CN115508418B - 电缆缓冲层的缺陷检测方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆缓冲层的缺陷检测方法、装置和设备，通过在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压，测量得到电流有效值，从而根据测量电压及其角频率、电流有效值计算缓冲层电阻，在此过程中无需对电缆附件进行拆除也能计算得到缓冲层电阻，避免拆卸再安装电缆附件的过程会产生附件安装质量不良的隐患，能针对已经完成安装的电缆进行缓冲层缺陷检测，无需对电缆附件进行拆卸也能准确评价缺陷。另外，根据待测电缆的规格参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积，从而根据形变体积计算缓冲层的体积电阻率，进而根据这一体积电阻率评价缓冲层是否发生缺陷，在计算体积电阻率时考虑了缓冲层受压产生的形变，减少计算体积电阻率的误差。

Description

电缆缓冲层的缺陷检测方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种电缆缓冲层的缺陷检测方法、装置和设备。

背景技术

近年来，高压电力电缆缓冲层烧蚀引发的故障数量逐渐增多，缓冲层烧蚀隐患已成为威胁电网安全的重要隐患之一。缓冲层的烧蚀隐患主要有局部放电烧蚀、电流致热烧蚀以及电化学烧蚀等这几种情况，这些隐患情况均是由于缓冲层受潮后体积电阻率严重增大引起的，体积电阻率增大导致绝缘屏蔽与金属护套无法形成良好的电气连接，从而引发故障。因此通过计算缓冲层的体积电阻率可以直接反映电缆的是否存在烧蚀缺陷。

现有技术中针对高压电力电缆缓冲层缺陷检测需要在绝缘屏蔽层与皱纹金属套之间施加直流电压用于测量电气参数，对于已经完成安装敷设的电缆段，其两端均已经安装于电缆附件之中，检测时需要将电缆附件进行拆卸，才能在绝缘屏蔽层与皱纹金属套之间施加直流电压，而检测完毕后再安装回去，拆卸再安装的这一过程有可能会产生附件安装质量不良的隐患，从而为电力系统带来新的问题。另外，现有的电缆缓冲层缺陷检测未考虑皱纹金属套与缓冲层接触时缓冲层产生的形变对体积电阻率的影响，导致计算得到的体积电阻率有误差。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种电缆缓冲层的缺陷检测方法、装置和设备，能针对已经完成安装的电缆进行缓冲层缺陷检测，无需对电缆附件进行拆卸也能准确评价这一电缆的缓冲层是否发生是否存在烧蚀缺陷，且在计算体积电阻率时考虑了缓冲层受压产生的形变，减少计算体积电阻率的误差。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种电缆缓冲层的缺陷检测方法，包括：

在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压；其中，所述电源接入点为所述待测电缆所在的电缆线路与电气设备的连接点，所述待测电缆为所述电缆线路中的其中一段线路；

获取在施加了所述测量电压后测量得到的所述待测电缆的电流有效值；

根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻；

根据所述待测电缆的半径参数和厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积；

根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率；

当所述体积电阻率大于预设的评价参数时，判定所述缓冲层存在缺陷；当所述体积电阻率小于或等于所述评价参数时，判定所述缓冲层不存在缺陷。

作为上述方案的改进，当所述电缆线路的终端位于封闭式组合电器内时，所述电气设备为接地刀闸，所述电源接入点为所述接地刀闸与所述电缆线路的连接点；当所述电缆线路的终端位于户外塔上时，所述电气设备为户外终端，所述电源接入点为所述户外终端与所述电缆线路的连接点。

作为上述方案的改进，所述电流有效值包括第一电流有效值和第二电流有效值；其中，

所述第一电流有效值为：在所述测量电压固定及其角频率为初始角频率的情况下，对所述待测电缆进行若干次的电流测量得到的；

所述第二电流有效值为：在所述测量电压固定且施加不同所述角频率的情况下，分别对所述待测电缆进行电流测量得到的。

作为上述方案的改进，所述根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻，满足以下公式：

；

其中， R _H 为所述缓冲层电阻； n为皱纹数量，或， d _cable 为所述待测电缆的长度参数， d _len 为皱纹节距平均值； U为所述测量电压， w ₀ 为所述初始角频率； I _si 为在角频率为 w ₀ 时测量的第 i个第一电流有效值， i=1,2,3,…, m； m为的 i取值上限； w _j 为在所述测量电压固定时施加的第 j个角频率， j=1，2，3，… q； q为的 j取值上限； I _rj 为在角频率为 w _j 时测量的第二电流有效值。

