摘要： 电力电缆安全检测评估技术 将交流耐压试验技术与局部放电测量、定位和诊断技术相结合 ，能够全面测量和评估电缆的绝缘状况，已成为电力电缆检修手段的新方向。在综合了国外产品的经验和考虑国内电缆线路检修现状的基础上，本文提出了一种基于串联谐振技术的电力电缆安全检测评估系统。

关键词： 局部放电　串联谐振　定位　全面评估

0?? 引言

随着国家经济和 城市电网建设的发展 ，城市电网的电压等级也在不断提高， 110kV 乃至 220kV 线路深入负荷中心的供电模式日趋普遍。同时，受供电走廊的限制，城市电网的缆化率也在不断提高。

处于恶劣运行环境中的 XLPE 电缆，在电、热、机械外力、水、油、有机化合物等作用下，常常发生老化，并严重影响到绝缘性能。总结 XLPE 电缆的老化原因，一般认为局部放电、电树枝、水树枝的发生，是导致电缆及其附件绝缘性能降低的主要原因，且频度颇高。 XLPE 电力电缆在正常环境中的寿命一般为 20~30 年，然而由于敷设在电缆沟或直接埋于地下，其环境与使用状态会极大影响电缆寿命。因此对 XLPE 电缆绝缘状况采用技术手段进行全面检测与评估以便拟定科学的检修策略对于提高电网运行的可靠性和安全性具有重要的现实意义。

1? 电力电缆试验技术现状

当 前 ，电力电缆试验技术滞后于电力电缆制造和应用技术。与电力电缆线路绝缘状况检测常见的相关项目如表 1 所示。 绝缘电阻和介质损耗测量受环境因素影响较大，缺少科学合理的判据。故实际应用中往往认为是辅助试验 , 仅与耐压试验配合一起 , 作为试验结果参考 [1] 。

直流耐压试验主要对油纸电缆有效，而XLPE电缆具有电荷 “ 记忆 ” 效应，采用直流耐压试验不仅无效而且对电缆绝缘有极大损伤。据统计 : 在 1962 ～ 1999? 年间 , 直流耐压试验合格后投入运行的电缆在短期内发生故障的次数约占电缆运行故障总次数的 43 . 18?% 。因此 国际大电网会议(CIGRE)第21.09工作组在《高压挤包绝缘电缆竣工验收试验建议导则》中对直流耐压试验方法提出疑义，并推荐使用工频及近似工频(30-300Hz)的交流试验方法。

交流耐压试验 包括0.1Hz超低频，振荡波以及工频或类工频耐压试验等，尤其是采用调频式串联谐振试验装置进行交流耐压试验是国内目前应用最广泛，最有效的试验方法，但其只能对电缆绝缘状况进行定性检查，通过对电缆绝缘是否击穿得出绝缘状况好与不好的结论，无法对电缆绝缘好与不好的中间状态进行定量评估。

表 1 　常见的电力电缆检修试验项目

长期的工作经验表明， 上述的方法均存在着一定缺点，均不能有效的定量检测电缆的绝缘状况，更加无法在此基础上进行全面的评估。针对以上方法的缺点，将交流耐压 试验与局 部放电 测量 和 定位技术 相结合的电力电缆安全检测评估系统技术已经成为当今电缆绝缘测试与安全评估的重要趋势。

2? 电力电缆检测评估技术概况

电力电缆安全检测评估技术（国外称为 “ 局部放电Mapping系统 ” ）在国外已有20余年的历史 ， 其研究的目的在于 将 交流耐压 试验技术与局 部放电 测量 技术相结合，利用交流耐压试验条件下的局部放电测量结果来评估电缆的绝缘状况，对老化的交联聚乙烯电缆进行状态评估。

国内外的运行经验表明： XLPE 电力电缆的局部放电现象与其绝缘状况密切相关，是定量分析电缆绝缘状况的有效方法之一，如电缆绝缘介质的树枝化引发初期，局部放电量约 0.1pC ；当树枝发展到介质击穿临界状态时，其局部放电量可达到 1000pC 。因此，对 XLPE 电缆绝缘的局部放电进行检测并对局部放电定位是及时发现故障隐患，确保电力电缆安全可靠运行的重要手段。

从国外来看，比较知名的试验设备制造商已经广泛地将电缆的局部放电检测技术、定位技术与试验技术整合起来，开发出能够利用低压试验数据评估电缆质量的新方法和新设备。

英国 与奥地利两家公司的产品采用 VLF 电源，如图 1 所示，具有 局 部 定位 功能 ， 能够 更加科学地评判被试电缆的绝缘状态，科学地指导电缆的更换和维护工作。但是，? VLF 试验技术最高电压等级仅为 40kV ，远远不能满足国内 日益增多的 66kV? 、 110kV 电缆的现场耐压试验的需要 [2] 。

图 1 采用 VLF 电源的电力电缆安全检测评估系统结构图

德国两家公司的产品则是使用衰减振荡波 (OWTS) 技术产生试验电压，如图 2 所示，同时集成局部放电定位和测量功能。但是，由于输出电压频率不稳定，幅值衰减比较严重， 局部放电现象不能稳定地再现，试验结果往往不具有通用性 [3] 。

