一种基于极化电流测量的10kV XLPE电缆老化现场快速诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于极化电流测量的10kV？XLPE电缆老化现场快速诊断方法，通过改进了当松弛电流拟合参数n位于0

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘材料老化评估方法领域，更具体地，涉及一种利用极化电流法在现场快速评估交联聚乙烯中压电缆绝缘的方法。

背景技术

交联聚乙烯(CrosslinkedPolyethylene，XLPE)电缆由于其优良的机械性能和电气性能，被广泛应用于输电线路。电缆绝缘老化状况及剩余寿命直接影响到电力系统的稳定性，所以发展XLPE电缆绝缘诊断技术对于提高电力系统稳定性具有重大意义。

目前国内外关于电缆的绝缘诊断方法进行了大量的研究，其中PDC(PolarizationandDepolarizationCurrent，PDC)法作为一种有效的检测电气设备老化的测试方法，具有测量回路简单、电源容量小、无损检测等优点，且能够从老化机理的层面深刻反映出设备的老化信息。

然而当前PDC法的测量时间一般为数千秒，甚至达万秒级，不适用于现场诊断电缆状态。而经典哈蒙近似算法只在松弛电流拟合参数n位于0.3<n<1.2时才适用，而实际运行电缆的松弛电流拟合n值可能不在这个范围内，具有局限性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，其目的在于根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围缩短极化电流的测量时间，并通过改进的哈蒙近似算法将极化电流快速直观地转换成对应频率下的介质损耗因数tanδ，以根据所需频率下的介质损耗因数tanδ的大小判断电缆的绝缘状况，旨在解决现有技术中由于极化电流测量时间过长，极化电流转换成对应频率下介质损耗因数tanδ的过程复杂，导致PDC法难以在现场对电缆进行快速诊断的技术问题。

本发明提供了一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，包括下述步骤：

(1)根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围确定极化电流测量时间，并在所述极化电流测量时间内测量极化电流；

(2)通过改进的哈蒙近似算法将极化电流转化为对应频率下的介质损耗因数tanδ；

(3)根据对应频率下的介质损耗因数tanδ的大小判断电缆老化状况。

本发明通过测量较短时间的极化电流，并根据改进的哈蒙近似理论，将极化电流快速转换为对应频率下的介质损耗因数tanδ。本发明提供的基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，应用范围更广，且能极大地缩短极化电流测量时间，能在现场对电缆进行快速诊断。既能准确反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。

更进一步地，其特征在于，步骤(1)中所述根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围确定极化电流测量时间的方法为：

设极化电流测量时间为T，电流测量模块的采样频率为f_sam，则理论上可得到介质损耗因数tanδ的频率f的范围为：

根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围确定极化电流测量时间T。

更进一步地，其特征在于，步骤(2)中所述极化电流与对应频率下的介质损耗因数tanδ之间的关系为：

当0.3<n<1.2时，极化电流时刻点t与介质损耗因数tanδ的频率f的对应关系为：t＝0.1/f，时域极化电流与频域介质损耗因数tanδ的关系为：$tan\delta \left(f\right)=\frac{i(0.1/f)}{2{\mathrm{\pi fC}}_{0}U};$

当0<n≤0.3或1.2≤n<2时，极化电流时刻点t与介质损耗因数tanδ的频率f的对应关系为：t＝A/2πf；时域极化电流与频域介质损耗因数tanδ的关系为：$tan\delta \left(f\right)=\frac{i(A/2\pi f)}{2{\mathrm{\pi fC}}_{0}U};$

其中，n为松弛电流拟合参数，f为介质损耗因数tanδ的频率，i(t)为流过电缆的总电流，C₀为电缆的体电容，U为对样品施加的阶跃波电压的幅值，$A={\left[\Gamma (1-n)cos\frac{n\pi }{2}\right]}^{-\frac{1}{n}}.$

本发明中，依据改进的哈蒙近似理论将时域极化电流转换为对应频率下的介质损耗因数tanδ，能够将极化电流快速直观地转换为对应频率下的介质损耗因数tanδ，且相比经典哈蒙近似算法，其适用范围更广。将松弛电流经过经验公式Φ(t)＝βC₀t^-n(C₀为电介质的体电容，β和n为拟合参数)进行拟合，根据拟合参数n的取值可将任意时刻下的极化电流转换为对应频率下的介质损耗因tanδ。根据改进的哈蒙近似算法可直观地将任意时刻下的极化电流转换为对应频率下的介质损耗因数tanδ。