作为上述方案的改进，所述半径参数包括：皱纹护套内侧半径、含缓冲层的电缆外侧半径、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径，所述厚度参数为所述缓冲层的最薄点厚度；则，所述根据所述待测电缆的半径参数和厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积，包括：

获取所述皱纹护套与所述缓冲层的接触曲面在预设的柱坐标系下的插值函数表达式；

根据所述皱纹护套内侧半径、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述缓冲层的最薄点厚度计算所述皱纹护套的圆心与电缆线芯的圆心的圆心距离；

计算所述缓冲层的最薄点厚度、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径的和，得到半径参数和；

将所述半径参数和与预设的半径阈值作比较，以根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；

根据所述接触角度、所述插值函数表达式、所述皱纹护套内侧半径、所述含缓冲层的电缆外侧半径和所述圆心距离计算单个皱纹节距内的缓冲层在发生形变时的形变体积。

作为上述方案的改进，所述根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度，包括：

当所述比较结果为所述半径参数和小于或等于所述半径阈值时，根据所述圆心距离、所述皱纹护套内侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径计算所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；

当所述比较结果为所述半径参数和大于所述半径阈值时，所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度为π。

作为上述方案的改进，所述根据所述接触角度、所述插值函数表达式、所述皱纹护套内侧半径、所述含缓冲层的电缆外侧半径和所述圆心距离计算单个皱纹节距内的缓冲层在发生形变时的形变体积，满足以下公式：

；

其中， Vc为所述形变体积；为所述接触角度；为皱纹护套与所述缓冲层的接触表面的任意一点的极坐标； d _OA 为所述皱纹护套内侧半径； d _O’C 为所述含缓冲层的电缆外侧半径； d _OO’ 为所述圆心距离；为所述插值函数表达式，。

作为上述方案的改进，所述根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率，满足以下公式：

；

其中，为所述缓冲层的体积电阻率； d _len 为所述皱纹节距平均值； d _O’B 为所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径； R _H 为所述缓冲层电阻； Vc为所述形变体积。

为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电缆缓冲层的缺陷检测装置，包括：

电流有效值获取模块，用于在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压，并获取在施加了所述测量电压后测量得到的所述待测电缆的电流有效值；其中，所述电源接入点为所述待测电缆所在的电缆线路与电气设备的连接点，所述待测电缆为所述电缆线路中的其中一段线路；

缓冲层电阻计算模块，用于根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻；

形变体积计算模块，用于根据所述待测电缆的半径参数和厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积；

体积电阻率计算模块，用于根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率；

缺陷评价模块，用于当所述体积电阻率大于预设的评价参数时，判定所述缓冲层存在缺陷；当所述体积电阻率小于或等于所述评价参数时，判定所述缓冲层不存在缺陷。

为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电缆缓冲层的缺陷检测设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法。

相比于现有技术，本发明公开了的电缆缓冲层的缺陷检测方法、装置和设备，通过在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压，测量得到电流有效值，从而根据测量电压及其角频率、电流有效值计算缓冲层电阻，在此过程中无需对电缆附件进行拆除也能计算得到缓冲层电阻，避免拆卸再安装电缆附件的过程会产生附件安装质量不良的隐患，能针对已经完成安装的电缆进行缓冲层缺陷检测，无需对电缆附件进行拆卸也能准确评价缺陷。另外，根据待测电缆的规格参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积，从而根据形变体积计算缓冲层的体积电阻率，进而根据这一体积电阻率评价缓冲层是否发生缺陷，在计算体积电阻率时考虑了缓冲层受压产生的形变，减少计算体积电阻率的误差。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电缆缓冲层的缺陷检测方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的电缆的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的缓冲层电阻的等效电路图；

图4是本发明实施例提供的电缆上方皱纹护套与缓冲层之间未接触时的示意图；

图5是本发明实施例提供的皱纹护套与缓冲层接触面在平面的截面图；

图6是本发明实施例提供的电缆上方皱纹护套与缓冲层之间存在接触时的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电缆缓冲层的缺陷检测装置的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种电缆缓冲层的缺陷检测设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

