CN102735970B - 交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法，以交联聚乙烯电缆的漏电流、绝缘电阻和介质损耗角之一作为被检测量α。实时计算被检测量α和被检测量α的突变率β，从而实现对电缆绝缘劣化过程的监测。通过计算获得检测量α及其突变率的每天、每月和每年的平均值，通过公式计算电缆的绝缘寿命。本发明的交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法，具有可实现对电缆绝缘劣化过程的监测、能定量预测出电缆绝缘的使用寿命且提高电缆的利用率等优点。

Description

交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法

技术领域

本发明涉及一种交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法。

背景技术

XLPE（cross linked polyethylene，交联聚乙烯）已经有30余年历史。交联聚乙烯电缆具有性能优良、工艺简单、安装方便的特点，得到了广泛应用。交联聚乙烯绝缘电缆的结构示意如图2所示，主要包括导体1、导体屏蔽层2、交联聚乙烯绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、填充层6、内衬层7、铠装层8和外护套9等几部分。

在高电场强度作用下，固体介质内常出现树枝状局部损坏。在电场的持续作用下，这些树枝状微通道就可能沿电场方向贯穿整个绝缘，导致击穿。所以树枝现象也是预击穿现象，树枝状局部损坏主要分为电树枝、水树枝两种。电缆绝缘损坏是个逐步发展的过程，当电缆击穿时，火灾极易发生。水树枝是交联聚乙烯电缆事故的主要原因，约占事故的71%，多发生于自然劣化。水树枝具有消失和重现的特点，有的水树枝受热、干燥、抽真空后会消失形态，浸入热水中又会重现。水树枝不会直接导致击穿，但会使绝缘强度降低，促进老化作用，缩短寿命。长期逐步发展最终将导致绝缘损坏。

交联聚乙烯电缆绝缘检测有多种方法，被检测量包括漏电流、绝缘电阻、介质损耗角等，一般是通过在线监测或在绝缘介质上叠加直流、低频信号等计算被监测量的大小。

1）直流成分电流监测法是指监测电缆屏蔽层流入大地的直流量大小，从而判断电缆绝缘状况。直流成分电流监测法原理如图3所示，TR是配电变压器，GPT是接地保护用电压互感器，M是直流微电流检测装置(nA级)；一般判据为电流小于1nA表示绝缘良好，大于100nA时绝缘不良，介于两者间时不详。

2）直流叠加法是借助电抗器将直流电压在线叠加于电缆绝缘测量直流叠加电流。直流叠加法的检测原理如图4所示，TR是配电变压器，GPT是接地保护用电压互感器，M是直流微电流检测装置(nA级)，判据为测得绝缘电阻大于1000MΩ表示绝缘良好，小于10MΩ表示绝缘不良，介于两者间不详。

3）工频法原理如图5所示，一般都通过测算电缆的介损因数判断电缆的状态。介质损耗角

统计分析表明tgδ大于1%表示绝缘不良，其它情况不详。

4）低频法是将7.5Hz、20V的低频电压在线叠加于电缆上，在电缆接地线中串接入测量装置，测量绝缘电阻值。一般判据为绝缘电阻大于1000MΩ表示性能良好，绝缘电阻小于400MΩ表示电缆应立即更换。

以上几种监测方法存在以下几个问题。1）被检测量的绝对大小不易测准。电缆绝缘很容易受到环境温度、湿度影响，特别是水树枝绝缘劣化过程中，如果环境温度发生变化，会出现电缆绝缘忽好忽坏的情况，给电缆绝缘劣化趋势判断带来干扰。2）无法准确监测绝缘劣化过程。上述常规检测方法无论采用什么原理，检测什么物理量都存在一个致命的问题，即电缆绝缘完好的情况下检测量的特征明显，电缆绝缘完全损坏的情况下检测量的特征也明显，但是，当绝缘处于恶化过程中时无法给出明确结论。这样，电缆绝缘完好时一般不用监测，电缆绝缘明显损坏的情况下报警又极可能意味着事故已经发生，使得电缆绝缘在线监测失去了意义。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法，以解决现有电缆绝缘监测方法中直接测量某个（些）物理量的绝对大小带来的中间大范围死区、无法反映绝缘恶化过程的问题。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

