基于系统电力扰动的交叉互联电缆绝缘整体老化在线监测
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输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）的研究人员李露露、雍静等，在2018年第14期《电工技术学报》上撰文指出，工频激励下交叉互联电缆绝缘监测信号微弱、绝缘状态分辨困难，因此提出一种基于系统电力扰动的绝缘整体老化在线监测新方法。该方法利用系统电力扰动下接地线、交叉互联线上的电流暂态响应，通过计算绝缘导纳频谱实现电缆的整体老化状态辨别。
分析并选取了合适的系统电力扰动，构建适用于系统电力扰动分析的交叉互联电缆频变模型；针对金属屏蔽线交叉互联的连接方式，提出使电缆三相独立求解的解耦方法，并推导绝缘导纳频谱的计算公式。基于矢量拟合法在EMTP/ATP软件中搭建电缆模型，选取单相接地、相间短路、电容投切、空载线路充电作为系统电力扰动的典型代表，仿真结果表明该方法的正确性和有效性。
近几十年来，电力电缆以其优良的电气性能在输配电各领域得到广泛应用。随着服役时间的增长，电缆老化引发故障的问题逐步凸显，对其绝缘进行在线监测，对制定检修、更替计划，保证安全供电具有重要意义。交叉互联电缆是长距离输电的产物，其金属屏蔽层的交叉互联能降低护层环流，减小电缆损耗[1]，但同时也给电缆绝缘在线监测带来了新的挑战。
电缆的绝缘监测可分为整体老化监测和局部绝缘缺陷监测，相较而言，整体老化监测是目前较为现实的在线监测方向[2]。已有文献对交叉互联电缆绝缘的整体老化监测方法可分为两种：①tan法，通过交叉互联电缆两端电压、电流监测值的相位差在线计算绝缘的tan值[3]；②接地电流法，根据接地电流的变化实现交叉互联电缆的绝缘状态分析[4-6]。其中，tan法需利用电缆两端的电压监测值，但从电缆接头处获取电压信号存在困难[7]；而接地电流法直接分析接地电流的变化量，会受到系统运行状态的影响。
更重要的是，这两种方法均在工频激励下进行分析，一方面，工频下的稳态绝缘监测信号本身比较微弱；另一方面，由于金属屏蔽层的交叉互联，电缆两端接地线上所获得电流是三相绝缘泄漏电流的矢量和，在三相平衡的条件下，该稳态监测值几乎为零。上述两方面原因使得工频激励下的交叉互联电缆绝缘在线监测变得极为困难。
系统电力扰动是电力系统因自身操作或故障发生引起的暂态扰动，如电容投切、电机起动、短路故障等。这类扰动不仅含有足够的幅值，且其本身具备三相非对称的特性[8]，是在线探测交叉互联电缆的理想“探针”。同时，由于无需人工注入，若能利用这些天然“探针”对交叉互联电缆的绝缘状态进行探测，则有望实现非侵入、无干扰、高精度的绝缘在线监测，具有十分诱人的应用前景。
目前，已有一些学者在相关领域做了初步尝试[9-11]，例如，F. N. Fessol等研究了电缆绝缘参数对暂态过电压的影响[9]；B. Pushpanathan等通过实验测试了电缆在电容投切下的暂态电压响应，并成功用于电缆绝缘整体老化状态辨识[10]。以上研究证实了某一系统电力扰动具备用于电缆绝缘探测的潜力，但并未对电力系统中不同类型的系统电力扰动进行详细讨论，也未考虑交叉互联电缆金属屏蔽层的特殊结构。
受到以上研究成果的启发，提出利用电力系统中不同类型系统电力扰动获取交叉互联电缆绝缘导纳频谱曲线，从而实现绝缘整体老化的在线监测新方法。相较已有的工频监测方法，该方法具备如下优点：
（1）无需电压监测信号，仅在接地箱和交叉互联箱引接线处安装电流互感器，利于工程实现。
（2）通过系统电力扰动的非对称激励，各监测信号（泄漏电流）能有较大幅值，更易于被监测设备捕捉。
（3）分析结果不是单一数据点，而是一组随频率变化的绝缘导纳频谱序列，包含更为丰富的绝缘状态信息，且其为电缆绝缘的本质特征，不受系统运行状态的影响。
本文所提出的方法是将系统电力扰动用于交叉互联电缆在线绝缘监测的首次尝试，也是对已有的传统在线监测方法的有益补充。
图1 交叉互联电缆的在线监测安装布置
论文提出一种利用系统电力扰动计算绝缘导纳频谱，从而实现交叉互联电缆整体老化在线监测的新方法。该方法选取0～20kHz频率范围的系统电力扰动，采用频变集中参数的交叉互联电缆模型。基于本相接地线、交叉互联线电流，并将其他两相接地线电流作为解耦条件，实现了交叉互联电缆三相绝缘导纳的独立求解。
四种典型系统电力扰动的仿真结果表明：对比工频激励，交叉互联电缆在系统电力扰动下能产生更易被监测设备捕捉的信号；该方法所计算的绝缘导纳频谱能有效判别电缆绝缘状态且不受扰动形式的影响。所提方法为交叉互联电缆的绝缘在线监测提供了新的思路。