CN113419147B - 基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，对比构建待测电缆的时频联合雷达谱图与新电缆的时频联合雷达谱图，对待测电缆的绝缘状态进行诊断评估；对比构建待测电缆的Debye等效电路参数雷达谱图与新电缆的Debye等效电路参数雷达谱图，对待测电缆的绝缘老化是否出现新的极化类型进行判别，及对待测电缆的绝缘老化程度进行诊断评估。本发明旨在提供一种基于雷达谱图式的可视化可电缆绝缘状态诊断评估方法，利用极化‑去极化电流测试，提取老化电缆时、频域特征参数，构建时频联合雷达谱图及Debye等效电路参数雷达谱图，进而实现老化电缆绝缘状态的可视化准确评估。

Description

基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域，涉及电力电缆绝缘状态诊断评估，具体涉及一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法。

背景技术

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene，XLPE)材料以其优良的化学及电气性能而被广泛用于电力电缆行业，以XLPE作为绝缘材料的中高压电力电缆更是城市输配电网络中的关键设备之一。理想环境下，XLPE电缆使用寿命可达30年以上，但实际情况下，多数XLPE电缆运行环境较为恶劣，例如大量电缆直埋地下，且长期承受较高负荷。散热不良且高负荷的运行状态会导致电缆本体温度较高，进而使其在持续电场及温度作用下发生一系列绝缘劣化现象，最终导致绝缘击穿，造成电力事故。

针对上述问题，亟需在在电缆投运后，定期对其绝缘状态进行无损诊断评估。传统的诊断评估方法包括绝缘电阻测试、泄漏电流测试等。例如，电力行业标准DL/T 596-2005规定，6kV及以上电压等级的XLPE电缆应以3年为周期进行主绝缘绝缘电阻测试，测试设备为5000V兆欧表；而国标及行标虽未对XLPE电缆的泄漏电流及吸收比测试作相关要求，测试电缆的泄漏电流及吸收比仍为评估电缆绝缘问题的重要手段。尽管如此，上述方法在实际使用中仍存在较多局限：(1)在绝缘电阻测试中，行业标准并未对电缆主绝缘阻值进行要求，且电缆绝缘电阻大小与电缆长度有关，因此仅通过兆欧表测试绝缘电阻无法准确判断电缆具体绝缘老化情况；(2)泄漏电流及吸收比测试属精密测试，在现场环境下，测试用皮安表易受多种信号干扰，测试精度不佳，且测试用直流高压易对电缆主绝缘产生破坏，因此泄漏电流及吸收比测试并非理想的无损测试方法。

为此，国内外学者提出了基于介电响应理论的电缆绝缘状态诊断评估方法，包括回复电压法(Returned Voltage Measurement，RVM)、频域介电谱法(Frequency DomainSpectroscopy，FDS)及极化-去极化电流法(Polarization and Depolarization Current，PDC)。其中，RVM及PDC属于时域诊断评估方法：RVM通过测量介质极化后的回复电压从而分析介质电气性能，PDC则通过测量介质极化及去极化时的电流响应以判断其电气性能；FDS属于频域诊断评估方法，可以分析绝缘介质在不同频率电压下的电流响应。上述方法自提出起即用于电缆绝缘状态评估，但随时间推移，RVM及FDS的弊端亦逐渐显现：RVM仅关注电缆回复电压，其携带信息极为有限，难以准确判断电缆状态；FDS使用交流电压激励，对于大电容试品(如长电缆)，电源容量需求极大，导致FDS设备体积庞大，难以在现场开展试验。相比于RVM及FDS，由于使用阶跃电压激励，在进行大电容试品试验时，PDC设备容量需求小，操作灵活便捷。尽管如此，现有PDC测试仍利用单一老化特征量，如直流电导，判断电缆绝缘状态，且测试结果未被推广至频域，这无疑限制了PDC方法的应用潜力，也导致老化电缆绝缘状态评估工作长期停滞不前。

