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(diǎn)，自20世紀(jì)80年代起便被大規(guī)模應(yīng)用于我國(guó)城市配電網(wǎng)的建設(shè)與改造中。截至2020年初，國(guó)家電網(wǎng)公司在運(yùn)配電電纜277.9萬(wàn)段，總長(zhǎng)度76.7萬(wàn)km，同比增長(zhǎng)13.5%。

與此同時(shí)，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(guò)其設(shè)計(jì)壽命。如何準(zhǔn)確診斷其絕緣狀態(tài)并據(jù)此實(shí)現(xiàn)科學(xué)運(yùn)維，這對(duì)于保證配網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行后，其主絕緣層會(huì)在電、熱、機(jī)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(yùn)行。CIGRE報(bào)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(wèn)題不可忽視。

2009~2011年國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)已投運(yùn)的6~500kV電力電纜線路故障按原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(duì)于實(shí)際運(yùn)行XLPE配電電纜而言，其空間敷設(shè)跨度大、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，長(zhǎng)期運(yùn)行后電纜中形成的缺陷沿電纜并非呈均勻分布，如何對(duì)其進(jìn)行有效診斷和定位是一大難題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開展大量研究工作，雖已取得一定成果，但仍存在一些問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)亟待解決。此外，出于經(jīng)濟(jì)性考慮XLPE配電電纜一般不配備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，歷史運(yùn)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(shì)，探討了這些方法和技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際XLPE配電電纜狀態(tài)診斷過(guò)程中存在的不足，指出現(xiàn)有方法對(duì)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(cè)量信號(hào)中高頻分量的衰減問(wèn)題限制其實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)電纜中的缺陷定位、現(xiàn)有技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)電纜中老化段與集中性缺陷的辨識(shí)與定位等關(guān)鍵問(wèn)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(gè)方面開展深入研究。

1 提高對(duì)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(shí)可能會(huì)由于診斷方法靈敏度過(guò)低而無(wú)法被及時(shí)檢出，威脅電網(wǎng)安全，因而亟需提高檢測(cè)方法對(duì)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(cè)和極化/去極化電流法而言，診斷電纜中的缺陷更具優(yōu)勢(shì)。因此主要建議從以下兩個(gè)方面來(lái)提高集中性缺陷診斷的靈敏度：

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

（2）在確保不會(huì)對(duì)電纜造成損害的前提下，進(jìn)一步提高介電譜的測(cè)試電壓，開展高壓介電譜研究。對(duì)于發(fā)生水樹老化的電纜而言，提高測(cè)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(cè)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(duì)電纜集中性缺陷診斷的靈敏度。

2 對(duì)長(zhǎng)電纜中缺陷實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位

BIS、RCS等頻域反射技術(shù)對(duì)于電纜缺陷定位展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)和潛力，但高頻測(cè)量信號(hào)在較長(zhǎng)線路傳輸過(guò)程中的衰減問(wèn)題不可忽視，這極易導(dǎo)致定位誤差增大或無(wú)法進(jìn)行缺陷的定位。

針對(duì)上述情況，建議從提高測(cè)量信號(hào)功率的角度開展研究，如利用功率放大器對(duì)原有測(cè)量信號(hào)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(cè)量信號(hào)功率的提升來(lái)緩解、應(yīng)對(duì)XLPE配電電纜中高頻信號(hào)的固有衰減過(guò)程，這有利于提高對(duì)長(zhǎng)電纜缺陷檢測(cè)的頻域反射法的測(cè)試頻率上限，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)電纜中缺陷的準(zhǔn)確定位。

對(duì)于缺陷定位過(guò)程中存在的“假峰”問(wèn)題，建議從“假峰”與真實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)“假峰”的辨識(shí)與消除。此外，在進(jìn)行缺陷定位的過(guò)程中，還可通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)量?jī)x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(lái)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(shí)現(xiàn)電纜中局部老化段與集中性缺陷的辨識(shí)與定位，且局部老化段的存在可能會(huì)影響測(cè)量信號(hào)傳播過(guò)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(duì)比分析局部老化段和集中性缺陷形成的阻抗不連續(xù)點(diǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)老化段和集中性缺陷的辨識(shí)與定位。

（2）研究電纜局部老化對(duì)于測(cè)量信號(hào)傳播速度的影響規(guī)律，考慮波速變化特征改進(jìn)定位計(jì)算方法及過(guò)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(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(bào)》，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(wèn)題”，作者為單秉亮、李舒寧 等。