不停电检测技术在厂矿电缆故障中的应用

一、引言

电缆作为电力传输的核心部件，广泛应用于厂矿的各个生产环节。以煤矿为例，从井下开采设备到地面加工设施，从通风系统到排水装置，均需稳定可靠的电力供应，而这全依赖电缆来实现。厂矿电缆运行环境极为复杂，煤矿井下电缆长期处于潮湿、高湿度、强电磁干扰的环境中，还面临着机械碰撞、岩石挤压等风险；工厂电缆则可能受到高温、化学腐蚀、过载运行等因素影响。这些恶劣条件导致电缆故障频发，造成的无计划掉电，对厂矿安全生产造成较坏影响。传统的电缆检测方法，如定期停电检修、绝缘电阻、交流耐压测试等，存在明显不足。停电检修不仅影响生产，且由于检测时间有限，难以全面排查隐患；为确保各厂矿供电系统安全、稳定、高效运行，亟需引入先进综合诊断技术，对现有供电系统进行全面评估与隐患治理，提升供电系统的安全可靠性。不停电检测技术是一种在欧美等发达国家有多年历史的带电检测技术，国家电网于 2008 年引用该技术。不停电技术可提升隐患检出率 30% 以上，为供电系统及时发现潜在故障，为电缆维护提供了更有效的手段。因此，研究不停电检测技术在厂矿电缆故障中的应用具有重要的现实意义。

二、厂矿电缆常见故障类型及成因分析

1. 绝缘故障

绝缘故障是厂矿电缆最为常见的故障类型之一。在煤矿井下，潮湿的环境使得水分极易侵入电缆绝缘层，导致绝缘性能下降。例如，当电缆外护套出现破损，地下水或矿井水就会渗入，破坏绝缘结构。工厂中，高温环境会加速电缆绝缘材料的老化，使其失去绝缘性能。如在焦化厂的高温车间，电缆长期处于高温辐射下，绝缘层容易变脆、开裂。此外 , 化学腐蚀也是绝缘故障的重要原因。在化工厂等企业，电缆可能接触到酸、碱等腐蚀性化学物质，侵蚀绝缘层，造成绝缘劣化。据统计，约 60% 以上的厂矿电缆故障与绝缘问题相关。

2. 过热故障

过热故障在厂矿电缆中也较为普遍。尤其是电力电缆的接头接触点，由于设备制造的原因、设备受环境污染的原因、设备长期运行、严惩重超载运行、触点氧化、电弧冲击等原因造成接触电阻增大，因此在运行时往往不断发热，温度不断上升，给设备安全运行埋下了隐患，如果不及时发现，容易导致起火或爆炸，造成大量的财产损失，这一现象在负荷增长较快的地区显得尤为普遍。例如，在矿山开采旺季，采煤机、掘进机等设备同时运行，功率较大，若电缆选型不当或线路设计不合理，就容易出现过载过热现象。另一方面，电缆接头连接不良也是引发过热的常见原因。接头处若存在接触电阻过大，电流通过时会产生大量热量，造成局部过热。据实际案例分析，约 30% 的电缆过热故障发生在接头部位。

3. 机械损伤故障

厂矿生产过程中的机械活动频繁，电缆易受到机械损伤。在煤矿井下，采煤、掘进等作业过程中，设备的移动、物料的运输等都可能对电缆造成挤压、拖拽、刮擦等损伤。例如，矿车在轨道上行驶时，若电缆铺设不当，就可能被矿车碾压。在工厂中，设备的安装、检修等工作也可能意外损伤电缆。机械损伤会导致电缆绝缘层破裂、导体断裂，从而引发故障。

三、不停电检测技术原理及应用

1. 局部放电检测（PD）技术

1.1 原理

绝缘体中只有局部区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，可以发生在导体附近，也可以发生在其他地方，这种现象称为局部放电。当电缆绝缘存在缺陷，如气隙、杂质、水树等时，在交流电压作用下，缺陷处的电场强度会局部增强，导致气体或液体介质发生电离，产生局部放电。局部放电会伴随产生一系列物理和化学现象，如电磁辐射、超声波、光辐射、发热以及产生新的化学物质等。局部放电检测技术正是基于检测这些伴随局部放电产生的物理或化学信号，来判断电缆绝缘是否存在缺陷以及缺陷的严重程度。

