高压电力电缆试验方法与检测技术分析

王贤湖，张 正，周 杰

（国网上海奉贤供电公司，上海 201499）

我国经济发展进入新常态，各行业领域向前发展的同时，对电力需求也随之提高，电能高质量传输与提升电网系统运行安全性是满足电力正常稳定供应的关键要素，而高压电力电缆工作性能直接影响着整个电网系统运行安全，因此，重视与做好针对高压电力电缆试验及故障检测显得尤为重要，通过对其进行试验与检测，掌握高压电力电缆实际耐压效果与绝缘性能等，以此保证出厂后的高压电力电缆均符合高压输电标准。如何选择合适并正确运用高压电力电缆试验方法与检测技术，是目前各相关人员需要考虑的问题。

1 导致高压电力电缆故障发生的成因

高压电力电缆是一种用于传输1～1 000 kv高压电的专用电缆，自内而外由导体、绝缘材料、内部保护层、铠装填充料、外部绝缘等构成。如果高压电力电缆在应用过程中出现故障，意味着电能的传输与分配工作大概率会受到影响。目前，已经明确的导致高压电力电缆出现故障的原因包括：

第一，电缆受自然作用影响导致性能下降。众所周知，高压电缆一般会布置在自然环境中，经常会受到极端自然气候的侵蚀。比如太阳光的长期直射，会导致电缆的外部绝缘受损；强烈的雨雪天气、雷暴天气、温度的骤然变化等都会产生负面作用，最终令电缆的绝缘性能下滑。针对这种情况，除了定期巡检、对性能已经严重下滑的电缆进行更换之外，只能寄希望于电缆生产商能够寻找到抗侵蚀性能更加优秀的材料。

第二，社会整体对电网需求的不断提升导致电网运行稳定度不足，最终造成电缆出现故障。具体而言，在我国工业用电、生活用电的需求量不断增加的今天，盲目提高电网的负载率并不是一项科学的举措——在传统高压电力电缆设备的运行压力不断提升的过程中，对整个电网造成的损耗也是显而易见的。如果电网规模不能及时扩大且高压电力电缆长时间处于高负荷的状态，电网传输电能的效率和质量均会下降，最终会造成资源利用率降低、安全隐患频繁出现的情况。

第三，针对高压电力电缆的施工存在瑕疵，如施工规范程度不足等，均有可能影响电缆的整体稳定性及可靠性。山东钢铁日照有限公司的研究人员对高压电力电缆施工中的常见错误进行了梳理，得出的结论为：一是，施工之前，技术人员对施工现场的环境缺少深入勘察，对高压电力电缆及其他相关设备安装位置的选择不够明确。受此影响，在安装作业期间，现场的组织、规划、管理均呈现出有一定的混乱性。在这样的情况下，电缆、接头的安装质量很可能无法达到预期效果。二是，在安装工作的完成效果不佳的情况下，电缆表面有可能出现破损，线缆与设备之间有可能接触不良，这些情况都会在不同程度上导致高压电力电缆的日常运行处于“非正常状态”，长此以往，电缆性能下滑的速度会加快。

2 高压电力电缆试验方法

以检测条件为依据，离线检测与在线检测是目前用于检测高压电力电缆故障时较为常见的两种方法。基于断电状态，依次排查高压电力电缆存在故障的位置，其中介质损耗角正切试验、绝缘电阻试验以及直流耐压线路电流试验等均是进行离线检测时常使用的检测方法，从检测效果上来看，虽然检测效率较高，但与日趋提高的社会用电需求无法给予满足。现阶段我国经济发展进入新常态，各行业健康发展必然离不开稳定且安全的电力供应，若发生大规模停电等问题，不仅会对居民日常生活造成影响，也直接关系着区域经济正常发展。在线检测试验方法类型较多，其能够满足各种环境下高压电力电缆试验要求，可以根据实际情况选择合适的试验方法，及时发现潜在问题，消除风险隐患，保证高压电力电缆良好工作性能。

2.1 例行试验

2.1.1 导体直流电阻

对直流电阻产生影响的因素主要涉及到以下几点：（1）导体材质。当导体材质不符合规定标准要求，将对导体电阻带来不同程度上的影响，确保导体材质纯度非常必要；（2）导体截面。直流电阻大小与导体截面积有着密切的关联性，基于长度与材质相同条件下，导体截面积越大，导体直流电阻也会随之增大。电缆外径不变，当导体截面积增大时，必然会使原有绝缘层厚度减小，随着时间推移，将会直接影响高压电力电缆的绝缘性能。通常情况下，以20 ℃的环境条件为标准，对导体直流电阻进行测定，例如，测定16 mm2截面直径的电力电缆的直流电阻时，由于内部导体材质不同，其直流电阻也有着一定差异，铜制与铝制电缆是目前比较常见的导体材质，该测定条件下，二者直流电阻分别为1.15 Ω/m（铜制）、1.91 Ω/m（铝制）。

