摘要：随着经济的发展，对电力行业的供电可靠性、安全性提出了越来越高的要求，如何降低电网电缆的故障率，提高供电可靠性已成为电网研究的一个重点。本文介绍了电缆状态检修的必要性，并提出了预防性检修方法、在线检测等方法。
关键词：电网故障；电缆检修；预防性检修；在线检测
1电缆状态检修的必要性
高压电气设备在电网中运行时，如果其内部存在因制造不良、老化以及外力破坏造成的绝缘缺陷，会发生影响设备和电网安全运行的绝缘事故。在设备投运后，需按规程规定的试验周期和试验方法对电气设备进行停电检修，以便及时发现设备内部的绝缘缺陷，防止发生绝缘事故。但由于现场工况各不相同，造成绝缘缺陷和影响绝缘缺陷发展快慢的因素也各不相同，并没有一个合适的试验周期可以确保不发生绝缘缺陷漏检现象。理论上说，试验周期越短越能及时发现绝缘缺陷。但缩短检修周期会加大检修工作量，增加用户停电时间，在电力系统规模越来越大，用户对供电可靠性越来越高的情况下，这无疑是死路一条。另外，停电检修的一些试验方法本身具有一定的破坏性，会减少高压设备寿命，这也决定了停电检修不能频繁进行。电力电缆是输配电网的基础设施，往往用于变电站的出线端，其可靠、稳定的运行是电网安全的基础。在电网实际运行中，由于电缆绝缘老化、接头材料或接头工艺不良、施工时对电缆绝缘的潜在破坏、接地不良、金属护套或屏蔽层环流过大、金属护套或屏蔽层感应电压过高等原因造成的电缆事故层出不穷，甚至因单条电缆起火殃及其他相邻电缆而危及电网整体安全。因此，如能及时地对电缆进行停电检修，就可减少电缆事故，提高供电可靠性。但由于电缆数量众多，检修工作量大，对其实施状态检修，就变得非常必要。
2电缆预防性检修方法
在《电力电缆预防性试验规程》中对纸绝缘电力电缆线路、橡塑绝缘电力电缆线路、自容式充油电缆线路、交叉互联系统的试验项目、试验周期作了详细规定。其中，对目前最常用的橡塑绝缘电力电缆线路，规定了如下预防性试验项目：主绝缘的绝缘电阻；外护套绝缘电阻；外护层接地电流；外护套直流耐压试验；主绝缘交流耐压试验；局部放电测试；护层保护器的绝缘电阻或直流伏安特性；接地箱、保护箱接触电阻和连接位置的检查；电缆接头红外热像仪成像检测。通过以上预防性试验，就可以明确发现橡塑绝缘电力电缆线路的具体故障，实施电缆本体或电缆线路附件的维修和更换。
3电缆在线检测的常用方法
3.1直流成分法
当电缆内有水树枝绝缘损伤时，流过电缆护套接地线的电流会有微弱直流分量。检测该直流分量可知电缆水树枝绝缘损伤程度。如果电缆绝缘损伤是电树枝或其他类型的，该方法不能测出。由于该电流在nA级，在工程上较难
实现。
3.2直流叠加法
在接地变中性点接入50V直流电源，该电源通过电缆主绝缘和大地形成回路，测量流过电缆护套接地线的电流的直流分量可计算出主绝缘的绝缘电阻。这种方法需外加电源，电流直流分量极弱，且易受杂散电流影响。
3.3交流叠加法
在电缆护套接地线串接101Hz、50V交流电源信号，因水树枝对101Hz交流信号敏感，所以特征电流较大，通过分析特征电流的特征值来监测电缆绝缘损坏程度。该方法需要外加电源及切换装置，且交流电源的频率漂移对测试结果影响很大。
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3.4介损因数法
直接测量电缆护套接地电流和相电压，通过数字信号频谱分析方法分别计算出电缆的容性阻抗和阻性阻抗的大小，两者的比例关系应在一定范围内，如果超出，则预警，因正常时容性电流远大于阻性电流，所以测量精度要求高。
3.5低频成分法
