CN113552455A - 一种电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，该方法包括以下步骤：步骤S1、对露出绝缘层和绝缘屏蔽层的端部采用铜带进行绕包，装入电缆附件；步骤S2、连接电缆导体形成闭合回路；步骤S3、分别将金属护套层、绕包在绝缘屏蔽层的铜带与电压表的相连；步骤S4、通过电压表测量绕包在绝缘屏蔽层的铜带与金属护套层之间的分压电压；步骤S5、将铜带撤除后重新测量得到绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值；步骤S6、重复步骤S1至S5得到多组分压电压数据，拟合分压电压转换模型；步骤S7、根据分压电压转换模型得到实际缓冲层分压电压预测值。本发明定量测量出电力电缆缓冲层的分压电压，避免了因定性分析给缓冲层分压电压评估带来的误差。
Description
技术领域
本发明涉及电缆监测技术领域，尤其涉及一种电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法。
背景技术
近年来，随着城市的发展，高压电力电缆得到了越来越广泛的应用。在电缆工作时，高压电力电缆的缓冲层将承受一定的分压电压，当电力电缆的质量不符合要求时，该分压电压较大，较大的分压电压不仅对电缆的正常运行有影响，还可能导致绝缘屏蔽层与金属护套层之间放电，进而导致缓冲层烧蚀，影响电缆的质量和寿命。
但是现阶段对电力电缆的综合性能评估监测方法中没有能够准确测量电力电缆缓冲层分压电压的方法。在电力电缆运行的综合性能评估时，现有技术一般停留在对电力电缆运行时的电压检测和导体温度测量上，这些测量无法正确反映电力电缆缓冲层的分压情况，无法对电缆缓冲层性能作出评价，也无法对缓冲层故障实现预警。理论上，测量电缆缓冲层分压电压时可以将金属护套层与绝缘屏蔽层等效为电容两极板，缓冲层等效为电容介质，直接测量金属护套层与绝缘屏蔽层两端之间的电压即可得到缓冲层的分压电压。然而，由于绝缘屏蔽层实际为半导电材料，表面电阻较大。因此，虽然该测量方法简单直观，但将绝缘屏蔽层视为理想导电极板直接测量将引入很大的误差。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提出了一种电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，以更准确地测量出电力电缆缓冲层的分压电压。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，包括以下步骤：
步骤S1、将电缆两端头进行处理，对露出绝缘层和绝缘屏蔽层的端部采用铜带进行绕包，然后装入电缆附件，所述电缆附件用于连接电缆与输配电线路，铜带设置在绝缘屏蔽层与半导电缓冲层之间，将金属护套层作为上极板，将敷设在绝缘屏蔽层的铜带作为等效电容的下极板；
步骤S2、连接电缆导体形成闭合回路；
步骤S3、将金属护套层等效为电容负极板，将绕包在绝缘屏蔽层的铜带等效为电容正极板，使用带屏蔽的测量导线分别将它们与电压表的相连；
步骤S4、通过电压表测量绕包在绝缘屏蔽层的铜带与金属护套层之间的分压电压，即电缆在运行时缓冲层的分压电压；
步骤S5、将铜带撤除后重新通过电压表测量绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压，得到绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值；
步骤S6、重复步骤S1至S5得到多组分压电压数据，利用最小二乘法拟合分压电压转换模型，多组分压电压数据中的每组数据包括缓冲层的分压电压、绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值；
步骤S7、将实际绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压测量值代入分压电压转换模型得到实际缓冲层分压电压预测值。
作为优选的技术方案，在步骤S1中，所述电缆附件采用水终端，在进行电缆试验时设置电缆附件以改善电缆内部电场分布。
作为优选的技术方案，所述连接电缆导体形成闭合回路具体为将串联谐振试验系统的高压输出与电缆导体连接形成闭合回路。
作为优选的技术方案，所述连接电缆导体形成闭合回路具体为将穿心式变压器与电缆导体连接形成闭合回路以给电缆导体施加电流。
作为优选的技术方案，在步骤S6中，所述分压电压转换模型具体为：
v1＝f(v0)
式中v1为缓冲层的分压电压，v0为绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值。
作为优选的技术方案，电缆在结构上由内至外依次为导体、尼龙带、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电缓冲层、金属护套层、外护套层以及导电涂层，铜带设置在绝缘屏蔽层与半导电缓冲层之间。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明提出的电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法通过对电缆绝缘屏蔽层、缓冲层、金属护套层进行建模，将绝缘屏蔽层与金属护套层之间的缓冲层等效为无数个并联的电容与电阻，在缓冲层于金属护套层之间绕包铜带以提高电压表的测量精度，使用电压表直接测量金属护套层与绝缘屏蔽层间缓冲层的分压电压；根据敷设铜带前后测得的结果v0、v1，找出函数f使得v1＝f(v0)，在电缆实际运行时，只需测量v0，通过函数即可获得缓冲层实际的分压电压v1，这将有助于实现缓冲层分压电压在实际运行线路中的精确计算。
