CN112881806A - 一种基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，以电力系统中普遍存在的雷电冲击和操作冲击信号作为激励，监测电缆接地线上的电流响应，利用监测到的雷电冲击、操作冲击信号和电流信号获取频域下的电缆绝缘阻抗谱，进一步基于电缆冲击阻抗谱幅值变化和谐振频率点偏移，对电缆绝缘老化状态进行判断，进而实现电缆绝缘的在线监测。本发明采用雷电冲击和操作冲击产生的冲击电压来监测电缆绝缘状态，会在电缆接地线上产生较强幅值的暂态响应，电压和电流信号都易于被监测设备捕捉，检测精度高；且不易受到噪声干扰，能够确保对电缆绝缘状态监测的有效性。

Description

一种基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，涉及电力电缆绝缘状态在线监测技术，尤其涉及一种基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法。

背景技术

大多数城市的市区供电线路中电缆线路的占比已超过50％，绝缘材料是电缆本体最薄弱的环节，大多数电缆故障都是由设备老化绝缘击穿所致，电缆一旦发生击穿，必须进行长时间的断电维护，会给电缆的安全运行带来极大的隐患，继而影响电网的供电可靠性，危害电网及设备的安全。

申请号为CN201010513523.8的专利申请文件公开了一种电力电缆绝缘状态在线监测方法及装置，主要监测电力系统低频振荡产生的低频电流值以及低频电压信号与电流信号之间的相位角差两个因素；相位角差求取正切值获得电缆介质损耗因素值；再用低频电流值和介质损耗因素值中任一个大于绝缘安全阀值来判定电缆绝缘状态。

申请号为CN201610956352.3的专利申请文件公开了一种长距离电力电缆绝缘阻抗在线监测方法，用电压互感器与电流互感器分别测量每一相电缆的首端和末端电压、电流，据此计算该相参考电压和流过主绝缘的泄漏电流，根据每相的参考电压和泄漏电流计算该相电缆绝缘等效阻抗值，从而实现长距离电力电缆绝缘状态的在线监测。

申请号为CN201410548699.5的专利申请文件公开了一种基于冲击阻抗特征参数的中压电力电缆的绝缘状态在线监测方法，通过在电缆接头处投切高压电容器产生操作过电压，由高频分压器和高频电流互感器同步采集冲击电压和电流，将所采集的数据进行快速傅立叶变换并计算出冲击阻抗，分别求取冲击阻抗幅频和相频的最小值并与各自的设定值进行比较，从而实现绝缘状态在线监测。

现有技术中前两种电缆绝缘在线监测实现方式均属于非冲击电压下的电力电缆绝缘状态在线监测方法，存在测量信号微弱、采集信号难、不易操作等问题。最后一种电缆绝缘在线监测方法需要额外投切高压电容器，这可能对电网安全造成危害，且冲击阻抗最小值只能孤立地得到电缆绝缘状态，不能反映电缆老化程度，更不能得到电缆不同老化程度的变化规律。

发明内容

针对目前电缆绝缘在线监测存在的操作性差、安全隐患大的技术现状，本发明的目的旨在提供一种基于冲击阻抗谱的电缆绝缘在线监测方法，利用雷击或操作冲击产生的瞬态端电压作为高频激励，通过变电站实际冲击电压波形及电缆绝缘泄漏电缆波形数据，得到电缆频域阻抗谱，进而对电缆整体老化状态实现在线监测，以更加全面地反映电缆老化程度及其变化规律。

本发明的发明思路为：雷电冲击和操作冲击普遍存在于电力系统中，冲击电压携带的能量较大，能够作用于不同长度的电缆，相应的冲击电流幅值也会比较大，不易受到噪声干扰。当产生冲击电压时，会产生幅值较大的振荡，从暂态的角度分析，冲击信号相当于对电缆加激励，使得电缆接地线上产生较强幅值的暂态响应，易于被监测设备捕捉。当绝缘材料劣化时，绝缘阻抗会发生变化，冲击信号频率成分丰富，从直流分量到丰富的高频分量，其形成的暂态高频激励能让电缆的绝缘参数被更充分表征。本发明提供的基于冲击阻抗谱的电缆绝缘在线监测方法，利用冲击电压产生的瞬态端电压为高频激励，通过两级阻容分压方式的过电压在线监测装置捕获变电站实际冲击过电压波形；并通过在电缆接地线处安装高频电流互感器，提取电缆绝缘泄漏电流波形数据，并利用这两个波形获取信号频谱，结合快速傅里叶变换，获取电绝缘频域阻抗谱，进而进行电缆整体老化状态的在线监测。

