高压电缆带电检测设备缺陷技术的研究及应用.pdf

2023年第1 期（总第30 1 期）doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.01.005应用能源技术19高压电缆带电检测设备缺陷技术的研究及应用唐勇，沈国欣（国网温州供电公司输电运检中心，浙江温州32 50 0 0）摘要：高压电缆承担着输送高额电能的关键职责。然而，由于外部环境影响和材料老化等因素，高压电缆在运行过程中可能会出现各种缺陷，这些缺陷如果不及时发现和处理，可能导致系统故障甚至严重事故。传统的电缆检测方法往往需要停电进行，为了满足高压电缆实时监测的需求,文中对高压电缆带电检测设备缺陷技术进行了研究。首先介绍了高压电缆常见的缺陷类型，然后详细探讨了高压电缆带电检测设备的主要缺陷检测技术原理，最后一条2 2 0 kV线路高压电缆带电检测缺陷的应用表明，文中所研究高压电缆带电检测设备缺陷技术可以实现高效、准确地检测高压电缆中的缺陷，为预防故障和维护电力系统的安全稳定运行提供重要的技术支持。关键词：带电检测；高压电缆；设备缺陷；红外热像中图分类号：TM75Research and Application of Defect Detection Technologyof High-voltage Cable On-line Detection Equipment(Transmission Operation and Inspection Center of State Grid Wenzhou Power Supply Company,Abstract:High-voltage cables undertake the critical responsibility of transmitting high-powerelectricity.However,due to factors such as external environmental influences and material aging,various defects may occur in high-voltage cables during operation.If these defects are not detectedand processed in time,they may lead to system failures or even serious accidents.Traditional cabledetection methods often require power outages.In order to meet the needs of real-time monitoring ofhigh-voltage cables,this paper studies the defect detection technology of high-voltage cable on-line detection equipment.Firstly,the common defect types of high-voltage cables are introduced,and then the main defect detection technology principles of high-voltage cable on-line detectionequipment are discussed in detail.Finally,the application of on-line detection defects of high-voltage cables on a 220 kv line shows that the high-voltage cable on-line detection equipmentdefect detection technology studied in this paper can achieve efficient and accurate detection of defectsin high-voltage cables,which provides