发明内容

针对现有电力电缆绝缘状态评估工作中存在的老化特征量单一及频域信息匮乏问题，本发明旨在提供一种基于雷达谱图式的可视化可电缆绝缘状态诊断评估方法，利用极化-去极化电流测试，提取老化电缆时、频域特征参数，构建时频联合雷达谱图及Debye等效电路参数雷达谱图，进而实现老化电缆绝缘状态的可视化准确评估。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，包括对待测电缆的绝缘状态进行诊断评估和对待测电缆的绝缘老化程度进行诊断评估；

对待测电缆的绝缘状态进行诊断评估包括：

检测待测电缆的极化电流i_pol和去极化电流i_depol；

依据所述待测电缆的极化电流和去极化电流，获取电缆电导率σ、单位去极化电量Q_n、介质损耗因数最大值tanδ_max；

采用SVD分解方法对所述待测电缆进行Debye等效电路模型支路辨识，获取Debye等效电路模型的支路数r；

构建所述待测电缆的时频联合雷达谱图，以所述电缆电导率σ、单位去极化电量Q_n、介质损耗因数最大值tanδ_max以及Debye等效电路模型支路数r分别作为直角坐标系的+y、+x、-y、-x坐标；所述待测电缆的σ、Q_n、tanδ_max、r的计算结果标注在相应坐标轴上并用线条连接；

对比构建所述待测电缆的时频联合雷达谱图与新电缆的时频联合雷达谱图；

对待测电缆的绝缘老化程度进行诊断评估包括：

对所述待测电路进行Debye等效电路模型支路辨识进一步获取Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j；

构建所述待测电缆的Debye等效电路参数雷达谱图，将所述待测电缆的Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j作为2r轴坐标系；将所述待测的电缆Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j标注在相应坐标轴上并用线条连接；

对比构建所述待测电缆的Debye等效电路参数雷达谱图与新电缆的Debye等效电路参数雷达谱图，对所述待测电缆的绝缘老化是否出现新的极化类型进行判别。

其中，具体诊断评估标准如下：

对比所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图，当所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图基本重合时，所述待测电缆绝缘状态良好；

对比所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图，当所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图不重合，且所述待测电缆雷达谱图向“Debye等效电路模型支路数r”坐标延伸时，所述待测电缆绝缘状态基本良好，但其绝缘材料已出现分解；对比所述待测电缆和新电缆的Debye等效电路参数雷达谱图，判断旧电缆新出现的极化类型；

对比所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图，当所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图不重合，且所述待测电缆的时频联合雷达谱图向“电导率σ”及“介质损耗因数最大值tanδ_max”坐标双向延伸时，则所述待测电缆已出现绝缘老化，此时对比所述待测电缆和新电缆的Debye等效电路参数雷达谱图，判断旧电缆新出现的极化类型及老化严重程度。

其中，采用极化-去极化电流测试回路对待测电缆进行极化-去极化电流测试，向待测电缆施加电压进行极化，极化时间为t_p，将待测电缆接地极化进行去极化，去极化时间为t_d，在极化过程和去极化过程中，测量待测电缆的极化电流i_pol及去极化电流i_depol。