本发明提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，包括以下步骤：

S1分别实时采集待测电缆上的母线电压及电缆接地线泄漏电流，记录并提取发生雷电冲击或操作冲击时冲击瞬态过程中固定时间长度的母线电压V_m(n)及电缆接地线泄漏电流数据I_m(n)；

S2对测量得到的母线电压及电缆接地线泄漏电流数据按照如下公式进行快速傅里叶变换，得到相应的幅频特性：

式中，V_m(k)表示频域的母线电压，I_m(k)表示频域的电缆接地线泄漏电流，k表示频率，n＝0,1,…N_s-1；0≤k≤N_s-1；N_s表示采样点数；

S3依据得到的母线电压及电缆接地线泄漏电流幅频特性，按照以下公式计算得到待测电缆的电缆频域冲击阻抗谱Z(k)：

S4对待测电缆的电缆频域冲击阻抗谱分析，依据冲击阻抗谱的阻抗谱幅值和谐振频率点，确定电缆的整体绝缘状态。

上述基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，步骤S1中，当监测母线电压大于相电压峰值(为

U₀为待测电缆线电压有效值)时，可确定电缆发生了冲击(包括雷电冲击或操作冲击)。待测电缆上的母线电压和电缆接地线电流可以通过基于两级阻容式的过电压在线监测装置测量得到，具体包括电容分压器、罗氏线圈及工控机，工控机设置有数据采集卡；所述电容分压器靠近高压臂的一端接入电缆首端，靠近低压臂的一端接地，电容分压器的信号输出端接入工控机；所述罗氏线圈套接于电缆接地线上，其输出端接入工控机。这里工控机控制数据采集卡实时接收电容分压器和罗氏线圈采集的电压信号和电流信号，工控机同时对数据采集卡采集的电压信号和电流信号按照本发明提供的方法进行处理，得到冲击阻抗谱。

上述基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，电缆的电导与电容由绝缘介电特性所决定，XLPE电缆的总导纳由内外半导电层以及XLPE绝缘层构成，电缆绝缘部分可简单用电阻R、电容C并联来建模，相应的绝缘阻抗为：

当频率足够高时，即

时，

即高频下电缆的绝缘阻抗主要由电容C决定。

老化过程中，电缆绝缘等效电容增加的同时，电缆绝缘等效电阻逐渐降低，电容增加带来容抗降低，阻抗谱整体随老化呈减少趋势。且研究表明电容参数对频率下的冲击阻抗谱影响更大。

而电缆频域冲击阻抗谱的谐振频率如下公式(5)所示，老化过程中，随着电缆绝缘等效电容增加，阻抗谱谐振频率降低，在阻抗谱图上表现为谐振频率向频率减小的方向偏移。

式中，k₀为谐振频率，L为电感，C为电容。

通过上述分析可以看出，可以通过阻抗谱上阻抗幅值和谐振频率点的变化来判断电缆整体绝缘状态。进一步的，将阻抗谱幅值和谐振频率点从阻抗谱中提取出来，将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱与之前监测得到的冲击阻抗谱进行同比(即将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点分别与去年同期比)、环比(即将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点分别与前一期获取的该电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点进行比对，例如月环比)，或与新投运电缆的冲击阻抗谱进行定基比(即将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点分别与新投运时该电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点进行比对)，根据阻抗谱幅值减小程度及阻抗谱谐振频率点向频率减小方向偏移程度，可判断电缆绝缘的整体老化程度。当电缆绝缘状态达到设定的故障水平时，及时对电缆进行绝缘修复，或者更换新电缆；否则返回步骤S1，继续对电缆绝缘状态进行在线监测。

本发明提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法具有以下有益效果：

1、本发明以电力系统中普遍存在的雷电冲击和操作冲击信号作为监测对象，利用监测到的雷电冲击和操作冲击信号获取频域下的电缆绝缘阻抗，进一步基于电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点偏移，对电缆绝缘老化状态进行判断，进而实现电缆绝缘的在线监测；采用雷电冲击和操作冲击产生的冲击电压来监测电缆绝缘状态，会在电缆接地线上产生较强幅值的暂态响应，电压和电流信号都易于被监测设备捕捉，检测精度高；且不易受到噪声干扰，能够确保对电缆绝缘状态监测的有效性；