important technical support for preventing failures andmaintaining the safe and stable operation of power systems.Key words:on-line detection;high-voltage cable;equipment defect;infrared thermal imaging收稿日期：2 0 2 2-1 1 1 8 修订日期：2 0 2 2-1 2-0 9作者简介：唐勇（1 9 8 8）,男,本科,工程师,研究方向为高压电力电缆运维管理。文献标志码：ATANGYong,SHEN GuoxinWenzhou 325000,China)文章编号：1 0 0 9-32 30(2 0 2 3)0 1-0 0 1 9-0 50引言随着电力需求的增加和技术的发展,高压电缆带电检测设备的研究和应用越来越受到关注。其主要原因包括：一方面,传统的切断电力供应进20行检测的方式，无法满足电力系统的需要；另一方面,高压电缆带电检测设备能够提高检测的效率和准确性,降低了维护成本 。高压电缆带电检测设备专门用于检测高压电缆中的缺陷和故障的装置，其工作原理基于不同的电磁波检测技术。它可以在高压电缆带电状态下进行检测,无需切断电力供应，极大地提高了检测的效率和准确性。传统的高压电缆带电检测技术主要包括局放测量法、频谱分析法、故障定位法等 2-3。这些检测方法存在着测量准确性低、定位难度大、对故障类型有限等局限性。在实际应用中，高压电缆带电检测设备缺陷技术还可以广泛应用于各类电力系统，包括输电线路、变电站、工矿企业等。通过对高压电缆的绝缘老化、接头松动、屏蔽破损、绝缘击穿、导线断裂等缺陷进行检测和分析,可以及时发现问题,采取相应的维护措施，确保电力系统的安全可靠运行 4-5。同时,这些技术还可以在新建电力系统的调试和验收阶段进行应用，确保新建电力系统的质量和可靠性。1高压电缆缺陷分析高压电缆由于长期使用和外界因素的不利影响,高压电缆可能会出现各种类型的缺陷,给电力系统带来安全隐患和运行问题 6-7 。因此，了解和分析高压电缆的缺陷成因和影响，对于及时发现和处理高压电缆缺陷，维护电力系统的安全稳定运行至关重要。当前常见的高压电缆常见缺陷类型及成因包括以下方面。（1)绝缘老化。由于长期使用或外部环境因素导致绝缘材料的老化和劣化。绝缘老化会导致电缆绝缘性能下降,增加了电缆发生故障的风险。绝缘老化的主要表现为绝缘材料表面出现龟裂、变色、硬化等现象，严重时还会出现绝缘材料脆化、破裂等情况。绝缘老化的原因主要由于电缆长期工作在高温、高压环境下，电缆绝缘材料受到电场、热量和化学物质的影响，以及外部环境因素如紫外线、潮湿等的侵蚀。这些因素会导致绝缘材料中的聚合物链断裂、交联结构破坏、添加剂流应用能源技术失等，从而使绝缘材料的绝缘性能下降。(2)接头松动。高压电缆接头松动可能会导致电缆接头处的局部放电，进而引发绝缘老化和击穿等严重问题。接头松动的主要原因包括安装不当、材料老化、机械振动等。(2)屏蔽破损。高压电缆屏蔽破损主要表现为屏蔽层的损坏或破裂。屏蔽层是用来防止电缆受到外界干扰和电磁波的影响，一旦屏蔽层出现破损,就会导致电缆的绝缘性能下降,甚至引发电缆故障。屏蔽破损的原因主要包括外部机械损伤、电缆老化、操作不当等。(3)绝缘击穿：绝缘击穿是由于绝缘材料在电压作用下发生击穿的一种现象。绝缘击穿可能是由于绝缘材料自身的缺陷或者外部因素导致的，例如绝缘材料老化、机械损伤、潮湿等。绝缘击穿会导致电缆内部的绝缘层破坏，从而引起电缆的短路、火灾等严重后果。（4)导线断裂：高压电缆导线断裂其主要原因包括材料疲劳、外力损伤、制造缺陷等,导线的断裂会导致电缆传输能力下降，甚至造成电缆短路、火灾等严重后果。2常规高压电缆带电检测设备缺陷技术原理及方法2.1电磁波法电磁波法的原理是利用电磁波在电缆中传播时与缺陷产生的相互作用来检测电缆的缺陷情况。电磁波法主要包括局部放电检测和电磁波传播特性分析两个方面 8 。局部放电检测。通过检测电缆中产生的局部放电信号来判断电缆是否存在缺陷。当电缆中存在绝缘老化、接头松动、屏蔽破损等缺陷时，会产生局部放电现象，其放电信号可以通过特定的传感器进行捕捉和分析，从而判断电缆的健康状况。