交聯聚乙烯（XLPE）絕緣電纜由于耐熱性能和絕緣性能十分優異，且具有質量輕、傳輸容量大、易敷設維護等優點，自20世紀80年代起便被大規模應用于我國城市配電網的建設與改造中。截至2020年初，國家電網公司在運配電電纜277.9萬段，總長度76.7萬km，同比增長13.5%。

與此同時，早期投入的部分電纜已進入“老齡化”階段，正接近或已超過其設計壽命。如何準確診斷其絕緣狀態并據此實現科學運維，這對于保證配網運行可靠性尤為重要，相關研究刻不容緩。

研究表明，XLPE配電電纜在投入運行后，其主絕緣層會在電、熱、機械和環境等多因素作用下發生非可逆絕緣老化、產生絕緣缺陷，極易誘發電纜故障，威脅電網的安全穩定運行。CIGRE報告中同樣指出，老化缺陷是中壓電纜發生故障的最重要原因，問題不可忽視。

2009~2011年國家電網公司對已投運的6~500kV電力電纜線路故障按原因進行統計，設備老化故障為2 055次，故障占比21.1%，其中主絕緣老化故障占設備老化故障總量的60.9%。此外，相較高壓電纜而言，中低壓電纜的故障率更高。

對于實際運行XLPE配電電纜而言，其空間敷設跨度大、運行環境復雜，長期運行后電纜中形成的缺陷沿電纜并非呈均勻分布，如何對其進行有效診斷和定位是一大難題。國內外學者對此開展大量研究工作，雖已取得一定成果，但仍存在一些問題和薄弱環節亟待解決。此外，出于經濟性考慮XLPE配電電纜一般不配備狀態實時監測裝置，歷史運行數據的缺乏進一步增加了XLPE配電電纜老化狀態診斷的難度。

鑒于此，華北電力大學的科研人員總結了現有XLPE電纜典型缺陷診斷方法與定位技術的發展及其優勢，探討了這些方法和技術應用于實際XLPE配電電纜狀態診斷過程中存在的不足，指出現有方法對于電纜集中性缺陷診斷存在靈敏度不高、頻域反射定位技術測量信號中高頻分量的衰減問題限制其實現較長電纜中的缺陷定位、現有技術尚未實現電纜中老化段與集中性缺陷的辨識與定位等關鍵問題。

圖1 含缺陷電纜結構示意圖

在此基礎上，科研人員建議從以下幾個方面開展深入研究。

1 提高對電纜中集中性缺陷診斷的靈敏度

現有介電響應分析方法更傾向于表征電纜整體平均老化情況，局部缺陷較短時可能會由于診斷方法靈敏度過低而無法被及時檢出，威脅電網安全，因而亟需提高檢測方法對于集中性缺陷的診斷靈敏度。

由前文分析得知，頻域介電譜法相較0.1Hz超低頻介損檢測和極化/去極化電流法而言，診斷電纜中的缺陷更具優勢。因此主要建議從以下兩個方面來提高集中性缺陷診斷的靈敏度：

（1）降低頻域介電頻譜檢測頻率下限，進一步拓寬頻率檢測范圍。有研究已指出，頻率降低有利于使電纜老化過程中tanδ發生更為顯著的變化；同時，拓寬頻率檢測范圍可更充分地分析tanδ隨頻率變化過程及規律，有利于為集中性缺陷的識別與診斷提供更多信息。

（2）在確保不會對電纜造成損害的前提下，進一步提高介電譜的測試電壓，開展高壓介電譜研究。對于發生水樹老化的電纜而言，提高測試電壓有利于促使損耗電流及tanδ的增加，更有利于反映tanδ隨測試電壓的非線性變化的特性。

在上述兩方面研究基礎上，進一步挖掘對集中性缺陷診斷更為有效的特征量及特征值，提高對電纜集中性缺陷診斷的靈敏度。

2 對長電纜中缺陷實現準確定位

BIS、RCS等頻域反射技術對于電纜缺陷定位展現出極大的優勢和潛力，但高頻測量信號在較長線路傳輸過程中的衰減問題不可忽視，這極易導致定位誤差增大或無法進行缺陷的定位。

針對上述情況，建議從提高測量信號功率的角度開展研究，如利用功率放大器對原有測量信號功率進行放大、或研制大功率阻抗分析設備等，基于原始測量信號功率的提升來緩解、應對XLPE配電電纜中高頻信號的固有衰減過程，這有利于提高對長電纜缺陷檢測的頻域反射法的測試頻率上限，進而實現對長電纜中缺陷的準確定位。

對于缺陷定位過程中存在的“假峰”問題，建議從“假峰”與真實缺陷形成的 “畸變峰”在等效頻率及幅值上的關聯關系著手，基于特征分析與提取來實現“假峰”的辨識與消除。此外，在進行缺陷定位的過程中，還可通過調節測量儀器與電纜首端特征阻抗的匹配效果（即源阻抗與傳輸線阻抗匹配）來抑制“假峰”的形成。

?3 開展電纜中局部老化段的定位與診斷研究

現有頻域反射技術研究尚未實現電纜中局部老化段與集中性缺陷的辨識與定位，且局部老化段的存在可能會影響測量信號傳播過程，進而影響定位精度，此外，局部老化段狀態的診斷研究仍有較大拓展空間。

建議開展以下研究：

（1）對比分析局部老化段和集中性缺陷形成的阻抗不連續點的差異（如反射系數變化特征），提取基于頻域反射法的空間域函數 “畸變峰”特征來實現對老化段和集中性缺陷的辨識與定位。

（2）研究電纜局部老化對于測量信號傳播速度的影響規律，考慮波速變化特征改進定位計算方法及過程，提高缺陷定位的準確性。

（3）考慮“畸變峰”幅值沿線路衰減特性及不同“畸變峰”形成過程中的耦合作用，嘗試依據“畸變峰”幅值，建立其與局部老化段老化狀態的關聯，實現對沿電纜線路老化分布狀態的有效表征。

以上研究成果發表在2021年第22期《電工技術學報》，論文標題為“XLPE配電電纜缺陷診斷與定位技術面臨的關鍵問題”，作者為單秉亮、李舒寧 等。