2、本发明通过两级阻容分压方式对雷击冲击或操作冲击产生的冲击电压，无需额外叠加电源，能够避免对电网安全的危害；

3、本发明采用阻抗谱幅值和谐振频率点偏移程度判断电缆绝缘老化程度，幅值采用相对值；而电缆绝缘的细微变化反映在电缆电容C上的微小变化，C的变化可通过谐振频率的变化进行放大，从而具有较高的检测灵敏度；

4、本发明采用冲击电压监测电缆绝缘状态，冲击信号频率成分丰富，当绝缘材料劣化时，绝缘阻抗会发生变化，从直流分量到丰富的高频分量，其形成的暂态高频激励能让电缆的绝缘参数被更充分表征，由此计算得到的冲击阻抗谱不仅能反映电缆老化程度，还可反映电缆不同老化程度的变化规律。

附图说明

图1为本发明基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测流程示意图。

图2为本发明过电压在线监测装置示意框图。

图3为本发明模拟电缆绝缘在线监测实验平台示意图。

图4为本发明不同长度电缆阻抗谱图。

图5为本发明不同热老化程度电缆阻抗谱图。

图6为本发明不同水树老化程度电缆阻抗谱图。

在上述附图中，1-待测电缆，2-电容分压器，3-空心罗氏线圈，4-工控机，401-数据采集卡，5-试验电缆，6-耦合电容，7-冲击电压发生器，8-工频电压产生器，9-保护电阻，10-数据采集器。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清晰、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明。

实施例

如图1所示，本实施例提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，包括以下步骤：

S1分别实时采集待测电缆上的母线电压及电缆接地线泄漏电流，记录并提取发生雷电冲击或操作冲击时冲击瞬态过程中固定时间长度的母线电压V_m(n)及电缆接地线泄漏电流数据I_m(n)。

本实施例中待测电缆1上的母线电压和电缆接地线电流通过如图2所示的基于两级阻容式的过电压在线监测装置，具体包括由两个电容串联组成的电容分压器2、空心罗氏线圈3及工控机4，工控机4设置有数据采集卡401。虚框中给出的框图为电容分压器的等效示意图，两个电容分别为高压臂上的等效电容和低压臂上的等效电容，电容分压器靠近高压臂的一端接入电缆首端，靠近低压臂的一端接地，电容分压器的信号输出端接入工控机4；罗氏线圈3套接于电缆接地线上，其输出端接入工控机4。工控机4控制数据采集卡实时接收电容分压器2和罗氏线圈3采集的电压信号和电流信号，工控机同时对数据采集卡采集的电压信号和电流信号按照本发明提供的方法进行处理，得到冲击阻抗谱。

当监测母线电压大于相电压峰值(为

U₀为待测电缆线电压有效值)时，可确定电缆发生了冲击(包括雷电冲击或操作冲击)。

S2对测量得到的母线电压及电缆接地线泄漏电流数据按照如下公式进行快速傅里叶变换，得到相应的幅频特性：

式中，V_m(k)表示频域的母线电压，I_m(k)表示频域的电缆接地线泄漏电流，k表示频率，n＝0,1,…N_s-1；0≤k≤N_s-1；N_s表示采样点数；

S3依据得到的母线电压及电缆接地线泄漏电流幅频特性，按照以下公式计算得到待测电缆的电缆频域阻抗谱Z(k)：

S4对待测电缆的电缆频域冲击阻抗谱分析，依据冲击阻抗谱的阻抗谱幅值和谐振频率点，确定电缆的整体绝缘状态。

可以将阻抗谱幅值和谐振频率点从阻抗谱中提取出来，将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱与之前监测得到的冲击阻抗谱进行同比(即将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点分别与去年同期比)、环比(即将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点分别与前一期获取的该电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点进行比对，例如月环比)，或与新投运电缆的冲击阻抗谱进行定基比(即将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点分别与新投运时该电缆频域冲击阻抗谱幅值和谐振频率点进行比对)，根据阻抗谱幅值减小程度及阻抗谱谐振频率点向频率减小方向偏移程度，可判断电缆绝缘的整体老化程度。