电磁波传播特性分析。通过对电缆中电磁波的传播特性进行分析，来判断电缆是否存在缺陷。当电缆中存在绝缘击穿、导线断裂等缺陷时，会导致电磁波的传播特性发生变化，如传播速度、衰减程度等，通过对这些特性的分析可以判断电缆的健康状况。电磁波法2023年第1 期（总第30 1 期）2023年第1 期（总第30 1 期）在高压电缆带电检测中具有较高的灵敏度和准确性,能够对电缆的各类缺陷进行有效地检测和分析。因此,在实际的高压电缆维护中,电磁波法被广泛应用于电缆的在线监测和故障诊断中,为电力系统的安全稳定运行提供了重要的技术支持。2.2高频信号法高频信号法是一种基于高频电磁信号检测高压电缆故障的技术。其原理是利用高频信号在电缆中传播时与缺陷产生的反射、散射等现象进行检测。高频信号法主要包括通过高频信号源产生一定频率的电磁波信号再将信号输入到电缆中，在电缆中信号会受到各种缺陷的影响，如绝缘老化、接头松动、屏蔽破损、绝缘击穿、导线断裂等，从而产生不同的反射、散射等现象。然后利用接收装置接收电缆中传播的高频信号，并对接收到的信号进行分析处理得到电缆中存在的各种缺陷的位置、类型、大小等信息。最后，根据分析处理的结果,可以对电缆的缺陷进行定位、诊断和评估,为后续的维护和修复工作提供重要的参考依据。2.3红外热像法红外热像法是一种通过检测高压电缆表面的温度分布来判断高压电缆故障的方法。这种技术不需要物理接触高压电缆,无需断电作业,并且能够快速、准确地定位高压电缆的故障点。但是该方法对于绝缘故障和不导电故障的检测效果较差，且在复杂的工况下准确性有限 5。热红外法利用红外热像仪测量高压电缆表面温度的分布情况,通过分析温度异常区域来判断高压电缆中的缺陷。该技术具有非接触式、遥感式的优点，适用于深埋地下的高压电缆和高压电缆的检测。然而，由于环境温度的影响和设备本身的灵敏度限制,该技术的准确性有限。2.4超声波法超声波法利用超声波在高压电缆中的传播特性,通过测量传播时间、幅度等参数，来判断高压电缆中的缺陷。该技术具有高分辨率、精确性高的特点，可用于检测高压电缆中的绝缘层裂纹、缺陷和水汽等问题。然而，由于超声波的传播受到应用能源技术高压电缆的结构和形状的限制，该技术适用性有限。3技术应用3.1设备概况某一条2 2 0 kV线路全长3.36 km，线路采用组合式铁塔架空线路和光滑铝护套高压电缆。高压电缆段布置于甲塔至A变电站之间，甲塔接地系统采用一点直接接地的方式,其接地系统如图1所示。甲塔为充油套管式户外终端，为直接接地侧,A变电站侧为GIS终端,采用继电保护接地的接地方式。其中平滑铝套高压电缆型号为YJLW03-Z-127/220 kV-1 1 600 mm甲塔A变电站一点直接接地箱继电保护接地箱图1 2 2 0 kV线路接地系统示意图3.2高高压电缆带电检测情况2021年0 7 月某日晚，在利用手携红外测温计对高压电缆进行定期检查时，发现甲塔B相端管温度异常，且温度明显高于其他两相。红外测温计图像显示，B相温度高点位于端管尾部。此后，工作人员立即开展该高压电缆段接地电流测试与分析,发现甲塔至A变电站之间的高压电缆段A、B、C 三相接地电流均高于正常运行值。经工作人员讨论决定停运甲塔并对甲塔至A变电站之间的高压电缆段的接地系统展开全面检查，同时采取措施及时更换B相高压电缆头，消除设备故障隐患确保系统后期安全可靠运行。(1)红外热像法检测工作人员利用红外热像法检测对甲塔至A变电站之间的高压电缆段A、B、C 三相检测,检测2122结果发现端管本体、避雷器、线夹均正常，仅B相端管尾部处温度明显高于A、C 相,A、B、C 三相高压电缆终端红外热像法检测热像如图2 所示。根据红外热图像所表示的光谱特征，A、B、C 三相端管尾部最高温度主要集中在B相高压电缆端管尾部处，温度为6 0.8，而A、C 两相高压电缆端应用能源技术管尾部处温度分别为2 2.3、2 2.8。B相高压电缆端管尾部处比A、C 两相温度约高于38 以上。基于高压电缆状态红外诊断技术规范：高压电缆相间温差1 0 可以评定为缺陷。为此针对红外热像法检测结果可以确定B相端管尾部温度异常偏高为设备缺陷。