其中，所述电缆电导率σ按照以下公式计算得到：

式中，σ为电缆电导率；ε₀为真空介电常数；C₀为电缆电容；U₀为电缆芯子所加电压。

其中，所述单位去极化电量Q_n按照以下公式计算得到：

式中，Q_n为电缆单位去极化电量；t_d为电缆去极化时间；L为电缆长度；D_c为电缆绝缘层内径；D_i为电缆绝缘层外径；

其中，所述介质损耗因数最大值tanδ_max按照以下公式计算得到：

根据电缆去极化电流曲线，获取电缆频域介质响应函数x(ω)，x(ω)可表示为如下形式：

χ(ω)＝χ′(ω)-jχ″(ω)；

式中，χ′(ω)为待测电缆频域介质响应函数的实部，χ″(ω)为待测电缆频域介质响应函数的虚部；

按照以下公式计算电缆介质损耗因数tanδ：

式中，ε₀为真空介电常数；ε_∞为待测电缆绝缘介质的光频介电常数；

从待测电缆全频域范围内，提取电缆介质损耗因数tanδ的最大值tanδ_max。

其中，采用SVD分解对待测电缆进行Debye等效电路模型支路辨识的具体如下：

B1、将实测采样去极化电流作为采样信号，并将其作为矩阵元素构建矩阵X；

B2、矩阵X进行分解，将X分解为3个矩阵，S、D和D的转置矩阵DT，并从中提取出X的奇异值矩阵V；

B3、提取奇异值矩阵V中对角元素，将待测电缆Debye模型支路数记为r；

B4、保留奇异值矩阵V的前r列，其余值赋0构成新的奇异值矩阵V'，分别去除矩阵D的最后一行和第一行得到矩阵D₁和D₂，进而利用矩阵S、矩阵V'、矩阵D₁和矩阵D₂重新构建信号矩阵X₁和X₂：

B5、利用重新构建的信号矩阵X₁和X₂进一步构建矩阵G，

B6、根据矩阵G求得信号复幅值R_i：

B7、根据信号复幅值Ri计算待测电缆Debye等效电路模型中的各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j：

B8、若待测电缆各支路时间常数出现相同数值，即τ_j＝τ_j+1，则将r减去1，然后重复上述步骤B4-B8，直至待测电缆各支路时间常数不等，最终得到待测电缆Debye等效电路模型的支路数r、各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j。

其中，所述Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j的获取与采用SVD分解对待测电缆进行Debye等效电路模型支路辨识的方法一样。

本发明的有益效果是：

1、本发明既对电缆的时域参量(如电导率、单位去极化电量)进行测量，也对电缆的频域参量(如介质损耗因数最大值)进行测量，且将电缆等效为Debye电路模型进行支路参数辨识，所得到的电缆信息极为丰富，可从时域、频域、真型、电路模拟多个角度共同反映试样绝缘状态，解决了传统极化-去极化测试老化特征量单一且频域信息匮乏的问题；

2、本发明利用电缆的电导率σ、单位去极化电量Q_n、介质损耗因数最大值tanδ_max、Debye等效电路模型支路数r构建时频联合雷达谱图，利用电缆Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及时间常数τ_j构建Debye等效电路参数雷达谱图，从而将电缆绝缘状态诊断转化为雷达谱图面积分布对比，即通过对比待测电缆和新电缆雷达谱图面积分布异同，即可直观地判断老化电缆绝缘状态，实现了电缆绝缘状态的快速可视化诊断；

3、本发明采用SVD奇异值分解方法确定电缆的Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及时间常数τ_j，该结果不仅可用于判断电缆绝缘老化状态，还可用于分析老化电缆绝缘材料内部是否出现新的极化类型，拓展了本发明的实际应用范围；

4、本发明基于极化-去极化电流无损测试方法，测试装置便携，测试方法简单，对测试环境及测试装置要求不高，测试时间短，且不会对电缆绝缘造成任何破坏，在诊断评估电力电缆绝缘状态方面具有极强的实用性，适于在本领域内推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例采用的电缆试样示意图，其中，1-缆芯(高压电极)，2-XLPE绝缘，3-屏蔽环，4-外半导电层，5-铜带(测试电极)，6-铜鼻。

