引言

电力电缆是承载电能传输的重要设备，电缆绝缘状态检测是维护电缆安全运行的必要环节。电缆局部绝缘缺陷的持续发展最终导致电缆永久故障，但初始阶段局部绝缘缺陷特征不明显，经常采用局部放电法、时频域反射法等离线检测方法。由于电缆停止维护和频繁检测，离线绝缘状态检测技术逐渐不能满足长期监测电缆运行状态信息的需要，而局部放电在线检测容易受到环境噪声的干扰，离线检测仍是实际绝缘检测的主要方法。

1高压电缆故障原因

1.1高压直流接地极关键问题

直流接地极是高压直流输电系统的工作电流(单极大地回路运行模式下)、故障电流和系统不平衡时电流的回流/排流通道是保证高压直流输电系统正常运行的重要设备。直流接地极系统中埋地金属馈电元件遭受直流电解腐蚀，其腐蚀状态与金属材料、土壤环境、连接方式、直流运行方式、活性填充材料(石油焦炭)和施工质量密切相关。如果金属材料质量控制不严格，焊接、密封等施工工艺不合格，运行后会导致接地极局部腐蚀严重，载流能力下降，接地极温度升高，甚至导致导流电缆腐蚀断开、接地极烧毁等事故隐患。早期接地极馈电元件采用导电性好的碳钢材料，但由于碳钢是活性金属，耐腐蚀性差，特别是在强腐蚀环境的土壤电化学腐蚀和接地极单极大运行的直流电解腐蚀下，碳钢容易发生快速腐蚀甚至断裂事故。

1.2高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障

高压XLPE电缆缓冲层具有阻水性能。烧蚀电缆的共同特点是电缆金属套为皱纹铝套，缓冲层中含有阻水半导电缓冲带，大部分有潮湿迹象。电缆防水主要考虑沿电缆导体方向和沿电缆径向穿过电缆外护层的渗水。因此，可采用电缆径向防水和纵向阻水结构。目前，典型的高压电缆结构，无论是皱纹铝套结构、平铝套结构还是铝塑复合套结构，都是具有径向阻水功能的金属套密封结构。也就是说，即使在有水的环境中，也不会影响电缆的正常使用。

1.3电力电缆外护套故障定位

电力电缆外护套绝缘故障的主要原因包括本体缺陷、外力损伤、积水入侵和白蚁入侵。在电力电缆运行过程中，电缆外护套会老化或损坏，其绝缘性能会下降。随着时间的推移，绝缘性能问题越来越严重。因此，外护套绝缘问题是电缆线路故障的重要原因之一。外护套损坏后，金属护套会直接与地面形成电路，使护套电流显著增加。护套电流的增加不仅会加速金属护套的老化，还会增加热量，导致电缆载流减少。金属护套长期发热损坏后，积水和空气会通过损坏点侵入电缆主绝缘，可能导致主绝缘被击穿，造成事故，威胁电缆安全运行。因此，定期检查电缆外护套，定位和维护故障点，对电缆的安全运行非常重要。

2高压电缆故障对策分析

2.1高压直流接地极

高硅铸铁阳极作为一种新型耐腐蚀铁硅合金，最初在美国使用，最初只在实验室使用。到20世纪80年代初，这种阳极在工业生产中得到了广泛的应用。含硅量在14．5%以上的高硅铸铁具有良好的耐腐蚀性，因为硅在铸铁表面形成了一层由SiO2组成的保护膜。但这种含硅14．发现5%的铸铁阳极在海水中容易腐蚀，因此在强腐蚀性介质或海水中使用的阳极中会添加铬，以降低原阳极的腐蚀率。加铬的高硅铸铁阳极简称高硅铬铁。目前，高硅铬铁阳极已广泛应用于高压直流输电领域，作为抵抗土壤电化学腐蚀和电解腐蚀的馈电元件～60年使用寿命设计。根据DL/T5224-2014《高压直流输电地回系统设计技术规范》和DL/T1675-2016《高压直流接地极馈电元件技术条件》的规定，高硅铬铁是直流接地极阳极的最佳选择。

2.2高压XLPE电缆缓冲层检测关键技术

为了减少或避免电缆缓冲层烧蚀的发生，在电缆安装或正式使用前，应对电缆缓冲层进行检测。综合分析高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障原因，需要测试阻水带的含水率、阻水带的体积电阻、阻水带的表面电阻和成品电缆缓冲层的接触电阻。目前，根据JB/T10259-2014《电缆和光缆阻水带》的规定，对阻水带的含水率、体积电阻率和表面电阻率进行检测。目前，成品电缆缓冲层的接触电阻率还没有相关的国家标准、行业标准和集团标准。国家电线电缆质量检验检测中心制定了相关技术规范《额定电压110kV及以上交联聚乙烯绝缘皱纹铝套电力电缆半导电缓冲层电接触性能评价方法》，可用于成品电缆缓冲层接触电阻率的测试。

2.3护层电流在线监测

电缆护层电流的在线监测是故障定位系统的基础。在线监测系统主要通过比较护层电流的监测值和系统设置的数据来判断护套故障的大致电缆段或位置，相当于故障的初步定位。金属护套接地会增加护层电流，因此护层电流监测可以作为电缆早期故障监测的一种手段，防止电缆绝缘层由外而内逐渐恶化。目前，通过计算护层电流来判断外护套异常程度有两种方法。第一种方法是利用环流比(接地线电流幅值与导体电流幅值之比)的大小来判断环流异常；第二种方法是利用实际电流与理想电流的差来判断。当监测到的环流比(接地线电流与导体电流的比)大于3%时，可以判断该段电缆的故障位置。对于接地方式为单端接地的电缆，环流与距离成一定比例增加(单点故障)，可以判断故障点的大致位置。然而，如果环流比是同相位多点故障，则无法判断故障点的位置。

2.4电缆初期故障在线检测技术

电缆初始故障检测研究的数据主要是少量的现场监测数据和大量的模拟数据，研究主要依靠模拟，但现有的电缆初始故障模型并不能完全描述电缆的初始故障。现场数据集需要长期监控电缆运行中的电压电流数据，存在周期长、效率低、可能难以获取等问题；实验获取数据是模拟电缆运行中各种环境状态和电缆绝缘缺陷的开发过程的快速、方便、有效的手段。通过大量试验数据分析电源扰动数据的特性，结合现场监测数据，有助于更全面地了解电缆的初始故障。大多数现场测量波形为电流波形，电压波形较少，由于系统和电缆参数的影响，扰动发生点和监测点的波形特征可能存在很大差异，难以进一步分析扰动特征；由于无法获得扰动发生点的原始扰动波形，也难以研究和分析系统中扰动的传播，也障碍了验证检测方法的有效性。这需要分析当地电压波形和电力系统中的设备参数，研究电压沿电缆线路的传输规律，研究电力系统中暂态电力干扰的影响因素。

结语

简而言之，当电缆初始故障检测技术的实用性研究取得进展时，基于临时电源干扰的电缆绝缘缺陷检测方法有望成为电缆绝缘状态在线监测的一种新方法。