值得说明的是，在本发明实施例中，由于缓冲带的半导电特性来源于其中添加的碳粉，而碳粉的集肤效应很小可以忽略，故缓冲带交流体积电阻率与直流体积电阻率的差异可以忽略。由于缓冲带的半导电特性来源于其中添加的碳粉，而碳粉的集肤效应很小可以忽略，故缓冲带与皱纹铝套接触部分的集肤效应可以忽略。另外，敷设完毕的电缆中的缓冲层在重力作用下发生的均为弹性形变。假定每个皱纹节距内缓冲层受压发生弹性形变的体积是近似相同的，假定皱纹的倾斜角度对缓冲层形变体积的影响可以忽略，此时缓冲层在重力作用下受到皱纹金属套挤压发生弹性形变的体积可分解为各个皱纹节距内，缓冲层受到皱纹金属套挤压发生弹性形变体积之和。则缓冲层体积电阻率可由单个皱纹节距内缓冲层的电阻以及相应的形变状态计算得出。为了计入电缆在实际敷设状态下由于水平位置变化、敷设弯曲程度以及垂直敷设部分等因素对缓冲层受压状态的影响，本发明将计算得到缓冲层体积电阻率，用于进行缓冲层是否存在缺陷的判断，当该缓冲层体积电阻率满足缺陷判断标准（如大于设定的评价参数）时，认为可能由于实际敷设状态、测量误差等影响造成可能存在缺陷的结论。

参见图1，图1是本发明实施例提供的一种电缆缓冲层的缺陷检测方法的流程图，所述电缆缓冲层的缺陷检测方法包括：

S1、在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压；

S2、获取在施加了所述测量电压后测量得到的所述待测电缆的电流有效值；

S3、根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻；

S4、根据所述待测电缆的半径参数和厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积；

S5、根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率；

S6、当所述体积电阻率大于预设的评价参数时，判定所述缓冲层存在缺陷；当所述体积电阻率小于或等于所述评价参数时，判定所述缓冲层不存在缺陷。

具体地，在步骤S1中，当所述电缆线路的终端位于封闭式组合电器内时，所述电气设备为接地刀闸，所述电源接入点为所述接地刀闸与所述电缆线路的连接点；当所述电缆线路的终端位于户外塔上时，所述电气设备为户外终端，所述电源接入点为所述户外终端与所述电缆线路的连接点。

示例性的，参见图2，本发明实施例所述的电缆包括电芯（导体）10、导体屏蔽层20、绝缘层30、绝缘屏蔽层40、缓冲层50和皱纹护套60，本发明实施例所述的待测电缆为已经安装好的电缆线路。对于安装完成的电缆线路，若电缆线路终端位于封闭式组合电器内，则在电缆停电之后，将电缆线路接入接地刀闸线路，打开接地刀闸，则该相接地刀闸上口与电缆相连的位置为电源接入点；若电缆终端位于户外塔上，则在电缆停电之后，对户外终端进行放电，该相户外终端上口与架空输电线路连接位置为电源接入点。对该相电缆线路中所要检测的电缆段，将该段电缆两侧的皱纹金属套直接接地、保护接地或交叉互联接地均打开，然后仅保留一侧直接接地，另一侧不接地。

具体地，在步骤S2中，所述电流有效值包括第一电流有效值和第二电流有效值；其中，所述第一电流有效值为：在所述测量电压固定及其角频率为初始角频率的情况下，对所述待测电缆进行若干次的电流测量得到的；所述第二电流有效值为：在所述测量电压固定且施加不同所述角频率的情况下，分别对所述待测电缆进行电流测量得到的。

示例性的，在电缆线路一侧电源接入点位置与地电位之间施加测量电压为 U、初始角频率为 w ₀ 的高频交流正弦波电压，在所述待测电缆的皱纹金属套直接接地位置并联电流互感器或串联高频电流表，多次测量得到第一电流有效值 I _si ， i=1,2,3,…, m， m为的 i取值上限， m为一常数，其取值由用户决定。在单个皱纹节距内，电流经过绝缘电容及缓冲层电阻 R _H 到达皱纹金属套汇总，其等效电路图如图3所示。然后，保持测量电压为 U不变，在电源接入点位置与地电位之间施加角频率为 w _j ， j=1，2，3，… q，的高频交流正弦波电压，则可分别测量出第二电流有效值为 I _rj ， j=1，2，3，… q， q为的 j取值上限， q为一常数，其的取值由用户决定。