图 2?采用 OWTS 电源的电力电缆安全检测评估系统结构图

从国内来看，国内试验设备制造商目前还没有开发出采用电力电缆安全检测评估系统技术的设备进行应用。相比国外存在一定的差距。目前我国电网的电缆验收交接和检修的质量保证主要还是采用《 电力设备 交接和 预防性试验规程 》规定的方法。当电缆线路运行过程中被击穿并发生接地故障后，往往采用电力电缆故障定位系统对高压电缆进行故障定位。但是，以上系统只能在电力电缆已经发生接地故障的情况下进行故障定位。一般来说，运行多年并已经发生接地故障的电力电缆极有可能同时在多点存在严重的局部放电，即使发生接地故障后，能够采用电力电缆故障定位系统迅速 处理 电缆 线路故障 ，也无法对可能存在的绝缘薄弱环节进行定位和预警，因此也不能有效避免突发性停电事故 [4] 。

1?基于串联谐振技术的电力电缆安全检测评估系统

综合以上国外产品的经验，并充分考虑国内电缆线路检修的现状， 将 交流谐振耐压 试验技术与 电力电缆 局 部放电 测量 、 定位 和诊断 技术整合在一起 的电力电缆安全检测评估系统将是 一条既满足高压电缆交接和预防试验要求，也能够对电缆绝缘性能进行安全检测与评估的新型技术路线 。

系统的 原理结构 如图 3 所示 ，采用脉冲电流法（ ERA ）来测量局部放电。变频电源通过频率调节使得 谐振电抗器与 被测 电缆的分布电容产生谐振 ，励磁变压器用于将变频电源的额定输出电压进行预升压，谐振条件下，在被测电力 电缆上 可以获得输入电压数倍试验电压，使得被测电力电缆及其接头的薄弱环节发生局部放电 [5] 。阻塞阻抗和电容式分压器、耦合电容构成试验回路中的 形滤波器模块，阻塞高频局部放电信号流向变频电源所在的支路和变频电源产生的高频干扰信号流向检测阻抗所在的支路传播。电容式分压器将 试验电压 分压 ，用于 试验电压的 测量或反馈控制 。耦合电容用于耦合局部放电产生的高频电流并在检测阻抗上产生一定幅值的电压信号。将该脉冲电压予以信号调理、采集、处理和显示就可测定局部放电的各种图谱，如图 4 所示的局部放电正弦图谱和三维图谱。

系统的局部放电定位原理是利用脉冲正反向传播产生的时间差来计算。如图 3 所示。假设放电点靠近近端的距离为 。当发生局部放电时，会在导体上产生一个很窄的放电脉冲，此脉冲产生的正向行波和反向行波分别以同样的速度向近端和远端传播。以局部放电的发生时刻为 ，正向行波到达近端的时刻为 ，则有：

因此，在电缆长度已知的前提下，只要测量出正向行波和反向行波到达近端的时间间隔 ，就可以计算出局部放电发生的位置 [6] ，图 5 所示的即为局部放电定位图谱。

通过以上对电力电缆安全检测评估技术的分析可知其具有以下优点 ：

??采用较低的试验电压（如交接试验电压 甚至更低），降低了对电缆主绝缘的损伤。

??可以通过对电缆局部放电的检测定量评估 XLPE 电缆绝缘状况，不仅可以判得出电缆是否需要更换的结论，而且也能够提前预知电缆延期更换的期限。

??可以精确定位出电缆绝缘的薄弱环节，避免大量绝缘性能完好的电缆被盲目更换，提高检修工作的针对性，减少地埋电缆的工程开挖量，对工作人员的检修具有很强的指导意义。

??基于串联谐振技术的电力电缆安全检测评估系统不但减少试验设备的容量，将试品的电压等级范围扩大 220kV 、并且由于相关设备重量轻、可移动性好，降低了工作人员的劳动强度。

因此，凭借着众多优点和较强的绝缘状况检测和评估能力，电力电缆安全检测评估技术将是目前单一功能的交流耐压试验较为理想的升级换代技术手段，发展电力电缆安全检测评估技术将会极大提高电网运行的安全性和可靠性，具有很强的现实意义。

参考文献

[1]?罗俊华，杨黎明等 . 电力电缆及试验技术回顾 [J]. 高电压技术， 2004,30(136):81-82 .

[2]?Steven?Boggs1Fundaments?of?partial?discharge?in?the?context?of?field?cable?testing?[J].?IEEE?Electrical?Insulation?Magazine12000,16?(25)?:13218 .

[3]?Working?Group?21.?09After?laying?tests?on?high?voltage?extruded insulation?cable?system?[J].?Electra,?1997,?173:?33241.

[4]?马翠姣 .XLPE?电力电缆局部放电试验研究 [D].?西安 : 西安交通大学硕士学位论文 ,2001

[5]?江毅，钟建灵 . 交联电缆技术要求的新趋势及交流耐压试验的状况?[J]. 广东电力， 2002,15(4):34-35

[6]?CIGRE?WG?D1.33?Task?Force?05,?“Experiences?in?partial?discharge?detection?of?distribution power?cable?systems,”?Electra ,?vol.?208,?pp.?35–43,?June?2003.

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