2.1.2 交流电压试验

为了确保高压电力电缆能够在电网运行过程中减少故障发生以及保持稳定的使用状态，则需要确认高压电力电缆对交流电压是否具备良好的适应性。通常情况下，应在整盘电缆上进行试验，通过相应试验掌握高压电力电缆的实际耐压效果，进而避免出厂的电力电缆未达到高压输电标准这一情况出现。例如，基于交流状态下开展试验的过程中，逐渐增加电压，相关人员需要观察随着电压增加的同时，是否存在电缆绝缘层被击穿情况，若达到要求电压增加限值后，持续时间30 min，在测试期间内电缆绝缘层保持完好，可以确定该类型电缆符合高压输电标准。减少电缆绝缘层被击穿情况出现，有利于更好地保障高压输电安全。

2.1.3 局部放电试验

通过运用局部放电试验法对高压电力电缆的绝缘性进行测定，掌握电缆是否存在异常放电情况，以此保证被投入使用中的高压电力电缆具备良好的绝缘性能。在进行放电检测时，若检测结果与电缆局部放电标准要求相一致，则说明该类型高压电力电缆能够被使用在输电系统中。

2.2 抽样试验

2.2.1 交流耐压试验

选择某一段高压电力电缆对其进行抽样检测，确认短距离的高压电力电缆耐压效果是否达到规定标准。基于高压试验条件设定，在试验期间，将交流电压逐渐增加至临界限值，该过程持续时间不低于4 h，同时观察高压电力电缆是否存在击穿现象；若在规定要求的时间内无击穿现象出现，则说明该类型高压电力电缆的耐压标准达到规定要求。

2.2.2 热延伸试验

放热现象是高压电力电缆在输电过程中使用时较常出现的一种情况，放热现象频繁出现，将对高压电力电缆的机械性能造成一定影响，因此，需要通过开展热延伸试验确认高压电力电缆的机械性能是否达到规定标准。热延伸试验流程如下：（1）设定试验环境温度，将试验样品放置在200 ℃的烤箱中进行加热，并根据要求在样品上悬挂一定重量的物品，加热时间持续10 min；（2）待完成加热后，在室温环境下取出试验样品，等待其自然冷却，当样品温度与室温相同后，再测定试验电缆长度。电缆试验前后，其长度相同，表示电缆无延长现象出现，即使输电过程中受到高温影响，也不会破坏电缆的热延伸性能。高压电力电缆的热延伸性能若被破坏，必然导致绝缘层交联度降低，将无法保证此时的高压电力电缆能够在输电过程中正常使用。

2.3 型式试验

开展型式试验目的是掌握电缆设计质量，确认电缆设计指标是否符合高压输电标准，以此来保证高压电力电缆良好工作性能。由于该试验方法将对电缆造成一定破坏，要求相关人员必须严格按照规范要求进行操作，确保一次性完成检测试验，避免对高压电力电缆造成二次破坏。型式试验方法类型主要包括以下几项：（1）局部放电试验。与上述交流电压试验方法与试验要求相一致，选择短电缆进行试验；（2）弯曲放电试验。对短电缆先进行弯曲处理，再进行相应试验，电缆线芯数直接决定其弯曲程度；（3）加热放电试验。一般情况下，在输电过程中，高压电力电缆将会产生一定热量，若超过自身耐热值将会影响其绝缘性能。因此，需要通过利用加热放电试验掌握高压电力电缆的局部放电量是否与规定要求相一致。各项型式试验方法的检验要求及标准同上。

2.4 鉴定试验

针对高压电力电缆的鉴定试验，主要包括两个方面：一是，振荡电压试验。在实际试验的过程中，先进行电缆通电处理，待电缆通电后达到规定要求电压标准后，再进行放电处理。若高压电力电缆自身有问题存在，在通电期间必然会出现被击穿情况。该试验方法的原理是，电感线圈集中放电，致使高压电力电缆的电压瞬间增大，将直接危害使用过程中的电缆。因此，通过对其开展振荡电压试验，发现威胁高压电力电缆正常使用的风险因素，有效规避潜在风险隐患，确保输电过程中的高压电力电缆始终保持良好工作性能。