图2为本发明实施例采用的极化-去极化电流测试原理示意图，其中，7-高压直流电源，8-单刀双掷开关，9-保护电阻，10-电缆试样，11-皮安表，12-上位机。

图3为本发明实施例不同热老化程度电缆极化电流曲线。

图4为本发明实施例不同热老化程度电缆去极化电流曲线。

图5为本发明实施例不同热老化程度电缆电导率曲线。

图6为本发明实施例不同热老化程度电缆单位去极化电量曲线。

图7为本发明实施例不同热老化程度电缆的介质损耗因数频谱。

图8为本发明实施例不同热老化程度电缆的介质损耗因数最大值曲线。

图9为本发明实施例电缆试样Debye等效电路模型支路参数SVD辨识流程图。

图10为本发明实施例不同热老化程度电缆的时频联合雷达谱图。

图11为本发明实施例不同热老化程度电缆的Debye等效电路参数雷达谱图。

图12为不同热老化程度电缆试样的Debye等效电路模型进行支路参数。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本实施例中，所用XLPE电力电缆型号为YJLV22-8.7/10kV-3×95，电缆试样预处理过程如下：首先，截取多根长度为50cm的电缆，去除其外护套及铜屏蔽层，并在电缆两端缆芯1压装铜鼻6以减少尖端放电；其次，将电缆试样两端各剥除15cm外半导电层4露出XLPE绝缘2外表面，并在近外半导电层4侧加装沿面电流屏蔽环3；随后，利用涂有导电胶的薄铜带5缠绕粘连到剩余半导电层4上作为测试电极，并保证铜带5与电缆外半导电层4紧密接触；最后，将电缆试样放入烘箱进行热老化，老化温度为140℃，老化时间分别为108h、216h、324h及432h。经上述处理后的电缆试样如图1所示。

如图2所示，本实施例中所使用的极化-去极化电流测试装置包括高压直流电源7、单刀双掷开关8、保护电阻9、电缆试样10、皮安表11及上位机12，高压直流电源7一端经导线与单刀双掷开关8的触头a连接，另一端经导线与皮安表11连接，皮安表11另一端经导线与电缆试样10的铜带5连接，单刀双掷开关8的闸刀经导线与保护电阻9一端连接，保护电阻9另一端经导线与电缆试样10的缆芯1连接，单刀双掷开关8的触头b、电缆试样10的屏蔽环3均经导线接地，高压直流电源7、单刀双掷开关8和皮安表11均经传输线与上位机12连接，由上位机12对高压直流电源7和单刀双掷开关8进行控制，并实时对皮安表11的数据进行采集。

在上述电缆试样及极化-去极化电流测试回路基础上，参照本发明提供的基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，对电缆试样绝缘状态进行诊断评估，步骤如下：

S1′对不同热老化程度电缆试样进行极化-去极化电流测试，获取其极化电流i_pol及去极化电流i_depol。

利用图2中的极化-去极化电流测试回路对不同热老化程度电缆试样进行极化-去极化电流测试：首先，通过上位机12控制单刀双掷开关8，将闸刀连接至触头a，并通过高压直流电源7向电缆试样10施加4kV直流电压进行极化操作，极化时间t_p为1000s；随后，控制单刀双掷开关8，将闸刀切换至触头b，将试样接地，通过保护电阻9放电，进行去极化操作，去极化时间t_d为1000s。在上述过程中，采用皮安表11分别测量不同热老化程度电缆试样的i_pol及去极化电流i_depol，测量结果分别如图3、图4所示。

S2′依据得到的极化电流和去极化电流，获取不同热老化程度电缆试样电导率σ、单位去极化电量Q_n和介质损耗因数最大值tanδ_maxx。

按照以下公式(1)计算不同热老化程度电缆试样的电导率：

式中，σ为电缆电导率；ε₀为真空介电常数；C₀为电缆电容；U₀为电缆芯子所加电压。不同热老化程度电缆试样电导率σ计算结果如图5所示。

按照以下公式(2)计算不同热老化程度电缆试样单位去极化电量：

式中，Q_n为电缆单位去极化电量；t_d为电缆去极化时间；L为电缆长度；D_c为电缆绝缘层内径；D_i为电缆绝缘层外径。不同热老化程度电缆试样单位去极化电量计算结果如图6所示。