为了说明本发明提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法的有效性，本实施例采用图3提供的模拟电缆绝缘在线监测实验平台对不同长度、不同老化类型及程度的试验电缆1进行测试。

如图3所示，上述模拟电缆绝缘在线监测实验平台包括冲击电压产生单元、工频电压产生单元和数据采集器10；冲击电压产生单元与工频电压产生单元用于向电缆施加冲击电压和工频电压，冲击电压产生单元与工频电压产生单元的高压端分别与试验电缆5的两端连接，冲击电压产生单元与工频电压产生单元的低压端接地。

如图3所示，冲击电压产生单元包括耦合电容6和冲击电压发生器7，冲击电压发生器7一端经耦合电容6作为冲击电压产生单元的高压端与电缆另一端连接，冲击电压发生器7另一端作为冲击电压产生单元的低压端接地，电容分压器2两端分别并联于冲击电压发生器7与耦合电容6的串联支路上。耦合电容6用于保证冲击电压能够无畸变的输送到试验电缆5上。冲击电压发生器7用于产生施加于试验电缆5上的冲击电压，以模拟雷击、操作等冲击电压情况，产生高频分量，本实施例采用的是本申请人于2014年申请的申请号为CN201410550645.2的申请文件中公开的冲击电压发生器。电容分压器2为本领域的常规设备，用于测量电缆上的电压，图3中虚框中给出的框图为电容分压器的等效示意图，其中两个电容分别为高压臂上的等效电容和低压臂上的等效电容，电容分压器靠近高压臂的一端与冲击电压产生单元的高压端连接，靠近低压臂的一端与冲击电压产生单元的低压端连接。

如图3所示，工频电压产生单元包括工频电压产生器8和保护电阻9，工频电压产生器8一端串联保护电阻9后作为工频电压产生单元的高压端与试验电缆5一端连接、工频电压产生器8另一端作为工频电压产生单元的低压端接地。工频电压产生器8用于产生试验电缆5正常运行所需的工频电压，以模拟电缆正常运行情况，本实施例采用的是本申请人于2014年申请的申请号为CN201410550645.2的申请文件中公开的工频电压产生装置作为工频电压产生器，本实施例中将保护电阻单独出来。保护电阻9用于保护工频电压产生器遭受短路冲击。

如图3所示，电缆的接地线穿过空心罗氏线圈3。数据采集器10为示波器，其信号输入端分别与电容分压器2输出端和空心罗氏线圈3连接，分别用于测量试验电缆5上的电压和发生冲击时接地线上流经电缆主绝缘的电流，从而为后续基于阻抗谱的绝缘在线监测提供相关数据。

(一)不同长度试验电缆基于冲击阻抗谱的绝缘在线监测方法

长度为0.5km、1km、2km和3km的试验电缆样本制作步骤如下：

(1)去掉电缆的外护套，钢铠以及铜屏蔽层，露出外半导电层；

(2)将电缆试样两端各剥离长度为100mm的外半导电层，并在样本两端各剥掉10mm绝缘层露出电缆线芯；

(3)为避免受潮，将处理好的电缆放入50℃的烘箱内干燥24h后进行密封，进行密封后不做任何处理。

采用本实施例提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，按照如下步骤对不同长度的试验电缆样本进行绝缘在线监测：

S1分别实时采集待测电缆上的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流，记录并提取发生模拟雷电冲击时冲击瞬态过程中固定时间长度的缆芯电压V_m(n)及电缆接地线泄漏电流数据I_m(n)。

本步骤中，通过模拟电缆绝缘在线监测实验平台对试验电缆施加冲击电压和工频电压，具体操作为：通过高压引线同时将冲击电压产生单元和工频电压产生单元与试验电缆缆芯相连；利用工频电压产生器向试验电缆施加10kV电压，模拟电缆正常运行情况；利用冲击电压发生器2向电缆施加电压，产生标准雷电波1.2/50μs、峰值为30kV的冲击电压，模拟雷击情况。设置数据采集器采样深度为1400μs，采样率为125MHz。数据采集器接收电容分压器和罗氏线圈测量的试验电缆上的电压V_m(n)和发生冲击时接地线上流经电缆主绝缘的电流I_m(n)。

S2对测量得到的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流数据按照如下公式进行快速傅里叶变换，得到相应的幅频特性：