示例性的，对 I _si ， i=1,2,3,…, m，取算术平均值作为测量电流有效值，可以列写电路方程如下所示：

（1）；

其中，C为单个皱纹节距的电缆绝缘径向电容值， n为皱纹数量，或。

经由 U， Irj， wj，可以列写电路方程如下所示：

（2）；

将上述方程（1）和（2）联立可得缓冲层电阻 R _H 的 q个估计值，满足以下公式：

（3）；

求解上述方程组可得：

（4）；

根据以下式计算缓冲层电阻 R _H ，取算术平均值能够降低测量过程中的误差，提升准确度：

（5）；

具体地，在步骤S3中，所述根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻，即将公式（4）和（5）联立，缓冲层电阻 R _H 满足以下公式：

（6）；

其中， R _H 为所述缓冲层电阻； n为皱纹数量，或， d _cable 为所述待测电缆的长度参数， d _len 为皱纹节距平均值； U为所述测量电压， w ₀ 为所述初始角频率； I _si 为在角频率为 w ₀ 时测量的第 i个第一电流有效值， i=1,2,3,…, m； w _j 为在所述测量电压固定时施加的第 j个角频率， j=1，2，3，… q； I _rj 为在角频率为 w _j 时测量的第二电流有效值。

具体地，在步骤S4中，根据该段电缆出厂试验报告或同型号同批次电缆实测结果，整理得到所述半径参数和所述厚度参数。所述半径参数包括：皱纹护套内侧半径 d _OA 、含缓冲层的电缆外侧半径 d _O’C 、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径 d _O’B ，所述厚度参数为所述缓冲层的最薄点厚度 d _BB’ ；则，所述根据所述待测电缆的半径参数和所述厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积，包括：

S41、获取所述皱纹护套与所述缓冲层的接触曲面在预设的柱坐标系下的插值函数表达式；

S42、根据所述皱纹护套内侧半径、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述缓冲层的最薄点厚度计算所述皱纹护套的圆心与电缆线芯的圆心的圆心距离；

S43、计算所述缓冲层的最薄点厚度、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径的和，得到半径参数和；

S44、将所述半径参数和与预设的半径阈值作比较，以根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；

S45、根据所述接触角度、所述插值函数表达式、所述皱纹护套内侧半径、所述含缓冲层的电缆外侧半径和所述圆心距离计算单个皱纹节距内的缓冲层在发生形变时的形变体积。

具体地，在步骤S41中，考虑到实际皱纹护套与缓冲层接触面为一个空间曲面，在电缆径向平面内，以皱纹护套圆心位置 O为原点，如图4所示可建立平面极坐标。 O’为电缆线芯的圆心位置，缓冲层与皱纹护套接触的临界点记为 A和 A’。如图4所示，在平面坐标基础上，以电缆轴向方向为 Z方向可建立三维坐标系，此时构建的是柱坐标系，因此为所述皱纹护套与所述缓冲层的接触表面的任意一点的极坐标，图中虚线部分即为缓冲层与皱纹护套接触面示意。记 V _C 为缓冲层受压发生弹性形变部分的体积。 V _C 与皱纹护套内侧曲面函数紧密相关，记其为，一般而言，的解析表达式难以得到。但是通过曲面的一个连续可微近似函数可以近似计算相应的体积。由于皱纹护套内侧曲面在 z = 0平面上的投影以= 0方向的直线对称，且单个皱纹节距内的内侧曲面以 z = 0平面对称，故计算 V _C 的值只需要在区间完成体积计算乘以4倍即可。

如图4所示，记为接触曲面在 z = 0平面上的投影，对于任意点，记其坐标为。参见图5，在 z = 0平面上，从原点 O向点 P做射线，与绝缘屏蔽层外侧交点记为 B；与缓冲层外侧交点记为 C；与皱纹护套内侧交点记为 D；单个皱纹节距内皱纹护套与缓冲层接触的临界位置分别为 E、 F两点；皱纹护套内侧直径最大点在射线方向上的投影为 K点。在电缆轴向方向上，通过对皱纹曲线 EDF进行近似，可得到皱纹护套与缓冲层接触曲面的一个近似曲面， d _dep 为皱纹深度。则采用柱坐标系三重积分对 V _C 进行计算可得：