二是，谐振电压试验。该试验方法主要测定电缆各项指标，如耐压程度；在实际试验过程中，根据试验要求设定对应回路频率，回路时有一定谐振产生，在此基础上结合当前电压值开展耐压试验，确认高压电力电缆的耐压标准是否达到规定要求。因谐振电压试验开展涉及到设备类型较多，且试验方法发展成熟度较高，可以充分满足试验各项要求；但要注重相关设备选择以及技术操作规范，避免由于获得的试验数据不准确而影响对高压电力电缆性能及存在问题的判断。

3 高压电力电缆检测技术应用

根据上文所述可知，高压电力电缆的性能能否保持正常，在很大程度上决定电网运行是否会出现问题。基于此，电力单位必须采用合适的技术，对高压电力电缆进行检测。常用的方法如下：

第一，脉冲检测法。该方法的原理为：如果怀疑电网中的某段电缆疑似出现了开路故障或是低阻故障，则检修人员可以基于脉冲信号发出设备，向该段电缆发射一个脉冲信号（该信号必须是低压信号）。针对该信号在电缆中运行过程中表现出的信息，基于相关参数，能够测量出该信号从发出位置到故障（可能）出现点之间的距离、时间。在此基础上，检测人员还应注重对参数变化情况进行分析，最终确定该脉冲信号具体的反射及折射形式。对多项测量结果进行综合考虑，实现对故障点位置的确定。

第二，二次脉冲检测法。这种方法同样适用于检测疑似开路故障或低阻故障。除此之外，如果检测人员怀疑电网中出现了闪络性故障以及高阻故障时，该方法依然适用。具体的原理为：检测人员可以使用高压发生器，人为制造“闪络”现象。检测人员的关注重点应该集中在以下方面：当闪络出现在故障点位置时，在起弧及灭弧的一瞬间，必定会发出低压脉冲。检测人员可以进行多次检测，对多次检测结果对应的波形图进行详细对照，最终便可以确定故障的具体位置。

第三，万用表检测方法。该方法是一种基础检测法，原理在中学物理课本中有详细介绍——根据万用表电阻检测结果，判断电缆故障发生位置。

第四，电桥检测技术。具体原理为：链接方式为短接，之后在电力电缆的起始端与链接单臂电桥的前路。通过此种方法，检测人员能够检测出所测量线路段的电阻值。之后将该值与正常值进行对比，如果发现偏差较大（电阻值明显提升），意味着检测段出现故障。确定故障发生的大概位置之后，检测人员需要进一步围绕高压电力电缆的长度进行综合分析，最终精准计算出故障的具体点位。

第五，直闪法。这种方法一般应用于检测因击穿而引发的电缆故障。需要注意，多种因素都可能导致电缆被击穿。比如电缆本身存在质量问题、安装过程存在瑕疵等导致电缆未能处于最佳工况等。一旦出现击穿，可以理解为电缆出现了短路故障时，故障范围内电缆电路中的电阻值必然的大幅度增加。不仅如此，如果自然出现闪络现象，故障电缆在极短时间内会迅速释放较大的电流脉冲波。在这种脉冲波的作用下，电缆与故障点之间会出现一种反射效应。针对这种情况，要求检测人员首先围绕电缆预设端口进行全面测试，获得精准的电磁波信息。在此基础上，检测人员还需对波形图中的“时间”参数进行对照分析，对比不同时间段波形的变化情况，最终实现对故障具体位置的确定。总体而言，直闪法是一种检测效率和检测精准程度均较高的检测方法，可在电缆故障检测工作中广泛应用。而为了进一步提高电缆故障检测准确性，检测人员可采用多种方法进行检测，对多种检测结果进行综合考量，尽量避免出现疏漏。

4 结束语

综上所述，电能安全稳定供应是支撑各行业良好发展的重要基础，对社会经济稳定发展也有着直接影响。其中高压电力电缆是应用于输电工程中的关键电能传输载体，由于受到外界各方面因素干扰，致使高压电力电缆故障高频率发生，极大威胁了电网系统安全运行。因此，需要选择合适的试验方法与检测技术对高压电力电缆故障及实际工作性能进行测定，便于及时发现潜在问题，消除风险隐患，从而为电网系统高效率运行以及安全传输电能提供基础保障。