(2)本发明根据得到的缓冲层分压电压对电缆缓冲层的性能作出评价，进而更为精确地找出缓冲层分压电压大小，通过定量测量出电力电缆缓冲层的分压电压，避免了因定性分析给缓冲层分压电压评估带来的误差；同时缓冲层分压电压的定量测量为描述电缆缓冲层运行状态提供了可靠标准，填补了电缆综合性能评估中缓冲层性能评估的空白；此外本发明测量与实际分压值之间的关系f可以极大地简化缓冲层分压的测量步骤，有助于实现实际运行线路的缓冲层分压电压精确测量。
附图说明
图1为本发明实施例1中电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法的步骤流程图；
图2(a)为常规测试方法在分压电压测量时的接线示意图；
图2(b)为本发明实施例1中电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法在在分压电压测量时的接线示意图；
图3为常规电缆结构示意图；
图4为常规测试时金属护套层与绝缘屏蔽层之间等效电路的示意图；
图5为本发明实施例1中绕包铜带后电缆的轴向剖面示意图；
图6为本发明实施例1中绕包铜带后电缆测量时的接线示意图；
其中，1-导体，2-尼龙带，3-导体屏蔽层，4-绝缘层，5-绝缘屏蔽层，6-半导电缓冲层，7-金属护套层，8-外护套层，9-导电涂层，10-铜带。
具体实施方式
在本公开的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在该词前面的元素或者物件涵盖出现在该词后面列举的元素或者物件及其等同，而不排除其他元素或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，否则术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1、将电缆两端头进行处理，对露出绝缘层和绝缘屏蔽层的端部采用铜带进行绕包，然后装入电缆附件，铜带设置在绝缘屏蔽层与半导电缓冲层之间。实际应用时，电缆附件用于连接电缆与输配电线路，电缆附件具体采用水终端，在进行电缆试验时设置电缆附件以改善电缆内部电场分布。
步骤S2、连接电缆导体形成闭合回路，具体地，将串联谐振试验系统的高压输出与电缆导体连接形成闭合回路，或者将穿心式变压器与电缆导体连接形成闭合回路以给电缆导体施加电流。
步骤S3、将金属护套层等效为电容负极板，将绕包在绝缘屏蔽层的铜带等效为电容正极板，使用带屏蔽的测量导线分别将它们与电压表的相连；
步骤S4、通过控制台控制串联谐振试验系统，对电缆施加电压，使得绕包在绝缘屏蔽层的铜带和金属护套层之间产生分压电压，通过电压表直接测出绕包在绝缘屏蔽层的铜带与金属护套层之间的分压电压，即电缆在运行时缓冲层的分压电压；
步骤S5、将铜带撤除后重新通过电压表直接测出绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压，得到绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值；
步骤S6、重复步骤S1至S5，得到多组分压电压数据，利用最小二乘法拟合分压电压转换模型；
其中，分压电压转换模型具体为：
v1＝f(v0)
式中v1为缓冲层的分压电压，v0为绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值；
多组分压电压数据中的每组数据包括缓冲层的分压电压、绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值；
步骤S7、将实际绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压测量值代入分压电压转换模型得到实际缓冲层分压电压预测值。
从而在实际线路运行中，测量绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压v0，通过函数关系即可获得缓冲层实际分压电压v1，而不需在电缆中敷设铜带。
相关测量原理：
如图2(a)所示，现有技术中常规测试方法为：直接将金属护套层作为上极板，将绝缘屏蔽层作为等效电容的下极板，进而进行的分压电压测量，由于绝缘屏蔽层并非理想导电极板，测得的分压电压将有很大的误差；
如图2(b)所示，本实施例对现有技术的测量方法进行改进：通过在绝缘屏蔽层与缓冲层之间敷设可以视为理想导体的铜带，将金属护套层作为上极板，将敷设在绝缘屏蔽层的铜带作为等效电容的下极板，进而实现电缆缓冲层分压电压的精确测量。
进一步的，考虑到系统实际运行中的高压电力电缆没有敷设铜带，对这些电缆的缓冲层分压电压测试只能以图2(a)实现。基于大量的测量数据，可以找出敷设铜带进行测量时的准确测量值v0与未敷设时的不准确测量值v1之间的数学模型，即分压电压转换模型，该模型具体表示为：