更进一步地，步骤(3)中，介质损耗因数tanδ的大小与电缆老化状况之间的关系为：所述介质损耗因数tanδ越大，电缆老化程度越严重。

本发明通过缩短极化电流测量时间，能在现场对电缆进行快速诊断，既能准确反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。根据现场实际所需选取的介质损耗因数tanδ的频率范围，缩短极化电流测量时间，依据改进的哈蒙近似理论，将极化电流快速转换为对应频率下的介质耗因数tanδ，评估XLPE电缆的绝缘状态。极化电流测量时间根据现场实际所需选取的介质损耗因数tanδ的频率范围决定。若选取较高频的介质损耗因数tanδ判断电缆状况，则测量时间可缩短。设极化电流测量时间为T，电流测量模块的采样频率为f_sam，则理论上可得到介质损耗因数tanδ的频率f的范围为：因此测量时间越短，可选取的作为电缆老化诊断判据的介质损耗因数tanδ的频率范围就越小。可根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围，缩短极化电流测量时间。

同时，本发明通过设置直流高压电源、电缆样品、一电流测量模块和防泄漏环。直流高压电源的高压输出端与电缆样品的导体线芯连接，产生了极化电流。两端防泄漏环相互连接使沿面泄漏电流不经过电流测量模块而直接流回电源侧，避免沿面泄漏电流对极化电流测量的影响。电流测量模块测量极化电流。

因此，本发明提供的基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，通过改进了当松弛电流拟合参数n位于0<n≤0.3或1.2≤n<2时的哈蒙近似算法，扩展了哈蒙近似算法的应用范围，且能根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围极大地缩短极化电流测量时间，并可通过改进的哈蒙近似算法快速直观地获取对应频率下的介质损耗因数tanδ，从而根据对应频率下介质损耗因数tanδ的大小判断电缆老化状况。因而本发明提供，的一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法能在现场对电缆老化状态进行快速诊断，且应用范围更广，既能准确反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的交联聚乙烯电缆的极化电流测量示意图；

图2是本发明实施例提供的基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法的实现流程图；

图3是本发明实施例提供的不同老化程度电缆的极化电流图；

图4是本发明实施例提供的不同老化程度交联聚乙烯电缆样品的介质损耗因数tanδ频谱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，以经典哈蒙近似为基础，对拟合参数n位于0<n≤0.3或1.2≤n<2时的哈蒙近似算法进行了改进，扩大了哈蒙近似算法的适用范围。在此基础上，可根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围缩短极化电流测量时间，测量极化电流，并通过改进的哈蒙近似算法将极化电流直接转化为对应频率下的介质损耗因数tanδ，以判断电缆老化状况。

因此，本发明提供的一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，改进了当松弛电流拟合参数n位于0<n≤0.3或1.2≤n<2时的哈蒙近似算法，扩展了哈蒙近似算法的应用范围，且能根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围极大地缩短极化电流测量时间，并可通过改进的哈蒙近似算法快速直观地获取对应频率下的介质损耗因数tanδ，从而根据对应频率下介质损耗因数tanδ的大小判断电缆老化状况。

因而本发明提供的一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法能在现场对电缆老化状态进行快速诊断，且应用范围更广，既能准确反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。

由经典哈蒙近似理论可知，将松弛电流经过经验公式Φ(t)＝βC₀t^-n(C₀为电介质的体电容，β和n为拟合参数)进行拟合，根据拟合参数n的取值可将任意时刻下的极化电流转换为对应频率下的tanδ。其中，当0.3<n<1.2时，极化电流时刻点t与角频率ω有如下关系：

$\omega t={\left[\Gamma (1-n)cos\frac{n\pi }{2}\right]}^{-\frac{1}{n}}=A\approx 0.63---\left(6\right)$

则极化电流时刻点t与介质损耗因数tanδ的频率f的对应关系为：

$t\approx \frac{0.63}{\omega }=\frac{0.1}{f}---\left(7\right)$

时域极化电流与频域介质损耗因数tanδ的关系为：

$tan\delta \left(f\right)=\frac{i(0.1/f)}{2{\mathrm{\pi fC}}_{0}U}---\left(8\right)$

经典哈蒙近似算法只在松弛电流拟合参数n位于0.3<n<1.2时才适用，而实际运行电缆的松弛电流拟合n值可能不在这个范围内，具有明显的局限性。本发明在经典哈蒙近似基础上，改进了当松弛电流拟合参数位于0<n≤0.3或1.2≤n<2时的哈蒙近似算法。即当0<n≤0.3或1.2≤n<2，若仍将A取为0.63，则会造成较大误差。此时，可取实际A值，计算介质损耗因数tanδ，则极化电流时刻点t与介质损耗因数tanδ的频率f的对应关系为：

t＝A/2πf(9)时域极化电流与频域介质损耗因数tanδ的关系为：

$tan\delta \left(f\right)=\frac{i(A/2\pi f)}{2{\mathrm{\pi fC}}_{0}U}---\left(10\right)$