51.22023年第1 期（总第30 1 期）A相C相FOFLIR7.1OFLIR16.8图2 A、B、C 三相高压电缆终端红外热像法检测热像(2)高压电缆段的接地系统电流分析甲塔为室外终端，故接地方式设计为铜制片，由于A塔室外终端不具备接地电流检测点，仅对A站接地箱高压电缆接头进行接地电流及涡流检测接地电流。测试数据见表1。表1项目A相B相C相工作人员查阅设计图纸，甲塔至A变电站之间高压电缆段总长8 9 2 m且该段高压电缆为完整一根无接头。查看系统画面A站三相负载电流值9 9.4A,但是A站A、B、C 三相A站接地箱高压电缆接头接地电流值远远超过负载电流值。基于高压电缆状态红外诊断技术规范：接地电流值异常超过负载比值，视为异常且评定为设备缺陷。工作人员做好安全措施停运甲塔并对甲塔至A变电站之间的高压电缆段的接地系统检查发现，该2 2 0 kV线路甲塔高压电缆终端和A变电站高压电缆终端接地方式均采用直接接地，甲塔高压电缆终端接地如图3所示；A变电站高压电缆终端接地如图4所示。A站接地箱高压电缆接头接地电流接地电流值/A66.459.080.4负载电流值/A99.499.499.4图3甲塔高压电缆终端接地方式图4A变电站高压电缆终端接地方式3.3改造方案该2 2 0 kV线路，甲塔至A变电站之间的接地方式均采用直接接地，两个接地点与大地就形成一个完整的回路，在电流流过高压电缆时经金属2023年第1 期（总第30 1 期）屏蔽层产生感应电压，为此也就产生了接地电流且电流接近于负载电流值，由于接地电流的产生就产生大量热量，尤其在高压电缆头或者接头处较为严重,最后击穿高压电缆金属屏蔽层损坏高压电缆。针对所述的缺陷，工作人员采用在甲塔安装一个过电压限制器使其满足电力高压电缆线路设计规范要求。改造后的测试数据见表2。表2改造后A站接地箱高压电缆接头接地电流项目接地电流值/AA相1.66B相1.72C相1.68根据表2 中测试数据可以得出：甲塔经安装一个过电压限制器改造后，接地电流明显降低，满足电力高压电缆线路设计规范要求。3.4解体检查结果2021年0 7 月某日，针对A变电站B相端管尾部温度异常偏高为设备缺陷工作人员停电处理缺陷停电检查并更换B相高压电缆头。B相高压电缆终端解体检查发现端管尾部高压电缆头高压电缆铅封存在接触不良,存在约1 mm的间隙,如图5所示。由此可以判定为B相端管尾部温度异常偏高原因主要分为两方面：一方面尾部高压电缆头高压电缆铅封工艺存在问题,另一方面为接地系统接地方式设计不合理。应用能源技术4结束语随着技术的不断进步，带电检测方法越来越多样化,精准度和实用性不断提高，有力地支撑了电力系统的安全运行。目前压电缆带电检测技术的发展正向着更加智能化、自动化的方向发展，为此可以将物联网、大数据分析和人工智能等技术融合应用到压电缆带电检测中，这不仅可以实现更加高效和准确的缺陷诊断,而且能够通过预测负载电流值/A性维护,降低电力系统的运维成本，为电力系统的100.8健康管理和故障预防提供强大的技术支持。100.8参考文献100.81 台部晨凡，寿绍安.带电检测技术在高压电缆设备缺陷发现中的应用 J.电力设备管理,2 0 2 1(8)：47-48.2周挺，胡永芳，汪新秀，等.局放带电检测技术在开关柜高压电缆缺陷检测中的应用 J.湖南电力，2016,36(2):80 82,85.3苟华，杨玥，刘先举，等.基于三通道局部放电带电检测技术的电力高压电缆状态检测与精确评价 J.内蒙古电力技术,2 0 1 8,36(4)：7 1-7 4.4楼杨玉新，王建芳，纪巍，等.应用多种带电检测技术联合诊断设备缺陷效果分析 J内蒙古电力技术,2 0 1 6,34(3):6 3-6 7.5张亚力，俞年昌，董浩平，等.离岸海上风电场海底电缆敷设悬浮物扩散数值模拟 J.应用能源技术，2020(8):57 60.6王波，陈云飞,刘军宇.带电检测技术在高压电缆设备缺陷发现中的应用J.山东电力技术,2 0 2 0，47(12):57 60.7袁帅,陈阳.基于NB-IoT技术的电缆防盗电子井盖远程控制系统设计 J.流体测量与控制，2022,3(6):92-96.8杨天宇，纪航，张圣甫，等.基于耦合电磁波法的电缆终端局放检测实例 J.电力设备管理,2 0 2 1(1):54-56.23图5A变电站B相端管尾部