v0＝f(v1)
根据该分压电压转换模型，可以将不准确测量值换算为精确值，简化测量过程，实现系统中在运电力电缆缓冲层分压电压的准确计算。
如图3所示，在常规电缆结构中，电缆由内至外依次为：导体、尼龙带、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电缓冲层、金属护套层、外护套层以及导电涂层。
由于各层的导电能力不同，在电缆运行时，电缆各层中将根据电阻率的不同而产生不同大小的分压电压。一般地，电缆的绝缘屏蔽层和金属护套层的电阻率很小，可以等效为电容的两个良导体电极，其分压电压可以忽略不计。
缓冲层位于绝缘屏蔽层与金属护套层之间，其导电能力相对较弱，可以等效为较大的电阻。
缓冲层与铝护套间还存在空气间隙，在波峰处空气间隙的厚度较大，该空气间隙为绝缘介质，因此铝护套与缓冲层之间还应存在电容结构。
因此，绝缘屏蔽层与铝护套之间可以形成如图4所示等效电路，在波谷处缓冲层与金属护套层接触，在接触较不紧密处才存在空气隙，因此可以视为电阻与电容并联结构；在波峰处金属护套层与绝缘屏蔽层之间为缓冲层-空气隙串联结构，因此可等效为电阻与电容串联结构，由于金属护套层为良导体，因此在单个波峰与波谷之间的微元长度上可近似视为理想导线。在波谷处，缓冲层分压电压即金属护套层与绝缘屏蔽层之间的电压差，该电压差可以直接使用电压表测量。
绝缘屏蔽层为半导电材料，并非绝对理想的导体。因此，若直接测量绝缘屏蔽层与金属护套层之间的电压将会产生较大的误差。在测量过程中，若在绝缘屏蔽层表面绕包一层铜带，由于铜带可以视为良导体，可以满足模型中对电容极板的要求，该方法所测得的分压电压更加精确。绕包铜带后电缆的轴向剖面具体如图5所示，其中铜带设置在绝缘屏蔽层与半导电缓冲层之间。
如图6所示，为步骤S3中，使用带屏蔽的测量导线分别将金属护套层、绕包在绝缘屏蔽层的铜带与电压表的相连的具体接线示意图；
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将电缆两端头进行处理，对露出绝缘层和绝缘屏蔽层的端部采用铜带进行绕包，然后装入电缆附件，所述电缆附件用于连接电缆与输配电线路，铜带设置在绝缘屏蔽层与半导电缓冲层之间，将金属护套层作为上极板，将敷设在绝缘屏蔽层的铜带作为等效电容的下极板；
步骤S2、连接电缆导体形成闭合回路；
步骤S3、将金属护套层等效为电容负极板，将绕包在绝缘屏蔽层的铜带等效为电容正极板，使用带屏蔽的测量导线分别将它们与电压表的相连；
步骤S4、通过电压表测量绕包在绝缘屏蔽层的铜带与金属护套层之间的分压电压，即电缆在运行时缓冲层的分压电压；
步骤S5、将铜带撤除后重新通过电压表测量绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压，得到绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值；
步骤S6、重复步骤S1至S5得到多组分压电压数据，利用最小二乘法拟合分压电压转换模型，多组分压电压数据中的每组数据包括缓冲层的分压电压、绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值；
步骤S7、将实际绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压测量值代入分压电压转换模型得到实际缓冲层分压电压预测值。
2.根据权利要求1所述的电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，其特征在于，在步骤S1中，所述电缆附件采用水终端，在进行电缆试验时设置电缆附件以改善电缆内部电场分布。
3.根据权利要求1或2所述的电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，其特征在于，所述连接电缆导体形成闭合回路具体为将串联谐振试验系统的高压输出与电缆导体连接形成闭合回路。
4.根据权利要求1或2所述的电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，其特征在于，所述连接电缆导体形成闭合回路具体为将穿心式变压器与电缆导体连接形成闭合回路以给电缆导体施加电流。
5.根据权利要求1所述的电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，其特征在于，在步骤S6中，所述分压电压转换模型具体为：
v1＝f(v0)
式中v1为缓冲层的分压电压，v0为绝缘屏蔽层与金属护套层之间的分压电压值。
6.根据权利要求1所述的电力电缆缓冲层分压电压的在线测试方法，其特征在于，电缆在结构上由内至外依次为导体、尼龙带、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电缓冲层、金属护套层、外护套层以及导电涂层，铜带设置在绝缘屏蔽层与半导电缓冲层之间。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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