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交聯(lián)聚乙烯（Cross-Linked Polyethylene, XLPE）電纜具有易于敷設(shè)、維護(hù)簡(jiǎn)便、絕緣性能優(yōu)良、傳輸容量大等優(yōu)勢(shì)，因而被廣泛地應(yīng)用于城市電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中。

交聯(lián)聚乙烯電纜雖然擁有優(yōu)越的電氣特性，但由于各廠家制造工藝與技術(shù)水平參差不齊，在XLPE電纜成品中難免會(huì)出現(xiàn)氣隙、含雜的缺陷，容易造成電纜絕緣層內(nèi)部出現(xiàn)電場(chǎng)應(yīng)力集中，從而嚴(yán)重影響交聯(lián)聚乙烯電力電纜的絕緣性能，形成放電微通道，極易引發(fā)電力電纜絕緣層擊穿現(xiàn)象甚至導(dǎo)致爆炸等事故的發(fā)生。

因此對(duì)XLPE電纜出廠質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)絕緣層缺陷準(zhǔn)確檢測(cè)定位有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，為供電可靠性提供保障。

目前對(duì)于電纜絕緣層的檢測(cè)方法主要有交流耐壓試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角法、局部放電檢測(cè)法等，但是這些傳統(tǒng)方法在檢測(cè)時(shí)普遍需要高電壓、強(qiáng)電流的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不僅在操作上較為復(fù)雜繁瑣，對(duì)安全的要求更高，而且無(wú)法對(duì)氣隙尺寸、形狀等信息進(jìn)行檢測(cè)。

太赫茲時(shí)域光譜（Terahertz Time-Domain Spectroscopy, THz-TDS）技術(shù)作為一種新型的檢測(cè)技術(shù)，利用太赫茲脈沖電磁波來(lái)反映物質(zhì)性質(zhì)，已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。太赫茲波介于微波和紅外之間，對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)材料有著較高的穿透性，利用這一特點(diǎn)可以方便地對(duì)介電材料中的雜質(zhì)、空隙等缺陷進(jìn)行探測(cè)。

D. Zimdars和J. A. Valdmanis等在2005年對(duì)航天絕緣泡沫進(jìn)行了太赫茲無(wú)損檢測(cè)，并取得了較好的成像效果；成立等利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)成功地檢測(cè)出了復(fù)合絕緣子中的脫粘缺陷；

N. Nishimura、K. Geunju以及S. Gorenflo等使用太赫茲時(shí)域光譜儀對(duì)絕緣油進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，分析了絕緣油中的氧化問題，并確定了油中的含水量。

太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)技術(shù)具有高分辨率、高靈敏度的特點(diǎn)，利用其光譜數(shù)據(jù)可以直接、便利地提取材料在太赫茲頻段下諸如折射率、介電常數(shù)等物理信息，進(jìn)而對(duì)樣本的物化特性進(jìn)行研究；另一方面，相較于X射線，THz波光子能量極低，僅有前者的百萬(wàn)分之一，可以保障檢測(cè)人員的人身安全。

輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）的研究人員，針對(duì)XLPE電纜中存在的隱藏氣隙缺陷問題，提出了一種新穎的基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的檢測(cè)方法。他們建立了含有氣隙缺陷的XLPE多層色散模型，設(shè)計(jì)了電纜樣品的THz檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，利用頻域和時(shí)域方法計(jì)算了XLPE的物理參數(shù)。

圖1 太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)

圖2 太赫茲幅值成像和樣品實(shí)物

針對(duì)所研究的XLPE氣隙缺陷對(duì)象，THz光譜技術(shù)表現(xiàn)出了良好的檢測(cè)效果：

1）可以準(zhǔn)確定位XLPE電纜當(dāng)中的氣隙缺陷，并且能夠獲取氣隙缺陷的幾何形狀信息，其分辨率可以達(dá)到亞毫米量級(jí)。

2）能夠直接、便捷地提取XLPE的介電常數(shù)、折射率等物理量。

3）利用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理可以較為準(zhǔn)確地計(jì)算出氣隙缺陷的尺寸信息，針對(duì)本研究對(duì)象其誤差僅為2.9%。

THz-TDS技術(shù)在XLPE氣隙缺陷探測(cè)當(dāng)中有著出眾的靈敏度和分辨能力，并且若采用近場(chǎng)成像的方式可以進(jìn)一步提升分辨率，能夠滿足微米量級(jí)的觀測(cè)需求。本研究為XLPE中隱藏氣隙的探測(cè)提供了新的思路，并且可以應(yīng)用在其他電氣材料諸如氣隙、雜質(zhì)等缺陷的檢測(cè)當(dāng)中，用于電氣絕緣材料的無(wú)損檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估。

本文編自《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，原文標(biāo)題為“基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層氣隙檢測(cè)分析”，作者為謝聲益、楊帆、黃鑫、余曉、高兵。