以交联聚乙烯电缆的漏电流、绝缘电阻和介质损耗角之一作为被检测量α；预测方法包括以下几个步骤：

a.实时计算被检测量α和被检测量α的突变率β，对于突变率β大于0.01给出实时报警，其中突变率β=(α_n-α_n-1)/α_n-1，αn、αn-1是被检测量α在不同时刻的采样值；

b.定时计算被检测量α的每天平均值

每月平均值

每年平均值

的大小，其中 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d=\underset{0}{\overset{24}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/24),$ ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m=\underset{0}{\overset{720}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/720),$ ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y=\underset{0}{\overset{8640}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/8640);$

c.定时计算被检测量α的每天突变率β_d、每月突变率β_m、每年突变率β_y的大小，每天突变率β_d、每月突变率β_m和每年突变率β_y之中有任何一个参数大于0.02时，给出实时报警；其中， ${\mathrm{\β}}_d=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{d-1})/{\stackrel{-}{\mathrm{\α}}}_{d-1},$ ${\mathrm{\β}}_m=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{m-1})/{\stackrel{-}{\mathrm{\α}}}_{m-1},$ ${\mathrm{\β}}_y=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{y-1})/{\stackrel{-}{\mathrm{\α}}}_{y-1};$

d.根据被检测量α的突变率和常规判别范围预测电缆使用寿命；被检测量α的上限为α_max，则通过解以下方程 ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d*{{\mathrm{\β}}_d}^{x1},$ ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m*{{\mathrm{\β}}_m}^{x2}$ 和 ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y*{{\mathrm{\β}}_y}^{x3}$ 得到电缆预计使用寿命；其中，x1、x2和x3分别表示根据每天突变率β_d、每月突变率β_m和每年突变率β_y预测的电缆绝缘寿命；

e.通过公式X=(x1+30*x2+360*x3)/391计算获得交联聚乙烯电缆的绝缘寿命X。

实时计算交联聚乙烯电缆的绝缘参数α和绝缘参数的突变率β，若突变率大于0.01即发出突变率异常告警，及时提示运行管理人员关注。

定时计算每天、每月和每年的绝缘参数突变率，分析交联聚乙烯电缆在一段时间内的绝缘变化情况。

根据被检测量α的突变率预测电缆使用寿命；被检测量α的上限为α_max，则通过解以下方程 ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d*{{\mathrm{\β}}_d}^{x1},$ ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m*{{\mathrm{\β}}_m}^{x2}$ 和 ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y*{{\mathrm{\β}}_y}^{x3}$ 得到电缆预计使用寿命；其中，x1、x2和x3分别表示根据每天突变率β_d、每月突变率β_m和每年突变率β_y预测的电缆绝缘寿命；

通过公式X=(x1+30*x2+360*x3)/391计算获得交联聚乙烯电缆的绝缘寿命X。

本发明的交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法重点计算分析绝缘参数的变化趋势，而不是重点关注绝缘参数本身的大小；通过分析绝缘参数一段时间内的变化趋势，从而预测电缆的使用寿命，时间跨度越长预测的使用寿命就越接近电缆的真实寿命。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法，不仅监测电缆绝缘相关的某个（些）物理量外，还监测相应物理量的突变率，从而实现对电缆绝缘劣化过程的监测，解决了传统监测方法中只能可靠反映电缆绝缘完好、绝缘完全损坏两个极端情况，无法准确判断绝缘劣化过程的问题。本发明提出的电缆绝缘监测方法，通过电缆绝缘相关物理量的突变率和常规运行极限范围定量预测电缆绝缘寿命，解决了传统监测方法只能监测当前绝缘水平，无法判断何时损坏的问题。本发明提出的监测方法，通过监测绝缘相关物理量的突变率可定量预测出电缆绝缘的使用寿命，这样可适当延长绝缘水平较低、绝缘水平稳定的电缆的更换时间，提高电缆的利用率，同时，可通过提前更换绝缘水平较高、绝缘劣化速度很快的电缆避免电缆事故。

本发明的交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法，具有可实现对电缆绝缘劣化过程的监测、能定量预测出电缆绝缘的使用寿命且提高电缆的利用率等优点。