式中，V_m(k)表示频率的缆芯电压，I_m(k)表示频域的电缆接地线泄漏电流，k表示频率，n＝0,1,…N_s-1；0≤k≤N_s-1；N_s表示采样点数。

S3依据得到的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流幅频特性，按照以下公式计算得到待测电缆的电缆频域阻抗谱Z(k)：

据此，得到不同长度试验电缆的电缆频域冲击阻抗谱如图4所示。

从图4中可以看出，冲击阻抗谱能明显反应不同长度电缆阻抗幅值的变化，试验电缆样本的长度从0.5km到3km，随着电缆长度的增加，电容C增大，由图看出频域下的绝缘阻抗幅值逐渐减小。还可看出，试验电缆样本的长度从0.5km到3km，谐振频率点分别为4.05kHz，3.14kHz，2.75kHz和2.45kHz，电容C增大伴随着谐振频率点向左偏移，不同长度电缆阻抗谱的波形相似，说明本发明提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法能够适用于配网中各种长度的电缆系统。

(二)不同热老化程度试验电缆基于冲击阻抗谱的绝缘在线监测方法

热老化时长为10d、20d、30d、40d的试验电缆样本制作步骤如下：

将按照前面方法制作的4根长度为500mm的试验电缆样本放入DHG-9070A型电热鼓风干燥箱进行老化，热老化温度设置为120℃；并依次设置4根试验电缆样本的老化时长为10d、20d、30d、40d，得到轻度热老化、中度热老化、重度热老化和热老化故障电缆。

采用本实施例提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，按照如下步骤对同等长度的新电缆及不同老化时间的试验电缆样本进行绝缘在线监测：

S1分别实时采集待测电缆上的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流，记录并提取发生模拟雷电冲击时冲击瞬态过程中固定时间长度的缆芯电压V_m(n)及电缆接地线泄漏电流数据I_m(n)。

本步骤中，通过模拟电缆绝缘在线监测实验平台对试验电缆施加冲击电压和工频电压，具体操作为：通过高压引线同时将冲击电压产生单元和工频电压产生单元与试验电缆缆芯相连；利用工频电压产生器向试验电缆施加10kV电压，模拟电缆正常运行情况；利用冲击电压发生器2向电缆施加电压，产生标准雷电波1.2/50μs、峰值为30kV的冲击电压，模拟雷击情况。设置数据采集器采样深度为1400μs，采样率为125MHz。数据采集器接收电容分压器和罗氏线圈测量的试验电缆上的电压V_m(n)和发生冲击时接地线上流经电缆主绝缘的电流I_m(n)。

S2对测量得到的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流数据按照如下公式进行快速傅里叶变换，得到相应的幅频特性：

式中，V_m(k)表示频率的缆芯电压，I_m(k)表示频域的电缆接地线泄漏电流，k表示频率，n＝0,1,…N_s-1；0≤k≤N_s-1；N_s表示采样点数。

S3依据得到的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流幅频特性，按照以下公式计算得到待测电缆的电缆频域阻抗谱Z(k)：

据此，得到不同热老化程度试验电缆的电缆频域冲击阻抗谱如图5所示。

从图5中可以看出，冲击阻抗谱能够反映不同热老化程度的电缆，随着热老化程度的加重，阻抗幅值逐渐减小，且谐振频率点有轻微的向左偏移。说明本发明提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法能够适用于不同热老化引起的电缆绝缘老化状态监测。

(三)不同水树老化程度试验电缆基于冲击阻抗谱的绝缘在线监测方法

本实施例根据IEC/TS61956试验标准，采用水针电极法制作水树老化试验电缆样本。水树长度分别为100μm、200μm、300μm、400μm和500μm的试验电缆样本制作步骤如下：

(1)将按照前面方法制作的5根长度为500mm的试验电缆样本的外半导电层上每隔10mm使用钢针(直径为0.8mm，针尖倒角30°，针尖曲率半径2.5μm)制造深度为3mm的针孔缺陷；

(2)在短试验电缆样本上套上热缩管；

(3)在热缩管构成的容器中开一个小孔注入浓度为20％的NaCl溶液；

(4)在保证NaCl溶液浸没针孔缺陷的情况下，溶液通过铜电极接地；

(5)在室温环境下，对试验电缆样本缆芯施加有效值为7.5kV、频率为400Hz的高频电压进行加速水树老化；

(6)5根试验电缆样本的老化时长分别为13d、18d、60d、78d、90d，得到水树长度分别为100μm、200μm、300μm、400μm和500μm，误差不差过10μm的老化电缆。由此可知电缆水树的等效电容与水树长度成正比。

