交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣電纜由于耐熱性能和絕緣性能十分優(yōu)異，且具有質(zhì)量輕、傳輸容量大、易敷設(shè)維護(hù)等優(yōu)點，自20世紀(jì)80年代起便被大規(guī)模應(yīng)用于我國城市配電網(wǎng)的建設(shè)與改造中。截至2020年初，國家電網(wǎng)公司在運配電電纜277.9萬段，總長度76.7萬km，同比增長13.5%。

與此同時，早期投入的部分電纜已進(jìn)入“老齡化”階段，正接近或已超過其設(shè)計壽命。如何準(zhǔn)確診斷其絕緣狀態(tài)并據(jù)此實現(xiàn)科學(xué)運維，這對于保證配網(wǎng)運行可靠性尤為重要，相關(guān)研究刻不容緩。

研究表明，XLPE配電電纜在投入運行后，其主絕緣層會在電、熱、機械和環(huán)境等多因素作用下發(fā)生非可逆絕緣老化、產(chǎn)生絕緣缺陷，極易誘發(fā)電纜故障，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。CIGRE報告中同樣指出，老化缺陷是中壓電纜發(fā)生故障的最重要原因，問題不可忽視。

2009~2011年國家電網(wǎng)公司對已投運的6~500kV電力電纜線路故障按原因進(jìn)行統(tǒng)計，設(shè)備老化故障為2 055次，故障占比21.1%，其中主絕緣老化故障占設(shè)備老化故障總量的60.9%。此外，相較高壓電纜而言，中低壓電纜的故障率更高。

對于實際運行XLPE配電電纜而言，其空間敷設(shè)跨度大、運行環(huán)境復(fù)雜，長期運行后電纜中形成的缺陷沿電纜并非呈均勻分布，如何對其進(jìn)行有效診斷和定位是一大難題。國內(nèi)外學(xué)者對此開展大量研究工作，雖已取得一定成果，但仍存在一些問題和薄弱環(huán)節(jié)亟待解決。此外，出于經(jīng)濟性考慮XLPE配電電纜一般不配備狀態(tài)實時監(jiān)測裝置，歷史運行數(shù)據(jù)的缺乏進(jìn)一步增加了XLPE配電電纜老化狀態(tài)診斷的難度。

鑒于此，華北電力大學(xué)的科研人員總結(jié)了現(xiàn)有XLPE電纜典型缺陷診斷方法與定位技術(shù)的發(fā)展及其優(yōu)勢，探討了這些方法和技術(shù)應(yīng)用于實際XLPE配電電纜狀態(tài)診斷過程中存在的不足，指出現(xiàn)有方法對于電纜集中性缺陷診斷存在靈敏度不高、頻域反射定位技術(shù)測量信號中高頻分量的衰減問題限制其實現(xiàn)較長電纜中的缺陷定位、現(xiàn)有技術(shù)尚未實現(xiàn)電纜中老化段與集中性缺陷的辨識與定位等關(guān)鍵問題。

圖1 含缺陷電纜結(jié)構(gòu)示意圖

在此基礎(chǔ)上，科研人員建議從以下幾個方面開展深入研究。

1 提高對電纜中集中性缺陷診斷的靈敏度

現(xiàn)有介電響應(yīng)分析方法更傾向于表征電纜整體平均老化情況，局部缺陷較短時可能會由于診斷方法靈敏度過低而無法被及時檢出，威脅電網(wǎng)安全，因而亟需提高檢測方法對于集中性缺陷的診斷靈敏度。

由前文分析得知，頻域介電譜法相較0.1Hz超低頻介損檢測和極化/去極化電流法而言，診斷電纜中的缺陷更具優(yōu)勢。因此主要建議從以下兩個方面來提高集中性缺陷診斷的靈敏度：

（1）降低頻域介電頻譜檢測頻率下限，進(jìn)一步拓寬頻率檢測范圍。有研究已指出，頻率降低有利于使電纜老化過程中tanδ發(fā)生更為顯著的變化；同時，拓寬頻率檢測范圍可更充分地分析tanδ隨頻率變化過程及規(guī)律，有利于為集中性缺陷的識別與診斷提供更多信息。

（2）在確保不會對電纜造成損害的前提下，進(jìn)一步提高介電譜的測試電壓，開展高壓介電譜研究。對于發(fā)生水樹老化的電纜而言，提高測試電壓有利于促使損耗電流及tanδ的增加，更有利于反映tanδ隨測試電壓的非線性變化的特性。

在上述兩方面研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步挖掘?qū)行匀毕菰\斷更為有效的特征量及特征值，提高對電纜集中性缺陷診斷的靈敏度。

2 對長電纜中缺陷實現(xiàn)準(zhǔn)確定位

BIS、RCS等頻域反射技術(shù)對于電纜缺陷定位展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢和潛力，但高頻測量信號在較長線路傳輸過程中的衰減問題不可忽視，這極易導(dǎo)致定位誤差增大或無法進(jìn)行缺陷的定位。

針對上述情況，建議從提高測量信號功率的角度開展研究，如利用功率放大器對原有測量信號功率進(jìn)行放大、或研制大功率阻抗分析設(shè)備等，基于原始測量信號功率的提升來緩解、應(yīng)對XLPE配電電纜中高頻信號的固有衰減過程，這有利于提高對長電纜缺陷檢測的頻域反射法的測試頻率上限，進(jìn)而實現(xiàn)對長電纜中缺陷的準(zhǔn)確定位。

對于缺陷定位過程中存在的“假峰”問題，建議從“假峰”與真實缺陷形成的 “畸變峰”在等效頻率及幅值上的關(guān)聯(lián)關(guān)系著手，基于特征分析與提取來實現(xiàn)“假峰”的辨識與消除。此外，在進(jìn)行缺陷定位的過程中，還可通過調(diào)節(jié)測量儀器與電纜首端特征阻抗的匹配效果（即源阻抗與傳輸線阻抗匹配）來抑制“假峰”的形成。

?3 開展電纜中局部老化段的定位與診斷研究

現(xiàn)有頻域反射技術(shù)研究尚未實現(xiàn)電纜中局部老化段與集中性缺陷的辨識與定位，且局部老化段的存在可能會影響測量信號傳播過程，進(jìn)而影響定位精度，此外，局部老化段狀態(tài)的診斷研究仍有較大拓展空間。

建議開展以下研究：

（1）對比分析局部老化段和集中性缺陷形成的阻抗不連續(xù)點的差異（如反射系數(shù)變化特征），提取基于頻域反射法的空間域函數(shù) “畸變峰”特征來實現(xiàn)對老化段和集中性缺陷的辨識與定位。

（2）研究電纜局部老化對于測量信號傳播速度的影響規(guī)律，考慮波速變化特征改進(jìn)定位計算方法及過程，提高缺陷定位的準(zhǔn)確性。

（3）考慮“畸變峰”幅值沿線路衰減特性及不同“畸變峰”形成過程中的耦合作用，嘗試依據(jù)“畸變峰”幅值，建立其與局部老化段老化狀態(tài)的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)對沿電纜線路老化分布狀態(tài)的有效表征。

以上研究成果發(fā)表在2021年第22期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“XLPE配電電纜缺陷診斷與定位技術(shù)面臨的關(guān)鍵問題”，作者為單秉亮、李舒寧 等。