

a.各種影響絕緣電容的變化。

b.電纜尺寸的變化，例如受大量的熱、輻照、水侵入、腐蝕、彎曲、刮擦、機械沖擊、疲勞等影響的電纜接頭或不同電纜的連接處。

c.絕緣材料的老化（XLPE、PILC 等）。

d.大多數情況下，電纜的顯著特性或沿著電纜的整體老化（多次測量可以預測這些特征/老化的發展趨勢）。

3 測試與分析

3.1 缺陷設置

為了滿足現場可能會出現的問題，使用一根長電纜（總長430m），并在電纜的一端設計了如圖2 所示的10 個缺陷，電纜不剪短，剩余部分留在卷線盤中，用來測試Lira 能否識別缺陷和反映缺陷的嚴重程度。

3.2 分析優化

Lira 測試后需要使用分析軟件對其測試結果進行優化，通常需要檢查譜圖驗證帶寬是否選擇正確,檢查結果選項卡的VR數值,如果無明顯差別，查看結果表或利用DNORM選項卡查看圖形結果。如果有相位偏移，需要使用探頭補償和信號帶寬來達到所需的相位譜形式。

另外在極個別情況下，由于電纜測試時的外部噪聲和一些干擾因素，系統在找尋歸一化參數時會遇到若干問題。需要進行手動調節，在Norm 圖中轉為手動優化，調節Term Tolerance（截斷）和Horizon（范圍）按鈕，使得每個周期的諧波波形無限相似，每個周期的諧波波形越相似，測試結果越能反應電纜的真實情況。如圖3 所示。

3.3 測試結果

經過數據優化，得到的測試結果如圖4 所示。

3.4 結果分析

3.4.1 周向缺陷

結合DNORM-Location 圖，發現周向1/4，周向1/2,周向1/1的三個缺陷都能被Lira 識別，但是無法分辨缺陷的損傷程度。

3.4.2 流向缺陷

結合缺陷圖，Lira 可以發現流向方向10mm，20mm，50mm 的缺陷，但是無法通過缺陷圖來判斷電纜的損傷情況。

3.4.3 擠壓折疊

結合圖譜，Lira 可以發現被擠壓和折疊狀態下的電纜異常情況，通常電纜在折疊情況下的損傷程度要大于擠壓，但是Lira未能定量的反應該情況。

3.4.4 浸油

試驗室中用保鮮膜浸油包裹電纜約14 天左右，試驗前后該處未能在Lira 中正常的被顯示，可能由于時間過短，未對電纜造成實質性的損傷，遂未能在圖譜中顯示該缺陷。

3.4.5 外護套打薄

Lira 對外護套的微小變化極為敏感，在此次的試驗中發現了該缺陷。

4 結論

4.1 Lira 在測試完成后，曲線經過分析處理可以準確的得到電纜的相關狀態情況。

4.2 通過將測試缺陷圖和實際缺陷圖進行對比，最大的誤差為0.6m，可以看到Lira 的測試結果可靠穩定。

圖3 Norm 曲線優化圖

圖4 測試結果圖

4.3 通過比對每種類型缺陷的測試結果，每種類型損傷程度的不同，不能在Lira 的結果中正確反應，遂Lira 無法定量的反應電纜的損傷程度。