CN107621595A - 一种电力电缆的绝缘状态评估装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力电缆的绝缘状态评估装置及方法，其方法包括以下步骤：A、施加冲击电压于电力电缆；B、同步采集高频分压器和高频电流互感器所获取的冲击电压和冲击电流的波形数据并存储；C、根据波形数据计算得到等效冲击电阻值；D、根据等效冲击电阻值对电缆绝缘状态进行判断。其通过在监测电缆中出现的过电压和瞬变电流，从等效冲击电阻值来判断其绝缘状况，实现对电缆绝缘状态的评估，它可以监测到低电压下无法暴露的缺陷，从而保证电力电缆的安全、可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统绝缘监测技术领域，具体涉及一种电力电缆的绝缘状态评估装置及方法。
背景技术
近年来，城市电网中电缆化率迅速增加，但随着运行时间的增加，这些前期投入运行的电缆老化越来越严重，极有可能发生绝缘击穿事故。为了减少绝缘事故的发生，有必要准确掌握电缆的绝缘状态，在事故发生之前实现提前预警。目前国内外比较具有代表性的电缆绝缘状态在线评估方法包括直流叠加法、tanδ法、交流叠加法、低频叠加法、谐波分量法、局部放电法、极化-去极化法。日本的东京电力公司和日立电缆公司共同开发了差分法用于检测电缆局部放电信号；中国专利CN201410150614.8“一种XLPE电缆局部放电在线监测方法”通过传感器获取相应的待测XLPE电缆的地线上的实时局部放电信号，经过滤波处理后保存在数据库中，形成历史局部放电数据，再经专家系统对所述历史电压数据进行分析，提取特征参数，形成特征图谱，最终得出电缆的绝缘水平。
针对电缆局部放电产生的声、热等效应，又产生了多种局部放电在线监测方法。中国专利CN201010571501.7“交联聚乙烯电缆绝缘老化检测系统”通过超高频监测模块及声发射监测模块分别对XLPE电缆及附局部放电的高频信号及声波进行检测。
但是上述检测方法均存在一定的缺陷，譬如：电缆的某些缺陷可能难以暴露，并且在现场测量过程中极易受到外界各种因素干扰，则测量的绝缘参数很难准确反映绝缘的真实状态。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种电力电缆的绝缘状态评估装置及方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种电力电缆的绝缘状态评估方法，包括以下步骤：
A、施加冲击电压于电力电缆；
B、同步采集高频分压器和高频电流互感器所获取的冲击电压和冲击电流的波形数据并存储；
C、根据波形数据计算得到等效冲击电阻值；
D、根据等效冲击电阻值对电缆绝缘状态进行判断。
发明人在研究中发现，针对测量结果中电缆的某些缺陷难以暴露，且在现场测量过程中极易受到外界各种因素干扰的本质原因是多种监测方法所加电压不高，而电缆的绝缘击穿主要是在过电压作用下。因此，本方法通过监测电缆中出现的过电压和瞬变电流，从等效冲击电阻值来判断其绝缘状况，实现对电缆绝缘状态的评估。由于本方法施加电压高，它可以监测到低电压下无法暴露的缺陷，从而保证电力电缆的安全、可靠运行。
作为优选，所述等效冲击电阻值R为：其中，u(t)为施加于电缆上的冲击电压，i(t)为对应的冲击电流。
进一步的，所述等效冲击电阻值R的推导方法为：
C-1、将电缆等效为RC并联模型，从时域能量的角度出发，定义有功损耗W为：其中，u(t)为施加于电缆上的冲击电压，i(t)为对应的冲击电流；
冲击电压u(t)下的冲击电流i(t)为：其中，R为电缆的整体等效电阻，C为电缆的整体电容；
C-2、简化电缆模型：u(0)＝0，u(∞)＝0，则即可得
C-3、通过上述简化电缆模型的推导过程，得出电缆的等效冲击电阻值R。
电缆缺陷的存在将使得电缆等效电路参数的等效电阻值变小，在实际中会使得电缆的绝缘强度降低，故等效冲击电阻值与电缆绝缘状态存在同向变化的相关性，根据等效冲击电阻值判断其绝缘状态，可以监测到低电压下无法暴露的缺陷，也可避免外界因素的干扰。
作为优选，所述步骤A中的冲击电压可在电缆接头处接入冲击电压发生器产生。
作为优选，所述步骤D的具体方法为：将等效冲击电阻值与阈值相比，若低于阈值，则电缆存在缺陷，否则，说明电缆绝缘状态良好。
一种电力电缆的绝缘状态评估装置，包括：
用于连接在电缆上以产生冲击电压的冲击电压发生器；
用于采集电缆上的冲击电压和冲击电流的数据采集装置；
根据冲击电压、冲击电流计算等效冲击电阻值以对电缆绝缘状态进行判断的分析装置。
所述数据采集装置包括均连接在电缆输入端的高频分压器、高频电流互感器和用于采集高频分压器、高频电流互感器数据的数据采集设备。
所述冲击电压发生器与电缆之间连接有开关器件。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过在监测电缆中出现的过电压和瞬变电流，从等效冲击电阻值来判断其绝缘状况，实现对电缆绝缘状态的评估，它可以监测到低电压下无法暴露的缺陷，从而保证电力电缆的安全、可靠运行。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明装置的原理框图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、冲击电压发生器，2、开关器件，3、高频分压器，4、高频电流互感器，5、数据采集设备，6、电缆，7、分析装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