采用本实施例提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，按照如下步骤对不同水树老化时间的试验电缆样本进行绝缘在线监测：

S1分别实时采集待测电缆上的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流，记录并提取发生模拟雷电冲击时冲击瞬态过程中固定时间长度的缆芯电压V_m(n)及电缆接地线泄漏电流数据I_m(n)。

本步骤中，通过模拟电缆绝缘在线监测实验平台对试验电缆施加冲击电压和工频电压，具体操作为：通过高压引线同时将冲击电压产生单元和工频电压产生单元与试验电缆缆芯相连；利用工频电压产生器向试验电缆施加10kV电压，模拟电缆正常运行情况；利用冲击电压发生器2向电缆施加电压，产生标准雷电波1.2/50μs、峰值为30kV的冲击电压，模拟雷击情况。设置数据采集器采样深度为1400μs，采样率为125MHz。数据采集器接收电容分压器和罗氏线圈测量的试验电缆上的电压V_m(n)和发生冲击时接地线上流经电缆主绝缘的电流I_m(n)。

S2对测量得到的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流数据按照如下公式进行快速傅里叶变换，得到相应的幅频特性：

式中，V_m(k)表示频率的缆芯电压，I_m(k)表示频域的电缆接地线泄漏电流，k表示频率，n＝0,1,…N_s-1；0≤k≤N_s-1；N_s表示采样点数。

S3依据得到的缆芯电压及电缆接地线泄漏电流幅频特性，按照以下公式计算得到待测电缆的电缆频域阻抗谱Z(k)：

据此，得到不同水树老化程度试验电缆的电缆频域冲击阻抗谱如图6所示。

从图6中可以看出，冲击阻抗谱能够反映不同水树老化程度的电缆，随着水树长度从100μm到500μm的增加，老化越严重，阻抗幅值逐渐减小，且谐振频率点分别为13.8kHz，12.6kHz，12.3kHz，11.9kHz和11.2kHz，明显向左偏移。说明本发明提供的基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法能够适用于不同水树老化引起的电缆绝缘老化状态监测。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，其特征在于包括以下步骤：

S1分别实时采集待测电缆上的母线电压及电缆接地线泄漏电流，记录并提取发生雷电冲击或操作冲击时冲击瞬态过程中固定时间长度的母线电压V_m(n)及电缆接地线泄漏电流数据I_m(n)；

S2对测量得到的母线电压及电缆接地线泄漏电流数据按照如下公式进行快速傅里叶变换，得到相应的幅频特性：

式中，V_m(k)表示频域的母线电压，I_m(k)表示频域的电缆接地线泄漏电流，k表示频率，n＝0,1,…N_s-1；0≤k≤N_s-1；N_s表示采样点数；

S3依据得到的母线电压及电缆接地线泄漏电流幅频特性，按照以下公式计算得到待测电缆的电缆频域冲击阻抗谱Z(k)：

S4对待测电缆的电缆频域冲击阻抗谱分析，依据冲击阻抗谱的阻抗谱幅值和谐振频率点，确定电缆的整体绝缘状态。

2.根据权利要求1所述基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，其特征在于待测电缆上的母线电压和电缆接地线电流可以通过基于两级阻容式的过电压在线监测装置测量得到；所述过电压在线监测装置包括电容分压器、罗氏线圈及工控机，工控机设置有数据采集卡；所述电容分压器靠近高压臂的一端接入电缆首端，靠近低压臂的一端接地，电容分压器的信号输出端接入工控机；所述罗氏线圈套接于电缆接地线上，其输出端接入工控机。

3.根据权利要求1或2所述基于冲击阻抗谱的中压电缆绝缘在线监测方法，其特征在于将阻抗谱幅值和谐振频率点从阻抗谱中提取出来，将当前获取的待测电缆频域冲击阻抗谱与之前监测得到的冲击阻抗谱进行同比、环比，或与新投运电缆的冲击阻抗谱进行定基比，根据阻抗谱幅值减小程度及阻抗谱谐振频率点向频率减小方向偏移程度，可判断电缆绝缘的整体老化程度。

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