由于水树枝的存在，除了直流成分外，在电缆的充电电流中也含有低频成分。根据频谱分析，其频率在10Hz，特别是3Hz以下的低频电流可诊断绝缘。由于低频电流也是nA级的，对测量装置要求较高。
4基于接地电流监测的状态检修方法
目前的电缆在线监测方法主要来源于日本，侧重于对电缆主绝缘状况的在线测量，涉及电缆的介损角、绝缘电阻、直流分量、低频分量、局部放电等运行参数，这些参数的测量都依赖于对屏蔽层接地电流的测量。由于直流叠加法和交流叠加法需通过电感接入测量用电源，在工程上较为复杂，且主要适用于中性点不接地的系统，否则需在中性点和大地间串入电容器，影响电网一次架构，不建议采用。本文提出的思路是仅通过加装屏蔽层接地电流传感器、辅以采集电网PT过来的三相对地电压、零序电压信号来实现对电缆运行参数的计算、记录以及对电缆运行异常的捕获。对于检出的工频信号，可按如下方法分析处理。对于非交叉互联的单芯电缆应采用单端接地或另一端通过过电压保护器接地的方式。这时流过屏蔽层接地点的电流由芯对屏蔽层的电容电流、绝缘泄露电流、中间接头或终端接头的泄露电流组成，其中后两者皆为阻性电流。经大量研究和现场数据表明，正常时，容性电流和阻性电流之间比例关系应在一定的范围内变化（会随温度、湿度而有所变化），如超出这个范围，则表明电缆绝缘状态开始劣化。该比例关系的大小可由介损角表示，当介损角超出正常范围，装置给出报警。
上述测量方法就是介损因数法。但因PT和各种电流互感器都会发生相移，而电压信号和电流信号的相位差的tan值就是容性电流和阻性电流之间比例，因而电压信号和电流信号的相位差的准确测量就变的非常重要。因为包括PT和电流互感器在内的整个测量通道一旦确立，其相移是固定的，所以可以通过计算两次测量中相位差的变化来推算容性电流和阻性电流之间比例的变化情况，因为两次测量中相位差的变化（相位差的差）屏蔽了调理通道带来的误差，从而可准确捕获电缆介损角的变化情况。将介损角的实测值称为绝对介损角，将介损角的变化值称作相对介损角。当绝对介损角和相对介损角超过整定阀值时，给予报警。在电缆正常运行时，电缆的接地电流的大小也应在合理的范围内，如超出这个范围，代表电缆运行状态有问题。可采用芯电压幅值和接地电流幅值的比值（阻抗）来判断电缆接地电流是否正常。将阻抗的实测值称作绝对阻抗，阻抗的变化值称作相对阻抗。当绝对介阻抗和相对阻抗超过整定阀值时，给予报警。当电缆发生绝缘老化或其他问题时，经过理论研究和实际数据表明，虽然用零序电压和接地电流已无法真实计算各相的介损角和对地阻抗，但计算出来值仍会跟着发生较大变化，能有效反映电缆的非正常状态，也就是说，当其超出正常范围时，同样反映了电缆的潜在问题。
5.结束语
通过以上检测方法，可全面检测到如下电缆运行异常：接地不良或电缆接地方式不对；外护套破损造成金属护套多点接地；电缆绝缘老化等。在检测到电缆异常后，通过对在线检测到的电缆线路历史运行数据的图形化比较分析，可进一步确定是否需要进行预防性试验以及试验的项目和内容。通过预防性试验，最终确定电缆故障类型，实施维修和更换。
参考文献
[1]变电设备状态检修流程优化浅析[J]. 赵立邺,赵文婧. 中国设备工程. 2017(01) .
[2]]配网状态检修常态化管理的深入实践与创新应用[J]. 季斌,汪波,张鹏. 湖北电力. 2013(07) .
论文作者:陈雷,陶静,金晓光,杨明
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：电缆论文; 电流论文; 护套论文; 阻抗论文; 预防性论文; 电网论文; 在线论文; 《电力设备》2017年第12期论文;