电力电缆故障诊断与检测技术王德银
发表时间：2017-10-20T17:10:15.077Z 来源：《电力设备》2017年第15期作者：王德银
[导读] 摘要：电力电缆在电力系统中承担着电力传输的角色，其运行的可靠性直接关系到电力系统的供电安全和用户用电的连续性。
（广西电网有限责任公司钦州供电局广西省钦州市 535000）
摘要：电力电缆在电力系统中承担着电力传输的角色，其运行的可靠性直接关系到电力系统的供电安全和用户用电的连续性。电力电缆诊断与检测技术既包括对电缆已发生故障的诊断、定位，也包括对电力电缆实时运行状况的监测与控制，从而及时发现线缆老化等物理性能缺陷和故障隐患，从而提高电缆运行的可靠性。文章将简述电缆故障发生的机理，列举几种常见的电力电缆诊断检测技术并对比分析其优劣性，结合智能电网发展探讨电力电缆故障诊断与检查技术面临的挑战。
关键词：电力电缆；故障诊断与检测；技术前景
1 电力电缆故障诊断检测技术简述
电力电缆是电网传输电能的基本形式之一，特别是近年来，其在直流输电领域有比架空输电更大的优势，实践证明电力电缆故障率明显低于传统的架空线输电[1]。但是随着电力系统中电力电缆的长时间运行，其物理性能会发生变化，而且受环境因素、封闭式紧凑型设计的影响，其发生故障之后定位极其困难，容易造成大面积的停电事故，威胁电力系统安全运行。
电力电缆诊断检测技术（Diagnostic testing），包括电力电缆故障诊断、定位以及电力电缆运行状态实时检测。利用这项技术，能够及时发现电力电缆运行中出现的故障类型和位置，为电力电缆检修和维护提供数据支持和理论依据；另一方面，可根据检测情况对电网安全运行状况进行可靠性评估，提高电力电缆安全运行可靠性。国内外的电力电缆诊断检测技术已经能够适用于不同的环境和故障类型，对当前诊断检测技术进行综合性的梳理有利于探讨其未来发展趋势和安全防护措施。
2 电力电缆老化和故障机理分析
电力电缆铺设之后，其在自然环境运行过程中会受到水、热、电、机械等作用的影响，在长期的作用下使其绝缘性能下降，老化严重时还可能发生击穿事故，甚至威胁到维修人员的人身安全。经总结，常见的电力电缆老化原因如下：
（1）电缆线路经长时间运行后，由于封闭式结构造成的通风不良，电缆局部过热导致的绝缘外壳氧化；
（2）电缆施工过程中受外力作用造成的机械损伤；
（3）电缆线路接头处、裂纹处受潮后造成短路；
（4）雷击、操作不当造成过电压进而导致电缆故障等。
以上所述为电力电缆故障的单一因素，而在实际故障中往往是多种因素综合作用的结果，如何定位并识别其是由哪几种机理引起，对于故障电缆的及时维修、电缆老化程度和故障类型的确定起着关键性作用，应采用适当的检测技术尽量避免故障的发生。
3 常用的电力电缆诊断检测技术
3.1 经典电桥法
电桥法是电力电缆故障诊断和定位的经典方法之一，其原理图如下图所示。
3.2 时域行波反射法
电缆在正常运行过程中，其阻抗的变化范围是不大的，而出现故障的地方阻抗会发生明显的变化，时域行波反射法便是通过监测电缆阻抗变化来确定故障点的一种电缆故障诊断与检测手段。这种诊断方法的工作原理类似于雷达，属于主动源诊断检测手段，即向被监测电缆中发射脉冲信号，故障段阻抗的变化会使脉冲信号发生变化继而产生发射信号，反射信号的性质取决于故障点阻抗与电缆特征阻抗间的关系，通过比较发射信号与反射信号即可确定故障点位置和故障严重程度。
3.3 恢复电压法
挡在电力电缆中施加一直流电压，放电所产生的恢复电压随时间变化的信息中含有线缆老化和故障的信息。通过定义老化系数D的方式得到线路老化程度，一般地，当D介于2.0~2.5时，说明电缆工作状态良好；D在2.5~3.0时，说明工作状态一般；D大于3.0时说明电缆老化严重且需要维护或更换[2]。
3.4 局部放电法
局部放电法是检测电力电缆故障最常用的手段之一，其工作原理如下：电力电缆故障或裂纹处在高电压下会产生局部放电现象，通过电信号传感器检测放电信号并传输到终端进行分析、处理和判断。这种方法的关键在于传感器的灵敏度及其检测局部放电信号的准确性，
目前已有脉冲电流法、声学探测法、电脉冲转化为电压信号、耦合传感器法等能够有效检测电缆故障。
3.5 直流漏电流检测法
直流漏电流检测法较为直接，这种诊断检测方法是在电缆端施加直流电压并同步测量漏电流来确定电缆的工作状态，以评估电缆的整体运行状态，还可通过在电缆的不同位置加装漏电流检测装置的方式对故障点进行定位，从而为后续的检修方案制定、检修工作开展等做好准备。
3.6 tan δ检测法
δ为电力电缆介质的损耗角，通过测量电缆运行过程中损耗角的变化情况，即可计算出电缆运行状态的估计参数。
4 智能电网背景下电力电缆故障诊断检测技术发展趋势
随着智能电网的发展，电力系统向着智能化、网络化、实时监测的方向发展[3]，其中，电力电缆故障诊断检测发展趋势主要有以下几点：
（1）电力电缆在线检测与控制。上述检测方法多为离线检测，而随着智能电网的发展，电力电缆的在线检测将成为未来故障检测的主要手段，在在线检测应用时应考虑电缆频带特性，即当选用线路激励信号时，应尽量远离工频，避免影响检测结果。
（2）综合检测手段的应用。当只应用一种检测手段可能会造成检测错误、或者受环境影响较大而存在盲区时，应该应用多种诊断检测技术以提高检测的准确性和可靠性。
（3）电力电缆故障自动检测系统的应用。电力检测系统平台上，应根据电力电缆故障特性在系统内设定特定的物理参数，应用智能专家系统检测电信号变化并根据内设参数自动匹配相应的故障类型从而及时作出检修响应。
5 结语
电力电缆故障诊断与检测技术，重点在于故障的识别、定位和处理三方面，日后对电力电缆的研究也应该针对这三方面开展。本文列举了几种常用的电力电缆检测方法原理，并对智能电网背景下电力电缆诊断检测技术的发展趋势做出了分析，希望能给广大电力工作者以参考，从而提高电力电缆运行的可靠性，为我国电力事业的发展做出贡献。
参考文献：
[1]王晓彪,庞丹,张俊驰,李雪峰,刘葱柏. 电力电缆故障诊断与检测技术分析[J]. 电子制作,2016,(18):92.
[2]袁燕岭,李世松,董杰,高俊福,黄松岭,赵伟. 电力电缆诊断检测技术综述[J]. 电测与仪表,2016,(11):1-7.
[3]D Pommenrenke，T Srehl，M Aro，et al.Application of dielectric response measurement on power cable system[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2003,10（5）