一种等效冲击电阻值的中压电力电缆的绝缘状态评估方法，包括以下步骤：
A、施加冲击电压于电力电缆；
B、同步采集高频分压器和高频电流互感器所获取的冲击电压和冲击电流的波形数据并存储；
C、根据波形数据计算得到等效冲击电阻值；
D、根据等效冲击电阻值对电缆绝缘状态进行判断。
具体的，等效冲击电阻值R的推导方法包括：
C-1、将电缆等效为RC并联模型，从时域能量的角度出发，定义有功损耗W为：其中，u(t)为施加于电缆上的冲击电压，i(t)为对应的冲击电流；
冲击电压u(t)下的冲击电流i(t)为：其中，R为电缆的整体等效电阻，C为电缆的整体电容；
C-2、简化电缆模型：u(0)＝0，u(∞)＝0，则即可得
C-3、通过上述简化电缆模型的推导过程，得出电缆的等效冲击电阻值R：其中，u(t)为施加于电缆上的冲击电压，i(t)为对应的冲击电流。
步骤A中的冲击电压可在电缆接头处接入冲击电压发生器产生。
(1)步骤D的具体方法为：将等效冲击电阻值与阈值相比，若低于阈值，则电缆存在缺陷，否则，说明电缆绝缘状态良好。该阈值可根据以下两方面进行设定：同一电缆的历年测量值；同类型号电缆历年测量值。
实施例2
如图1所示的一种电力电缆的绝缘状态评估装置，包括：
用于连接在电缆6上以产生冲击电压的冲击电压发生器1；
用于采集电缆上的冲击电压和冲击电流的数据采集装置；
根据冲击电压、冲击电流计算等效冲击电阻值以对电缆绝缘状态进行判断的分析装置7。
所述数据采集装置包括均连接在电缆输入端的高频分压器3、高频电流互感器4和用于采集高频分压器、高频电流互感器数据的数据采集设备5。
所述冲击电压发生器与电缆之间连接有开关器件2。开关器件可采用投切开关。
基于上述装置，先给出具体操作方法：
合上投切开关，启动并联在电缆接头处的冲击电压发生器并产生冲击电压；
通过数据采集设备同步采集高频分压器和高频电流互感器所获取的冲击电压和冲击电流，高速数据采集设备的垂直分辨率12bit，采样速率20MHz。为了测量高频的冲击信号，采样速率至少10MHz，为了得到较高的测量结果精度，垂直分辨率至少10bit，高频分压器按其可能出现的最大电压并按1.2的裕度选择，高频电流互感器根据其线路可能出现的最大电流并按1.2的裕度选择；
将数据采集设备所采集的波形数据通过数据线传送并存储在分析装置上；
将冲击电压u(t)和冲击电流i(t)的数据利用实施例1中的公式计算出等效冲击电阻值R的大小；
由计算所得等效冲击电阻值R与阈值Rr进行比较，若R>Rr，说明电缆绝缘良好，若R≦Rr，说明电缆存在缺陷。关于Rr可根据以下两方面进行选取：(1)参考同一电缆的历年测量值；(2)参考同类型号电缆历年测量值。不同长度、型号的电缆有不同的Rr值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电力电缆的绝缘状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、施加冲击电压于电力电缆；
B、同步采集高频分压器和高频电流互感器所获取的冲击电压和冲击电流的波形数据并存储；
C、根据波形数据计算得到等效冲击电阻值；
D、根据等效冲击电阻值对电缆绝缘状态进行判断。
2.根据权利要求1所述的一种电力电缆的绝缘状态评估方法，其特征在于，所述等效冲击电阻值R为：其中，u(t)为施加于电缆上的冲击电压，i(t)为对应的冲击电流。
3.根据权利要求2所述的一种电力电缆的绝缘状态评估方法，其特征在于，所述等效冲击电阻值R的推导方法为：
C-1、将电缆等效为RC并联模型，从时域能量的角度出发，定义有功损耗W为：其中，u(t)为施加于电缆上的冲击电压，i(t)为对应的冲击电流；
冲击电压u(t)下的冲击电流i(t)为：其中，R为电缆的整体等效电阻，C为电缆的整体电容；
C-2、简化电缆模型：u(0)＝0，u(∞)＝0，则即可得
C-3、通过上述简化电缆模型的推导过程，得出电缆的等效冲击电阻值R。
4.根据权利要求1所述的一种电力电缆的绝缘状态评估方法，其特征在于：所述步骤A中的冲击电压可在电缆接头处接入冲击电压发生器产生。
5.根据权利要求1所述的一种电力电缆的绝缘状态评估方法，其特征在于，所述步骤D的具体方法为：将等效冲击电阻值与阈值相比，若低于阈值，则电缆存在缺陷，否则，说明电缆绝缘状态良好。
6.一种电力电缆的绝缘状态评估装置，其特征在于，包括：
用于连接在电缆上以产生冲击电压的冲击电压发生器；
用于采集电缆上的冲击电压和冲击电流的数据采集装置；
根据冲击电压、冲击电流计算等效冲击电阻值以对电缆绝缘状态进行判断的分析装置。
7.根据权利要求6所述的一种电力电缆的绝缘状态评估装置，其特征在于，所述数据采集装置包括均连接在电缆输入端的高频分压器、高频电流互感器和用于采集高频分压器、高频电流互感器数据的数据采集设备。
8.根据权利要求1所述的一种电力电缆的绝缘状态评估装置，其特征在于，所述冲击电压发生器与电缆之间连接有开关器件。
9.根据权利要求1所述的一种电力电缆的绝缘状态评估装置，其特征在于，所述数据采集设备的垂直分辨率至少10bit，采样速率至少10MHz。
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