川大科研人员提出电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位的新方法

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为解决局部放电法和反射系数谱法在电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位方面存在的不足，四川大学电气工程学院、国家电网无锡供电公司的研究人员李蓉、周凯、万航、谢敏、饶显杰，在2021年第8期《电工技术学报》上撰文，提出一种基于输入阻抗谱的电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位方法。仿真和实验结果表明，该方法对长度大于5cm或电容变化大于±5%的局部缺陷具有较高的识别灵敏度，不仅能对电力电缆本体局部缺陷类型进行识别，还能实现对微弱缺陷的有效定位。

随着城市化的不断推进，交联聚乙烯（cross- Linked Polyethylene, XLPE）电力电缆因其良好性能被广泛应用于城市电网之中。然而在制造、运输、安装、运行过程中，电缆会受到生产工艺、施工质量、运行环境、外力破坏等因素的影响，使得绝缘缺陷产生。电缆缺陷的存在往往是局部性与潜伏性的，传统的预防性试验不能及时对电缆本体局部缺陷进行定位与缺陷类型识别，这将为电缆线路的运行留下隐患，容易引发绝缘击穿事故。

常用的电缆缺陷检测方法，如局部放电（Partial Discharge, PD）法，包括振荡波、谐振下的PD法等，该方法属于无损检测且具有较好的检测效果，近年来被广泛应用于电缆诊断测试中。

虽然运用局部放电能够实现对电缆典型缺陷的类型识别与定位，但该方法主要针对电缆附件，检测其安装缺陷（如杂质、刀痕等），难以检测电缆本体的老化、受潮、铜屏蔽层缺损与腐蚀等绝缘降低缺陷，且其检测灵敏度容易受到复杂现场电磁环境的影响。而传统的时域反射（Time Domain Reflectometry, TDR）法因其所注入的脉冲波所含高频成分少且受色散效应影响严重，很难实现对电缆本体局部微弱缺陷的定位识别。

近年来，部分国内外学者开始基于频域反射（Frequency Domain Reflectometry, FDR）法在电力电缆局部缺陷诊断方面开展研究。虽然FDR法在电缆局部缺陷定位上存在一定的优越性，但在电缆缺陷类型识别方面还缺少研究。而基于FDR法发展起的宽频阻抗谱（Broadband Impedance Spectroscopy, BIS）法、反射系数谱（Reflection Coefficient Spectrum, RCS）法通过扫频信号测量获取电缆特征参数，这两种方法虽能高灵敏度地定位电缆局部缺陷，却也未在电缆本体局部缺陷类型识别方面进行研究。

为此，四川大学电气工程学院、国家电网无锡供电公司的研究人员基于BIS法，运用输入阻抗谱，提出针对电力电缆本体局部缺陷的诊断方法。该方法能够有效地对电缆本体局部缺陷类型进行识别，并且实现电缆本体局部缺陷的准确定位。

图1  实验测试原理

研究人员指出：

1）对电缆本体缺陷类型识别进行仿真与实验验证，仿真和实验结果表明，相比正常电缆而言，电缆局部容性缺陷的存在会导致电缆输入阻抗谱往左偏移、谐振点变小，电缆局部感性缺陷的存在会导致电缆输入阻抗谱往右偏移、谐振点变大，且随着局部缺陷程度的加深，输入阻抗谱的偏移越严重。

图2  电缆本体局部热老化缺陷定位效果

图3  电缆本体铜屏蔽层局部缺损缺陷定位效果

2）相比于PD法、RCS法，本文所提方法能更好地对电缆本体缺陷进行类型识别，且对长度大于5cm或电容变化大于±5%的局部缺陷具有较好的识别灵敏度。

3）该方法运用输入阻抗谱、DFT实现了电缆本体局部缺陷的定位，运用Kaiser窗提高了对电缆本体局部缺陷的识别灵敏度。相比于PD法、TDR法，本文所提方法受现场电磁环境的影响较小，能够更高灵敏度地定位电缆本体局部缺陷。

以上研究成果发表在2021年第8期《电工技术学报》，论文标题为“基于输入阻抗谱的电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位”，作者为李蓉、周凯、万航、谢敏、饶显杰。