介质损耗因数最大值tanδ_max获取方式包括以下步骤：

(A1)根据电缆去极化电流曲线，获取电缆频域介质响应函数χ(ω)：

首先利用去极化电流i_depol除以C₀U₀，随后对曲线进行傅里叶变换，得到电缆试样的频域介质响应函数χ(ω)，即：

χ(ω)可表示为如下形式：

χ(ω)＝χ′(ω)-jχ″(ω)(5)；

式中，χ′(ω)为待测电缆频域介质响应函数的实部，χ″(ω)为待测电缆频域介质响应函数的虚部。

(A2)按照以下公式(4)计算电缆介质损耗因数tanδ：

式中，ε_∞为待测电缆绝缘介质的光频介电常数。

不同热老化程度电缆试样的介质损耗因数tanδ计算结果如图7所示。由图7获取不同热老化程度电缆试样全频域范围内最大值tanδ_max，结果如图8所示。

S3′采用SVD分解方法对不同热老化程度电缆试样进行Debye等效电路模型支路辨识获取Debye等效电路模型的支路数r、各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j；如图9所示，具体步骤如下：

(B1)将实测采样去极化电流x(k)(k＝1,2…,N)作为采样信号，并将其作为矩阵元素构建Hankel矩阵，如下：

式中，N为数组元素总数，L为小于N-1的任意常数；

(B2)对矩阵X进行如下公式(6)所示的SVD分解，将X分解为3个矩阵，并从中提取出X的奇异值矩阵V：

X＝SVD^T (8)；

式中，S为(N-L)×(N-L)的正交矩阵；D为(L+1)×(L+1)的正交矩阵，D^T表示D的转置矩阵；V为(N-L)×(L+1)的对角阵，其对角元素即为矩阵X的奇异值；

(B3)提取奇异值矩阵V中对角元素，构成奇异值序列[η₁,η₂,…,η_m]，其中η₁>η₂>η₃>…>η_k>…>η_m，若k＝r时，有η_r>2η_r+1，则将电缆试样Debye模型支路数记为r；

(B4)保留奇异值矩阵V的前r列，其余值赋0构成新的奇异值矩阵V'，分别去除矩阵D的最后一行和第一行得到矩阵D₁和D₂，进而利用矩阵S、矩阵V'、矩阵D₁和矩阵D₂重新构建信号矩阵X₁和X₂：

X₁＝SV'D₁ ^T (9)；

X₂＝SV'D₂ ^T (10)；

(B5)利用重新构建的信号矩阵X₁和X₂进一步构建矩阵束X₂-λX₁，矩阵束的广义特征值矩阵可以如下表示：

式中，X₁ ⁺为X₁的伪逆矩阵；

求出矩阵G的特征值，记为λ_i(i＝1,2…，r)；

(B6)已知λ_i和r后，可通过下式求得信号复幅值R_i：

(B7)按照以下公式计算待测电缆Debye等效电路模型中的各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j：

A_j＝|R_j|，

式中，j＝1，2，…，r；

(B8)若待测电缆各支路时间常数出现相同数值，即τ_j＝τ_j+1，则将r减去1，然后重复上述步骤(B4)-(B8)，直至待测电缆各支路时间常数不等，最终得到待测电缆Debye等效电路模型的支路数r、各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j。

对不同热老化程度电缆试样的，按照步骤(B1)-(B8)得到相应电缆试样的Debye等效电路模型进行支路参数，如图12所示。

S4′以电缆电导率σ、单位去极化电量Q_n、介质损耗因数最大值tanδ_max、Debye等效电路模型支路数r作为直角坐标系的+y、+x、-y、-x坐标，构建不同热老化程度电缆的时频联合雷达谱图。

本实施例中，以电缆电导率σ、单位去极化电量Q_n、介质损耗因数最大值tanδ_max、Debye等效电路模型支路数r作为直角坐标系的+y、+x、-y、-x坐标，将电缆试样σ、Q_n、tanδ_max、r的计算结果标注在相应坐标轴上，再将各坐标轴上的标注位置用直线连接起来得到构建的时频联合雷达图谱。不同热老化程度电缆试样的时频联合雷达图谱如图10所示。