附图说明

图1为本发明的交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法的流程图。

图2为本发明的交联聚乙烯电缆绝缘的结构图。

图3为现有技术的直流成分电流监测法的原理图。

图4为现有技术的直流叠加法的原理图。

图5为现有技术的工频法的电压、电流相位关系图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法，以交联聚乙烯电缆的漏电流、绝缘电阻和介质损耗角之一作为被检测量α；预测方法包括以下几个步骤：

a.实时计算被检测量α和被检测量α的突变率β，对于突变率β大于0.01给出实时报警，其中突变率β=(α_n-α_n-1)/α_n-1，αn、αn-1是被检测量α在不同时刻的采样值；

b.定时计算被检测量α的每天平均值

每月平均值每年平均值

的大小，其中 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d=\underset{0}{\overset{24}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/24),$ ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m=\underset{0}{\overset{720}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/720),$ ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y=\underset{0}{\overset{8640}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/8640);$

c.定时计算被检测量α的每天突变率β_d、每月突变率β_m、每年突变率β_y的大小，每天突变率β_d、每月突变率β_m和每年突变率β_y之中有任何一个参数大于0.02时，给出实时报警；其中， ${\mathrm{\β}}_d=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{d-1})/{\stackrel{-}{\mathrm{\α}}}_{d-1},$ ${\mathrm{\β}}_m=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{m-1})/{\stackrel{-}{\mathrm{\α}}}_{m-1},$ ${\mathrm{\β}}_y=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{y-1})/{\stackrel{-}{\mathrm{\α}}}_{y-1};$

d.根据被检测量α的突变率和常规判别范围预测电缆使用寿命；被检测量α的上限为α_max，则通过解以下方程 ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d*{{\mathrm{\β}}_d}^{x1},$ ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m*{{\mathrm{\β}}_m}^{x2}$ 和 ${\mathrm{\α}}_{\max }={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y*{{\mathrm{\β}}_y}^{x3}$ 得到电缆预计使用寿命；其中，x1、x2和x3分别表示根据每天突变率β_d、每月突变率β_m和每年突变率β_y预测的电缆绝缘寿命；

e.通过公式X=(x1+30*x2+360*x3)/391计算获得交联聚乙烯电缆的绝缘寿命X。

本发明的交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法，具有以下几个技术特点。

1）可实时监测电缆绝缘劣化过程；

除了监测电缆绝缘相关的某个（些）物理量外，还监测相应物理量的突变率，从而实现对电缆绝缘劣化过程的监测。解决了传统监测方法中只能可靠反映电缆绝缘完好、绝缘完全损坏两个极端情况，无法准确判断绝缘劣化过程的问题。

2）定量预测电缆绝缘寿。

本发明的电缆绝缘监测方法，通过电缆绝缘相关物理量的突变率和常规运行极限范围定量预测电缆绝缘寿命。解决了传统监测方法只能监测当前绝缘水平，无法判断何时损坏的问题。

3）有效提高电缆利用率，减少电缆事故。

本发明的监测方法，通过监测绝缘相关物理量的突变率可定量预测出电缆绝缘的使用寿命，这样可适当延长绝缘水平较低、绝缘水平稳定的电缆的更换时间，提高电缆的利用率，同时，可通过提前更换绝缘水平较高、绝缘劣化速度很快的电缆避免电缆事故。

Claims (1)

1.交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法，其特征是，以交联聚乙烯电缆的漏电流、绝缘电阻和介质损耗角之一作为被检测量α；预测方法包括以下几个步骤：

a.实时计算被检测量α和被检测量α的突变率β，对于突变率β大于0.01给出实时报警，其中突变率β=(α_n-α_n-1)/α_n-1，α_n、α_n-1是被检测量α在不同时刻的采样值；

b.定时计算被检测量α的每天平均值每月平均值

每年平均值的大小，其中 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d=\underset{0}{\overset{24}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/24),{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m=\underset{0}{\overset{720}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/720),{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y=\underset{0}{\overset{8640}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\α}/8640);$

c.定时计算被检测量α的每天突变率β_d、每月突变率β_m、每年突变率β_y的大小，每天突变率β_d、每月突变率β_m和每年突变率β_y之中有任何一个参数大于0.02时，给出实时报警；其中， ${\mathrm{\β}}_d=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_d-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{d-1})/{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{d-1},{\mathrm{\β}}_m=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_m-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{m-1})/{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{m-1},{\mathrm{\β}}_y=({\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_y-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{y-1})/{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{y-1};$

d.根据被检测量α的突变率和常规判别范围预测电缆使用寿命；被检测量α的上限为α_max，则通过解以下方程

和

得到电缆预计使用寿命；其中，x1、x2和x3分别表示根据每天突变率β_d、每月突变率β_m和每年突变率β_y预测的电缆绝缘寿命；

e.通过公式X=(x1+30*x2+360*x3)/391计算获得交联聚乙烯电缆的绝缘寿命X。

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