- 頭條海軍工程大學科研團隊發表艦船電纜絕緣在線監測技術的研究綜述2022-04-27 作者：吳沛航、吳旭升 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語艦船電纜作為艦船電網的重要組成部分，決定了整個艦船電力網絡的可靠性、穩定性。艦船工作環境的濕度、溫度以及各種物理、化學因素遠比陸地復雜，關于艦船電纜發生絕緣老化的研究表明，絕大部分的艦船電網故障都來源于電纜故障，而絕緣老化等缺陷導致的故障占電纜故障的絕大多數。因此，對電纜實現有效的在線監測可以實現故障預警，減少艦船電網因絕緣故障造成的損失。 海軍工程大學電氣工程學院的研究人員吳沛航、吳旭升、高嵬，在2021年《電工技術學報》增刊2上撰文，主要介紹了直流分量法、交流疊加法、直流疊加法、雙頻信號注入法、單頻信號注入法、S注入法、介質損耗因數法以及局部放電法等針對艦船電纜設計的在線監測方法的工作原理，重點分析信號注入法對絕緣進行監測的方法。對每種方法的特點和適用范圍進行總結，對艦船電纜絕緣在線監測技術目前存在的問題進行分析，并給出總結和展望。
艦船電纜是保證艦船電力系統安全運行的重要保障，艦船電纜絕緣的完好對決定電網穩定且可靠運行有至關重要的作用。相對于普通電纜，艦船電纜的工作環境要復雜得多，艦船裝備工作帶來的電磁噪聲可能會對正常工作信號造成強烈干擾，長期工作在高溫環境中會加速絕緣層的老化，被含鹽量高的海水噴灑浸泡會造成絕緣腐蝕。長期暴露于海水帶來的高濕度且腐蝕性的空氣中，使得水樹枝成為艦船電纜絕緣老化的最主要原因。水樹枝對電纜絕緣的破壞是不可避免的，而當水樹枝最終演變為電樹枝，就會徹底擊穿絕緣從而造成事故。
絕緣在線監測技術是利用在線監測的手段，實時檢測絕緣參數，通過絕緣參數的變化來反映絕緣老化程度，避免絕緣故障發生且帶來嚴重損失之后再進行維修的先進技術。因此，電纜的絕緣在線監測技術近些年來成為絕緣監測領域一個熱門的研究方向。
艦船特殊的工作性質以及嚴峻的環境，要求電纜工作時在保證更高的供電可靠性、更及時的故障預警能力和更精準的故障定位能力的同時，還要兼顧艦船船艙相對狹小的體積，使檢測裝置體積也要盡可能小。由此可見，普通電纜在線監測技術條件并不能滿足艦船的工作需求，再加上密閉船艙中的機械振動、電磁擾動以及各種隨機因素產生的噪聲的混合影響，都加大了對被測信號的提取難度，使普通電纜的在線監測技術無法在艦船上得到有效利用。
因此，為了滿足艦船特殊的工作需求，以實現對艦船電纜精準且有效的絕緣在線監測，需要采用專用的絕緣在線監測技術。艦船電纜絕緣在線監測系統一方面保證了艦船電力系統運行的可靠性與重要負載供電的不間斷性；另一方面減少了艦船電纜絕緣維護與檢測對人力、物力和財力資源的需求，對于保障艦船設備以及人身安全有重要作用。
海軍工程大學電氣工程學院的研究人員主要對目前存在且在艦船電纜絕緣監測領域有實際應用的在線監測方法進行介紹，并分別對它們的特點與適用范圍進行總結。研究人員分析了八種適用于艦船電纜絕緣的在線監測技術，在對每種方法的原理進行介紹的基礎上，對各方法的特點及適用范圍進行總結，其中重點分析了信號注入法技術。
表1 艦船電纜在線監測方法特點匯總
他們指出電纜絕緣在線監測技術已經被廣泛應用在各類艦船，通過實際的運行發現了一些可以改進的問題：
（1）缺乏統一評估標準
八種方法都有其獨有的需要采集的信號，每種方法對于電纜絕緣完好程度的評估標準基本是互相獨立的，因此需要更充足的現場數據來建立絕緣在線監測領域統一的評判標準。
（2）檢測裝置精度需進一步提升
目前的絕緣在線監測方法需要提取的信號量級大多都很微弱，再加上基本都需要進行濾波分析，會使原有信號產生偏差。因此，準確提取所需待測信號是獲得更精確數據的前提條件。
（3）監測范圍需要更全面覆蓋
單一的在線監測方法不能同時保證對電纜整體絕緣老化程度與局部老化程度的監測，而且個別方法有其單獨的故障檢測類型。因此，如何保證監測范圍與故障類型的覆蓋更全面是今后研究的熱點。
（4）更廣泛的適配性
有的絕緣在線監測方法本身原理是與絕緣材質無關的，因此可以研究將其適配到電機、變壓器等其他裝置上，例如，雙頻信號注入法本身也適用于電機的絕緣在線監測中。拓展適用領域可以幫助艦船綜合電力系統的建設，在未來達到單機同時監測多種設備的目標。
研究人員認為，為了使艦船電纜在線監測技術具有更好的發展，進一步的改進不僅僅局限于檢測精度、速度這種單項指標，研究同時兼具各種優點的方法是未來實現更精準故障定位、更快速測量效率、更及時地響應速度以及更全面地覆蓋監測范圍的保障。因此，同時采用多種方法，應用前后級的方式對絕緣進行聯合監測，是未來的一大發展趨勢，這是實現穩定且可靠的艦船綜合電力系統不可或缺的重要技術，也是該領域今后主要的發展方向。
本文編自2021年《電工技術學報》增刊2，論文標題為“艦船電纜絕緣在線監測技術綜述”，作者為吳沛航、吳旭升 等。