S5′将电缆试样的Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j作为雷达坐标，构建不同热老化程度电缆的Debye等效电路参数雷达谱图。

本实施例中，依据加权系数A_j和时间常数τ_j总数量构建6轴坐标系，以各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j作为6轴坐标系的坐标，将电缆试样的Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j标注在相应坐标轴上，再将各坐标轴上的标注位置用直线连接起来得到构建的Debye等效电路参数雷达谱图。不同热老化程度电缆试样的Debye等效电路参数雷达谱图，如图11所示。

S6′对比不同热老化程度电缆的时频联合雷达谱图及Debye等效电路参数雷达谱图，可以发现：

热老化后XLPE电缆的电导率σ、单位去极化电荷量Q_n、介质损耗因数最大值tanδ_max均出现增加，其中Q_n、tanδ_max随电缆热老化进行增加趋势较为明显，而热老化初期电缆，即热老化108h和216h后的电缆，其电导率σ均小于新电缆(即新电缆)。此外，随着热老化的进行，电缆Debye等效电路模型中的支路数r从1增加至3，而每一条支路对应一种能量损耗形式。r越大，证明材料内部能量损耗种类越多，进而证明材料内部出现了新的偶极子极化、夹层界面极化或空间电荷极化，以上新的极化形式能够出现，是因为材料内部出现了新的物质或结构，这是由材料分解引发的。其中第一支路的加权系数A₁持续增加，而第一支路的时间常数τ₁先增加且在216h热老化后减小。在热老化进行到216h后，出现第二支路，第二支路的加权系数A₂和时间常数τ₂随老化时间增加无明显变化。在热老化进行到324h后出现第三支路，第三支路的加权系数A₂和时间常数τ₃随老化时间增加呈现增加的趋势。总体来说，随电缆热老化程度增加，时频联合雷达谱图及Debye等效电路参数雷达谱图中多边形的面积均呈现增加趋势；在热老化重结晶阶段，电导率呈现减小趋势；而在热老化重结晶阶段和热氧老化阶段，时频联合雷达谱图多边形面积变化不明显，但Debye等效电路参数雷达谱图中多边形面积及形态表现出较大差异。从图中多边形面积、形态差异即可对不同热老化程度电缆绝缘状态作出评估。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，其特征在于，包括对待测电缆的绝缘状态进行诊断评估和对待测电缆的绝缘老化程度进行诊断评估；

对待测电缆的绝缘状态进行诊断评估包括：

检测待测电缆的极化电流i_pol和去极化电流i_depol；

依据所述待测电缆的极化电流和去极化电流，获取电缆电导率σ、单位去极化电量Q_n、介质损耗因数最大值tanδ_max；

采用SVD分解方法对所述待测电缆进行Debye等效电路模型支路辨识，获取Debye等效电路模型的支路数r；

构建所述待测电缆的时频联合雷达谱图，以所述电缆电导率σ、单位去极化电量Q_n、介质损耗因数最大值tanδ_max以及Debye等效电路模型支路数r分别作为直角坐标系的+y、+x、-y、-x坐标；所述待测电缆的σ、Q_n、tanδ_max、r的计算结果标注在相应坐标轴上并用线条连接；

对比构建所述待测电缆的时频联合雷达谱图与新电缆的时频联合雷达谱图；

对待测电缆的绝缘老化程度进行诊断评估包括：

对所述待测电缆 进行Debye等效电路模型支路辨识进一步获取Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j；

构建所述待测电缆的Debye等效电路参数雷达谱图，将所述待测电缆的Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j作为2r轴坐标系；将所述待测电缆Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j标注在相应坐标轴上并用线条连接；

对比构建所述待测电缆的Debye等效电路参数雷达谱图与新电缆的Debye 等效电路参数雷达谱图，对所述待测电缆的绝缘老化是否出现新的极化类型进行判别；

具体诊断评估标准如下：

对比所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图，当所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图基本重合时，所述待测电缆绝缘状态良好；