因此，根据改进的哈蒙近似算法可直观地将任意时刻下的极化电流转换为对应频率下的tanδ。

极化电流测量时间根据现场实际所需选取的介质损耗因数tanδ的频率范围决定。若选取较高频的介质损耗因数tanδ判断电缆状况，则测量时间可大大缩短。设极化电流测量时间为T，电流测量模块的采样频率为f_sam，则理论上可得到的介质损耗因数tanδ的频率f的范围为：

测量时间越短，可选取的作为电缆老化诊断判据的介质损耗因数tanδ的频率范围就越小。因此，可根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围，缩短极化电流测量时间，

采用图1所示的极化电流测量原理电路测量电缆极化电流。直流高压电源的高压输出端与电缆样品的导体线芯连接，产生极化电流。两端防泄漏环相互连接使沿面泄漏电流不经过电流测量模块而直接流回电源侧，避免沿面泄漏电流对极化电流测量的影响。电流测量模块测量极化电流。

因此，本发明提供的一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，改进了当松弛电流拟合参数n位于0<n≤0.3或1.2≤n<2时的哈蒙近似算法，扩展了哈蒙近似算法的应用范围，且能根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围极大地缩短极化电流测量时间，并可通过改进的哈蒙近似算法快速直观地获取对应频率下的介质损耗因数tanδ，从而根据对应频率下介质损耗因数tanδ的大小判断电缆老化状况。因而本发明提供的一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法能在现场对电缆老化状态进行快速诊断，且应用范围更广，既能准确反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。

本发明提供的基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，实施步骤包括：根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围确定极化电流测量时间，测量极化电流，通过改进的哈蒙近似算法将极化电流转化为对应频率下的介质损耗因数tanδ，并根据对应频率下介质损耗因数tanδ的大小判断电缆老化状况。这种方法可在现场对电缆进行快速诊断，既能准确反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。

设极化电流测量时间为T，电流测量模块的采样频率为f_sam，则理论上可得到的介质损耗因数tanδ的频率f的范围为：

因此，测量时间越短，可选取作为电缆老化诊断判据的介质损耗因数tanδ的频率范围就越小。可根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围，缩短极化电流测量时间。

在本发明实施例中，图1示出了对不同老化电缆样品进行极化电流测量的示意图；直流高压电源的高压输出端与电缆样品的导体线芯连接，产生了极化电流。两端防泄漏环相互连接使沿面泄漏电流不经过电流测量模块而直接流回电源侧，避免沿面泄漏电流对极化电流测量的影响。电流测量模块测量极化电流。

在本发明实施例中，图2示出了本发明提供的基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法的实现流程图。

在本发明实施例中，图3示出了不同老化程度电缆的极化电流的示意图；电缆实际老化程度：P1<P2。由图3可知随着电缆老化程度的增加，极化电流明显增大，曲线随着老化程度的增加整体向上偏移。

在本发明实施例中，如图4为不同老化程度电缆样品的频域损耗因数谱。从图3的极化电流中分离出电缆的松弛电流，通过经验公式Φ(t)＝βC₀t^-n(C₀为电介质的体电容，β和n为拟合参数)进行拟合，根据拟合参数n的取值可将任意时刻下的极化电流转换为对应频率下的tanδ。

其中，当0.3<n<1.2时，极化电流时刻点t与介质损耗因数tanδ的频率f的对应关系为：t＝0.1/f，时域极化电流与频域介质损耗因数tanδ的关系为：当0<n≤0.3或1.2≤n<2时，极化电流时刻点t与介质损耗因数tanδ的频率f的对应关系为：t＝A/2πf，时域极化电流与频域介质损耗因数tanδ的关系为：因此，根据改进的哈蒙近似算法可直观地将任意时刻下的极化电流转换为对应频率下的介质损耗因数tanδ，从而可根据对应频率下介质损耗因数tanδ的大小判断电缆老化状况。从图4中可以看出，随着电缆老化程度的增加，损耗因数谱的整体曲线明显上升，因此通过改进的哈蒙近似算法得到的损耗因数谱可用于表征交联聚乙烯电缆的老化程度。

本发明实例提供的一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，改进了当松弛电流拟合参数n位于0<n≤0.3或1.2≤n<2时的哈蒙近似算法，扩展了哈蒙近似算法的应用范围，且能根据现场实际需要的介质损耗因数tanδ的频率范围极大地缩短极化电流测量时间，并可通过改进的哈蒙近似算法快速直观地获取对应频率下的介质损耗因数tanδ，从而根据对应频率下介质损耗因数tanδ的大小判断电缆老化状况。因而本发明提供的一种基于极化电流测量的10kVXLPE电缆老化现场快速诊断方法能在现场对电缆老化状态进行快速诊断，且应用范围更广，既能准确反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。