- 頭條交流高壓閃絡法：電纜故障行波測距的新方法2019-11-04 作者：時振堂、孫進、顏廷純、黎德初 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語中國石化大連石油化工研究院、山東科匯電力自動化股份有限公司、中國石化廣州分公司的研究人員時振堂、孫進、顏廷純、黎德初，在2019年第4期《電氣技術》雜志上撰文（論文標題為“交聯聚乙烯電纜故障行波測距新方法研究”），為解決傳統行波測距方法中，直流分量對交聯聚乙烯（XLPE）電纜的損害以及故障檢測成功率不高的問題，通過分析沖閃法和直閃法測距技術存在的問題，發現了行波測距檢測的是電力電纜故障點放電產生的脈沖行波信號，而非注入的高壓脈沖信號，得出了脈沖和直流高壓的擊穿能力依賴于儲能電容的容量，輸出電流不能有效保證故障點低阻狀態等重要結論。作者提出了“交流高壓閃絡法”作為XLPE電纜測量方法，即采用高壓交流電源擊穿電纜故障點，能夠提供持續的大電流，保證故障點持續放電。通過仿真分析和工業實驗，證明了本方法的有效性，提高了測距的準確性和可靠性。
電力電纜故障行波測距是基于行波傳輸的成熟技術，其定位準確且速度較快，得到了廣泛的應用，并在架空線路保護方面得到了延伸應用。由于故障切除時間和電纜結構的差異，高壓電力電纜的故障與低壓電力電纜和通信電纜的故障性質不同，往往呈現出閃絡和高阻故障，閃絡性故障一般要施加一定電壓才會出現故障放電現象，而高阻性故障則相當于閃絡性故障附加一個對地電阻。
一般認為，高阻故障的故障電阻超過10Z0（Z0為電纜的波阻抗，一般不超過40 ），工程實踐中通常認為大于300 的電纜故障，反射波信號難以識別。高電壓施加到故障電纜后，故障點放電擊穿，故障點阻抗降低，形成故障點行波信號反射。
受傳統低壓脈沖法和油浸紙絕緣電纜試驗方法的影響，將直流高壓閃絡法（簡稱直閃法）和高壓脈沖閃絡法（簡稱沖閃法）分別應用到高壓電纜的閃絡性故障和高阻故障測距中，并開發相應的成套試驗裝置，其基本原理都是通過直流高壓發生器給儲能電容充電，儲能電容直接（直閃法）或者通過開關（沖閃法）向故障點放電。根據行波信號采集方式的不同，又分為行波電流法和行波電壓法。
為了提高單端測距的精度，研究人員先后提出了雙端測距法和二次脈沖法。雙端測距依賴于時間精度的提高，即GPS定時精度可達1 s，利用行波信號到達兩端的時間差計算故障點位置，后被廣泛應用于輸電線路的在線測距。二次脈沖法通過擊穿后附加發射一個低壓脈沖，希望克服高壓脈沖的陡度偏低問題。
交聯聚乙烯（cross-linked polyethylene, XLPE）電力電纜以其自身的諸多優點在電網中的使用量越來越大，由于電纜絕緣材料的改變，普遍認為直流高壓測試對XLPE電纜存在直流電荷累積效應，帶來較大的交聯聚乙烯電纜絕緣損傷，相關標準和學者都推薦交聯電纜進行交流耐壓試驗。
但是，XLPE電纜故障測距的研究集中在模型方面，文獻[4]針對單芯交聯聚乙烯（XLPE）絕緣電力電纜的頻變模型提出了等效的集總參數電路模型。其他的研究諸如應用小波理論，以及變分模態分解和Teager能量算子相結合的方法等。
傳統的直閃法和沖閃法存在較大的直流分量，嚴重影響XLPE電纜的使用壽命。項目組為了解決傳統電纜行波測距技術的直流電荷累積效應問題，提出了采用交流高壓電源擊穿電纜故障點的“交流高壓閃絡法”。
圖1 直閃法/沖閃法原理圖
圖9 基本實現原理
圖13 測試現場圖
圖15 測試現場圖
結論
通過理論分析和計算機仿真，論證了傳統電力電纜故障行波測距技術存在的理論誤區，提出了交流高壓閃絡法故障測距技術，有效解決了空間電荷累積效應對電纜造成的破壞，保證了電纜修復后的使用壽命，避免了直流高壓電容儲能對試驗人員的安全威脅，具有良好的安全性。
在工程實踐中，交流高壓閃絡法能夠實現電力電纜的預防性試驗和故障測距同步進行，也為220kV以上高壓電纜的故障行波測距提供了理論基礎。