对比所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图，当所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图不重合，且所述待测电缆雷达谱图向“Debye等效电路模型支路数r”坐标延伸时，所述待测电缆绝缘状态基本良好，但其绝缘材料已出现分解；对比所述待测电缆和新电缆的Debye等效电路参数雷达谱图，判断旧电缆新出现的极化类型；

对比所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图，当所述待测电缆和新电缆的时频联合雷达谱图不重合，且所述待测电缆的时频联合雷达谱图向“电导率σ”及“介质损耗因数最大值tanδ_max”坐标双向延伸时，则所述待测电缆已出现绝缘老化，此时对比所述待测电缆和新电缆的Debye等效电路参数雷达谱图，判断旧电缆新出现的极化类型及老化严重程度。

2.根据权利要求1所述的一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，其特征在于，采用极化-去极化电流测试回路对待测电缆进行极化-去极化电流测试，向待测电缆施加电压进行极化，极化时间为t_p，将待测电缆接地极化进行去极化，去极化时间为t_d，在极化过程和去极化过程中，测量待测电缆的极化电流i_pol及去极化电流i_depol。

3.根据权利要求1所述的一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，其特征在于，所述电缆电导率σ按照以下公式计算得到：

式中，σ为电缆电导率；ε₀为真空介电常数；C₀为电缆电容；U₀为电缆芯子所加电压。

4.根据权利要求1所述的一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，其特征在于，所述单位去极化电量Q_n按照以下公式计算得到：

式中，Q_n为电缆单位去极化电量；t_d为电缆去极化时间；L为电缆长度；D_c为电缆绝缘层内径；D_i为电缆绝缘层外径。

5.根据权利要求1所述的一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，其特征在于，所述介质损耗因数最大值tanδ_max按照以下公式计算得到：

根据电缆去极化电流曲线，获取电缆频域介质响应函数x(ω)，x(ω)可表示为如下形式：

χ(ω)＝χ'(ω)-jχ″(ω)；

式中，χ'(ω)为待测电缆频域介质响应函数的实部，χ″(ω)为待测电缆频域介质响应函数的虚部；

按照以下公式计算电缆介质损耗因数tanδ：

式中，ε₀为真空介电常数；ε_∞为待测电缆绝缘介质的光频介电常数；

从待测电缆全频域范围内，提取电缆介质损耗因数tanδ的最大值tanδ_max。

6.根据权利要求1所述的一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，其特征在于，采用SVD分解对待测电缆进行Debye等效电路模型支路辨识的具体如下：

B1、将实测采样去极化电流作为采样信号，并将其作为矩阵元素构建矩阵X；

B2、矩阵X进行分解，将X分解为3个矩阵，S、D和D的转置矩阵DT，并从中提取出X的奇异值矩阵V；

B3、提取奇异值矩阵V中对角元素，将待测电缆Debye模型支路数记为r；

B4、保留奇异值矩阵V的前r列，其余值赋0构成新的奇异值矩阵V'，分别去除矩阵D的最后一行和第一行得到矩阵D₁和D₂，进而利用矩阵S、矩阵V'、矩阵D₁和矩阵D₂重新构建信号矩阵X₁和X₂：

B5、利用重新构建的信号矩阵X₁和X₂进一步构建矩阵G，

B6、根据矩阵G求得信号复幅值R_i：

B7、根据信号复幅值Ri计算待测电缆Debye等效电路模型中的各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j：

B8、若待测电缆各支路时间常数出现相同数值，即τ_j＝τ_j+1，则将r减去1，然后重复上述步骤B4-B8，直至待测电缆各支路时间常数不等，最终得到待测电缆Debye等效电路模型的支路数r、各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于雷达谱图式的可视化电缆绝缘状态诊断评估方法，其特征在于，所述Debye等效电路模型各支路加权系数A_j及各支路时间常数τ_j的获取与采用SVD分解对待测电缆进行Debye等效电路模型支路辨识的方法一样。

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