1.2 应用方式

特高频法（UHF）：利用局部放电产生的特高频电磁波信号进行检测（频段 300MHz-3GHz）。该方法抗干扰能力强，适用于电缆接头及GIS 设备等部位检测。

暂态地电压法（TEV）：当电缆内部局部放电时，会在金属外壳或接地平面激励出暂态地电压信号。通过安装电容性传感器检测该信号判断局部放电情况。

超声波法：局部放电产生频率在 20kHz-100kHz 的超声波信号，利用超声波传感器接收信号判断局部放电。该方法适用于近距离检测，如电缆接头表面。

2. 红外热成像检测技术

2.1 原理

所有物体在绝对零度以上都会发射红外辐射（波长通常为 3-14μm ），且温度越高，辐射红外线能量越强。红外热成像检测技术通过检测电气设备表面因故障导致的异常温度分布（如局部过热、温度梯度异常），能够非接触、高效地发现潜在隐患。对于电缆，当存在局部过热隐患，如导体连接不良、接触电阻增大、绝缘老化导致介质损耗增加时，局部区域温度升高，在红外热像图上表现为温度异常区域，通过分析图像可判断过热隐患及严重程度。

2.2 应用方式

在厂矿电缆检测中，通常采用便携式红外热像仪进行巡检。运维人员沿电缆线路对电缆终端、中间接头、电缆本体等部位拍摄。对于埋地电缆，可检测电缆井盖、地面温度间接判断运行状态。

四、不停电检测技术在厂矿电缆故障检测中的案例分析

1. 案例一：局部放电检测技术在煤矿电缆绝缘故障检测中的应

检测人员对某煤矿6kV 变电所进行开关柜、电缆不停电检测，在对 1 回路入井电缆采用高频脉冲法局放检测时，检测人员发现A 相电缆高频电流图谱异常，存在明显放电特征，异常脉冲信号呈工频相关性且幅值较大，最大达 716mv ，频率约 15MHz（正常情况为无异常脉冲信号，幅值相同且一般根据负荷和磁场环境不同在几十毫伏左右）。对比于其他电缆，以及该电缆三相间对比（另外两相有较低幅值的异常脉冲信号），初步怀疑该相电缆内存在局放现象，为进一步确定故障位置和严重程度，使用超声波法辅助检测。在电缆表面不同位置放置超声波传感器，发现A 相电缆终端头主绝缘区域超声波信号强度明显高于其他区域，且信号频率特征与局部放电产生的超声波信号特征相符。综合两种检测方法结果，确定该段电缆A 相确实存在局放现象，建议停电进行检查处理。煤矿安排专业维修人员对该段电缆进行停电检修。电缆终端头解体检查后发现，发现A 相电缆终端头主绝缘有划痕，半导体搭接不规范，存在明显缺陷，与检测结果一致。维修人员现场制作新的电缆终端头，并对新电缆进行严格的绝缘测试正常后送电投运。运行一段时间后，再次进行局部放电检测，高频电流信号和超声波信号均恢复正常，表明隐患已成功消除，保障了煤矿井下的安全供电。

在某化工企业 10kV 进线电缆巡检中，红外热像装置检测到一段电缆进线 B 相接头位置有一段温度明显高于正常范围，特别是连接点局部高温（比相邻两相高 15℃以上），经分析确定为 B 相电缆头及其附件附近存在接头导体连接松动导致接触电阻增大、工艺不合理、局部放电等现象。及时安排停电检修，更换配套附件，紧固连接部位。正常运行后再次检测温度恢复正常，有效避免了因过热引发的电缆故障，提高检修效率降低维护成本确保供电安全。

五、结论与展望

本文通过对厂矿电缆常见故障类型及成因的分析，详细阐述了不停电检测技术中的局部放电检测技术、红外热成像检测技术的原理及应用方式，并结合实际案例验证了这些技术在厂矿电缆故障检测中的有效性。不停电检测技术能够在不影响厂矿正常生产的情况下，实时、准确地检测出电缆潜在故障，为及时采取维修措施提供了有力依据，大大提高了厂矿电力系统的可靠性和稳定性，减少了因电缆故障导致的生产中断和经济损失。与传统检测方法相比，不停电检测技术具有明显优势，应在厂矿电缆维护中得到更广泛的应用。

随着科技的不断进步，不停电检测技术将朝着更智能化、高精度、集成化的方向发展。未来，可将人工智能技术引入不停电检测系统，通过对大量检测数据的学习和分析，实现对电缆故障的自动诊断和预测，提前发现潜在故障隐患，进一步提高电缆运维的效率和质量。同时，研发更高性能的传感器和检测设备，提高检测的灵敏度和准确性，拓宽检测技术的应用范围，如针对更深埋深的电缆、更复杂电磁环境下的电缆检测等。此外，加强不停电检测技术的标准化建设，制定统一的检测规范和标准，促进该技术在厂矿及电力行业的健康发展，为保障电力系统的安全稳定运行提供更强大的技术支持。