张艺驰 谭东明 王崇政 王月第

摘要：随着交联聚乙烯（XLPE）电缆的广泛应用，电缆故障率也随之增加，电缆绝缘检测显得尤为重要。在众多检测方法中，直流叠加法检测精度较高，能真实反映电缆绝缘情况。研究XLPE电缆直流叠加法的绝缘检测原理，通过Multisim13对其进行仿真分析，验证该方法的有效性。

关键词：XLPE电缆；绝缘检测；直流叠加法；仿真

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）05-0033-03

随着智能电网的提出和电气设备自动化程度的不断提高，对电网供电的稳定性和连续性提出了更高要求。电力电缆因安全可靠、隐蔽耐用、有利于城市美化而在电网中广泛应用，其中交联聚乙烯（XLPE）电缆应用较为广泛。XLPE电缆具有良好的导电性能和热性能，绝缘强度较高，介电损耗系数小，抗酸碱、耐盐雾、防腐蚀性能好，缆芯可在较高温度下工作，且体积小，安装维护方便，不仅适用于中低压，还可用于高压和超高压系统。

电缆投入运行后，在电、热、机械、化学等因素的作用下发生老化。我国早期应用于10 kV及以下电压级别的XLPE电缆绝缘多采用水蒸汽湿法交联工艺生产，运行已逾20 a，有的甚至已超过30 a，导致水树枝老化造成的电缆击穿重大停电事故呈加速上升趋势。在此情况下，研究电缆绝缘老化检测方法显得尤为重要。

1 直流叠加法的原理

随着人们对水树枝现象认识和发生机理的进一步了解，XLPE电缆绝缘状态的绝缘在线检测方法不断得到发展。目前，交联聚乙烯电力电缆绝缘的在线检测方法主要有直流叠加法、直流成分法、介质损耗正切法、低频法和局部放电法等。其中，直流叠加法在在实际中的应用较为广泛。实践证明，该方法的检测精度高，能真实反映绝缘实际情况。直流叠加法的原理如图1所示。

在接地电压互感器的中性点处加低压直流电源（通常为50 V），使该直流电压与施加在电缆绝缘上的交流电压叠加，测量通过电缆绝缘层的微弱纳安级直流电流或绝缘电阻，据此判定电缆绝缘老化程度。直流叠加法是在交流高压上叠加低值直流电压，因此在带电情况下测得的绝缘电阻与停电后加直流高压的测试结果相近。为消除单向杂散干扰电流对微弱直流电流的影响，以及电缆屏蔽接地化学电动势和电缆护套带来的影响，对测量方法进行改进，根据正、负抵消原理分别叠加正、反两个方向的直流电动势，对其在绝缘中产生的直流电流差值进行数据处理。当施加正向直流电压E时，通过电压互感器及电缆线芯，并从屏蔽层流出的电流由3部分构成，用代数式表示为：

2 直流叠加法仿真研究

当水树枝形成于XLPE绝缘层时，电缆绝缘层能够等效成电阻与电容并联的形式， XLPE绝缘层的简化模型如图2所示。

在测量时通常断开接地线，在外皮和大地间接一个采样电阻。该电阻阻值必须小于外皮和地间的电阻，对测量产生的影响小。某些国产电缆外皮与地之间的电阻仅为几MΩ，取其1.0%的采样电阻，阻值取1 000 KΩ左右。XLPE电缆属于大容性设备，流过电缆屏蔽层的是安级容性电流，要检测的是纳安级电流信号，因此需要采用性能优良的无源低通滤波电路，然后利用Multisim13对电路进行仿真研究。仿真电路连接如图3所示。

在Multisim13中利用current probe和Oscilloscope对泄漏电流进行检测，仿真得到的时域特性见图4。

仿真中使用current probe中的Ratio of voltage to current为1，单位之比为V/mA，因此根据所得的时域特性数据大致确定泄漏电流为24.90～25.08 nA，通过measurement probe检测的泄漏电流为25 nA。

3 试验分析

目前，直流叠加法主要应用于电网中性点不接地或经由消弧线圈接地的10～35 kV线路上，中性点直接接地的电网则无法应用。直流叠加法测出的绝缘电阻判据见表1。

根据R=E/I泄露可得电缆的绝缘层电阻为2 000 MΩ，根据表2可判断该电缆的绝缘电阻状况良好，能够继续使用。模拟实际情况，根据水树枝发生机理，电缆使用时间越长，水树枝发展越大，其绝缘电阻的阻值大幅下降。因此，应更换仿真电路拓扑图中的阻值大小，用measurement probe泄漏电流大小进一步判断电缆绝缘情况。

4 结论

用直流叠加法检测电缆绝缘比较准确，比对电缆水树枝泄露电流大小可判断电缆准确的老化程度。通过对直流叠加法电路仿真，验证该方法具有有效性。直流叠加法有很好的应用前景，结合当前的通信器件建立在线监测系统，能够快速有效的实现电缆绝缘实时监测。

参考文献

[1] 李红雷，张丽，李莉华.交联聚乙烯电缆在线监测与检测[J].中国电力，2010（12）：31-34.

[2] 涂克颇.XLPE在线监测方法的研究[D].西安：西安科技大学，2005.

[3] 王家耀.XLPE电缆绝缘故障在线测量方法的研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2010.

Abstract： Withwide applications of XLPE power cable， cable fault rate is increasing accordingly， the insulation monitoring becomes important. Among many monitoring methods， DC superposition method has more high detection precision andtruly reflects the insulation condition of cable. This paper studied the principle of XLPE cable insulation monitoring. By simulation test in Multisim13 and analyzing simulation data，it is proved DC superposition method is feasible.

Key words： XLPE cable； insulation monitoring； DC superposition method； simulation