田军明 詹红生 方堃 刘潇

摘要 频域振荡法是一种通过描述频域阻抗特征的缺陷诊断方法，在电缆应用中具有无破坏性，重复性好，缺陷识别准确度高，具备老化跟踪定位的独特优势。本篇通过分析频域振荡波谱法的原理及在XLPE电缆中的应用关键点，讨论了频域振荡波谱应用到电力高压设备在线监测领域中的可行性。

【关键词】频域振荡 频域阻抗 缺陷 识别 老化定位

1 电缆故障定位的技术背景

电缆运维管理工作中最为关键的任务即故障查找。一旦发生停电事故，快速查找、挖掘和修复工作位置称为检修维护人员的首要任务。然而在故障查找中可能不可避免采取破坏性的手段，如高压局放试验，直流烧穿试验等，用于故障定位的方法有时域反射波和声学法等。

时域反射波是常见的电缆故障定位方法，通过给被试电缆施加上升沿或下降沿陡变的脉冲电压，然后分析其反射电压或电流的波形的时间差来计算故障位置。时域反射波是一种硬件结构简单，分析方法直观，易懂的技术，但由于反射波易受衰减，因此对于反射波的识别容易混淆，尤其是应用于长距离电缆的故障定位时。

声学法一般和脉冲高压源或直流源配合使用，目的是将故障点进行高压激励，使其产生放电信号，其中伴随放电的声噪被地面的声学探测设备捕捉到。声学探测法可以实现精确的定位，但是往往和时域反射波谱法配合使用，后者用于粗略定位，再声学法在已锁定区域进行故障侦测。以上两种方法都伴随着电缆的绝缘损失，也可能导致故障点以外的其他绝缘薄弱点的劣化程度加深。

2 电缆的老化检测方法

老化和故障的概念不同，是指绝缘介质的变化。通常老化采取介质损失参数进行测量，但其检测数据为电缆的整体平均指标，只能反映综合健康状态。受现场环境温湿度影响，介质损失测量的数据波动较大，因此实际应用中并不是优选技术手段。

随着电缆故障率的增多，电缆的局部老化逐渐受到重视，典型为中间接头的老化。由于中间接头的电场分布极不均匀，发热较其他位置偏高，因此老化速度加快，而这种老化有时候无法通过局放试验表现出来。由于中间接头的材料占整個电缆的长度比非常微小，接头老化对整体介质损失的贡献量非常小，很难通过整体介质损失参数反映局部区域的老化。

频域阻抗法是一种通过微分向量分析的模式实现局部老化识别和定位的方法，近年来通过应用逐步得到了认可，现就频域阻抗法在电缆检测中的优缺点进行讨论。

3 频域阻抗及其振荡特性

频域阻抗分析法是一种等效阻抗元素的分析方法，由于电缆绝缘老化或劣化都会对本体等效元素产生影响，因此频域阻抗分析法既可以表征缺陷，又可用于老化分析。

电缆的频域阻抗具备频域周期特性（如图1），随频率增高呈现非线性衰减趋势，根据老化或劣化程度不同，衰减趋势和阻抗的连续性特征也因此不同，根据该现象可以实现局部老化或劣化的定位。关于捕捉老化缺陷位置的方法可以采用线性频域变换，短时傅里叶（ STFT）等算法，这里不做深入分析。

电缆的老化或缺陷定位可通过微分阻抗的非连续点，或典型的突变点获得，计算方法参考（1）式。

由（1）的算法，只要获得了波速v和阻抗非连续点的频率点f，即可获得老化位置。

由图2可见，57米为端点，11米处有个突变点，即老化点。通过将整个频谱范围的数据进行连续性分析后，可获得多点老化定位信息，并可根据不同时间段多次测试结果得到任意局部位置的变化趋势。

4 讨论

频域阻抗法解决了电缆局部老化无法探测，且无法实现定位的问题，但其自身的技术原理决定了并不能直接用于老化状态的识别。现实应用中应尽可能安排多次测试的对比跟踪，以便及时处理正在加速老化的区域。频域阻抗法的另一个独特优势是，不限于老化的区域，其可以是中间接头，端头或电缆本体的其他任意位置。从与故障定位的特性进行比较，频域阻抗法由于自身的非破坏特性，并不能发现激励高压下的放电故障信号，由此频域阻抗法与常规的故障定位技术并不冲突，反而可以根据实际需要互补利用。

参考文献

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