XLPE电缆在线监测方法综述

摘 要：随着近年来我国城市供配电网的建设，交联聚乙烯电缆（XLPE）得到了十分广泛的应用。但随着电缆使用时间的延长，其故障发生频率逐年增加，因其故障停电而造成了巨大的经济损失，因此，对其在线监测具有重要的意义和价值。现有 XLPE电缆在线监测的方法，主要围绕着绝缘整体监测和局部放电监测进行研究。

关键词：交联聚乙烯电缆；在线监测；绝缘监测；局部放电

Review of On-line Monitoring Methods of XLPE Cables

Zheng Shuguang， Liu Guanqi

（North China Electric Power University， Baoding 071003， Hebei， China ）

ABSTRACT： With the development of distribution grid in China， XLPE cable has been very widely installed and applied. But as the cable using the extension of time， the failure frequency increases year by year， theses failures causes outage and huge economic loss. Therefore， the on-line monitoring of XLPE is of great importance and values.

0. 引言

交联聚乙烯电缆（XLPE）因其优异的电气特性和机械特性、具有良好的运行安全性能和过热性以及安装维护的方便性，以广泛应用于500KV及以下输变电工程中。特别是随着城市电网的建设和发展，为了减少线路走廊及提高送电的可靠性，要求主干道电线入地，提高电缆化比例，已有相当数量的XLPE电缆投入220KV/110KV以及35KV及其以下城市供配电网中运行[1]，随着城市供配电网规模的扩大， 国产500KV交联电缆也即将在北京投入使用。

交联电缆得到广泛应用的同时，伴随而来的问题也越来越多。电缆在长期运行中，会受到电场、热效应、机械应力、化学腐蚀以及环境条件等因素的影响，在这些因素长期影响下，电缆绝缘会逐渐老化，最终将导致绝缘损坏，引起停电事故。为保证电缆的可靠运行，传统的做法以预防性试验为主，主要采取离线试验的方法掌握绝缘老化情况，但这些方法往往很不准确，不能全面的表征绝缘的实际状况，甚至会对电缆造成损伤反而加剧绝缘的老化。随着在线监测技术的发展，对电缆实时在线监测和状态评估，能够在不停电的情况下对电缆绝缘实时监测，减少了停电损伤，同时可以克服以上缺点，因而具有良好的应用前景和工程价值。

1. XLPE在线监测方法

为了保证XLPE电缆的安全可靠运行，电力电缆在线监测技术发展的非常迅速，特别是欧美和日本应经形成了相对成熟的电缆在线监测体系，积累了十分丰富的经验和宝贵的数据。我国XLPE在线监测近几年也发展迅速，应经形成了一些方法和系统。

1.1 电缆绝缘水树枝老化在线监测

1） 直流分量法[10]

电缆中存在水树枝老化时，水树枝具有“整流效应”，在外施交流工作电压时，流过电缆绝缘层的交流电流中将含有微弱的直流成分，这个直流电流将在由高压配电线、电缆导电芯、XLPE绝缘电缆接地线、接地保护用电压互感器及大地构成的回路中流过。通过检测直流分量的大小或电流变化曲线即可进行老化诊断。通常这个电流很微弱仅在nA～mA数量级上。

树枝发展得越长、树枝密度越大，直流成分也就越大，绝缘老化的越严重，绝缘劣化过程将导致交流击穿电压的下降。

2） 交流叠加法

交流叠加法在交联聚乙烯电缆的运行电压上叠加一个交流高压电源，频率为101Hz左右，检测出此时的1Hz的特征信号，进而可以判断出电缆老化的程度。当在叠加（2倍工频+1）Hz正弦小电压下，合成调制电压幅值的周期性变化，使得水树枝上的导电离子在基本按工频规律震荡的前提下，幅值是按超低频规律变化的，因而可以在检测回路里滤出其超低频的电流成分。

交流叠加法相对其他方法简单准确，其1HZ分量是由水树枝的非线性电阻特点产生的，该方法的不仅能够检测出电缆的局部劣化，且不受杂散电流和电缆头污秽的影响，但实际的1Hz电流成分很小，较难准确提取。文献[12]中采用混沌方法检测这种弱信号，取得了不错的效果。

1.2 电缆局部放电在线监测

通常电缆绝缘故障多发生在电缆附件位置上，而其本体则较少发生故障。对于电缆在线监测，主要检测电缆附件，包括电缆终端和电缆头是否有局 放产生。电缆局放的在线监测方法主要有：差分法、电容传感法、电磁耦合法、超高频法（UHF）、超声波监测法等。

1） 差分法

差分法是日本日立电缆公司与东京电力公司共同开发的一种在线监测方法。

此方法是用粘合剂将两快金属箔分别黏在XLPE电缆中间接头两侧的金属屏蔽层上，电缆屏蔽层与金属箔之间形成一个约1500-2000PF大小的等效电容。将50欧姆的监测电阻接在两快金属箔之间。当电缆接头一侧存在局部放电信号时，通过与电缆绝缘层等效电容之间的耦合作用，在整个回路中就会有放电信号流过，这样检测阻抗就会监测到放电信号，将检测到的脉冲放电信号送入频谱分析仪中显示分析。

2） 电容传感法

电容传感法，将电容分压器作为传感器，检测放电脉冲的高频特性。当局放产生时，放电脉冲可视为沿电缆传播的电磁波，而高频干扰衰减快且弱，通常将其用于电缆及其附件的在线监测。

此法有较好的检测灵敏度，并且可以通过研究信号到达两个传感器的时间差，来实现信号的定位，但电容传感器的安装需要将电缆外屏蔽层截断，插入内电极，在实际应用中安装相对困难。

2. 总结

本文介绍了交联聚乙烯电缆老化的主要原因，介绍了直流分量法、直流叠加法、电桥法、交流叠加法、低频叠加法等整体绝缘监测方法，同时对差分法、电容传感法、电磁耦合法、超高频法等局部放电的在线监测进行了介绍，对温度监测也做了简单的说明。最后，对在线监测系统的方法选择、软硬件组成、传感器设计、以及抗干扰方法做了简单介绍，以期能够对XLPE在线监测系统的整体构成有初步的了解。本文中对诊断方法涉及较少，主要侧重于对XLPE在线监测原理的描述，但通过以上装置获取信息后的诊断方法也是极为重要的。

参考文献

[1] 陈沛云.高压、超高压交联电缆的发展及应用[J].高电压技术，2001，27（104）：3-4.

CHEN Peiyun.Technology Development and Application of High and Extra High Voltage Cable[J].2001，27（104）：3-4.

[2] 应启良，魏东，高小庆，等.我国高压及超高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的应用与发展[J]. 电线电缆，2001，（3）：3-9.

YING Qiliang，WEI Dong，Gao Xiaoqing，et al.Development and application of high voltage and extra-high voltage XLPE power cable system in China[J] .Electric Wire&Cable，2001，（3）：3-9.

[3] 杜言.交联聚乙烯电缆局部放电在线监测及定位研究[D].重庆大学， 2006.

作者简介：

郑曙光（1990-），男，汉族，河北沧州人，研究生在读，华北电力大学，研究生，主要从事电力系统方面的研究。