（7）；

其中， d _OD 为皱纹护套内侧最小半径； d _O’C 为含缓冲层的电缆外侧半径； d _OC 为原点 O到 C点的距离；为 A点处的角度。

在被积函数方面，可应用多项式插值、三角插值等方法对皱纹护套内侧曲线 DE进行近似。在确定插值方法之后，可以确定插值基点，对现场电缆或供应商提供同型号同批次电缆在不同皱纹内的插值基点多点实测，取平均值之后可得到插值数据点的坐标， k = 1, … ,  r， r为所选定插值方法所需插值数据点的个数。由此得到近似曲面在区间内的插值函数表达式为。示例性的，可以是使用三次多项式插值方法，该方法需要4个插值数据点，则所述插值函数表达式为：

（8）；

其中，、、、为多项式系数。

具体地，在步骤S42中，根据所述皱纹护套内侧半径 d _OA 、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径 d _O’B 和所述缓冲层的最薄点厚度 d _BB’ 计算所述皱纹护套的圆心与电缆线芯的圆心的圆心距离 d _OO’ 。

在积分上下限方面，易知，在= 0方向上， BD两点之间距离有最小值，为缓冲层在重力作用下被挤压最薄点厚度，记为 d _BB’ 。可以发现有：满足以下公式：。

具体地，在步骤S43中，计算所述缓冲层的最薄点厚度、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径的和，得到半径参数和 Dd，满足公式：

。

具体地，在步骤S44中，将所述半径参数和 Dd与预设的半径阈值作比较，以根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；其中，所述半径阈值为所述皱纹护套内侧半径的倍数，所述半径阈值为2 d _OA 。

具体地，所述根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度，包括：

当所述比较结果为所述半径参数和 Dd小于或等于所述半径阈值2 d _OA 时，根据所述圆心距离、所述皱纹护套内侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径计算所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；

当所述比较结果为所述半径参数和 Dd大于所述半径阈值2 d _OA 时，所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度为π。

示例性的，根据余弦定理可以发现：

（9）；

由于 d _OC > 0，经过推导可得：

（10）；

显然上式在区间均成立。记 d _OA 为皱纹护套内侧半径，显然有 d _OD  = d _OA 。可以发现，当电缆上方皱纹护套与缓冲层之间未接触的情况下，即 Dd≤2 d _OA 时，在皱纹护套与缓冲层接触临界点A处有：

（11）；

显然，如图6所示，当电缆上方皱纹护套与缓冲层之间存在接触的情况下，即 Dd>2 d _OA 时，有。

具体地，在步骤S45中，根据所述接触角度、所述插值函数表达式、所述皱纹护套内侧半径、所述含缓冲层的电缆外侧半径和所述圆心距离计算单个皱纹节距内的缓冲层在发生形变时的形变体积，满足以下公式：

（12）；

其中， Vc为所述形变体积；为所述接触角度；为皱纹护套与所述缓冲层的接触表面的任意一点的极坐标； d _OA 为所述皱纹护套内侧半径； d _O’C 为所述含缓冲层的电缆外侧半径； d _OO’ 为所述圆心距离；为所述插值函数表达式，。

具体地，在步骤S5中，缓冲层的目的是实现绝缘屏蔽层与皱纹金属套之间良好的电气连接。由平板电极下体积电阻率的定义可知，保持介质总体积不变，则介质表面积越大，则电阻越小，厚度越大，则电阻越大。由此可知，保持介质总体积不变，则介质表面积越小厚度越大则电阻越大，故当测量电阻值固定，且介质总体积不变时，介质表面积越大，厚度均匀且越小，则对应的体积电阻率越大。由于绝缘屏蔽层表面表面积固定，因此，当缓冲层均匀绕包在绝缘屏蔽表面且在缓冲层外表面紧密贴合筒状电极时，计算得到的体积电阻率最大。当缓冲层在径向各方向均发生同等形变时，缓冲层形变体积与 V _C 相等，记此时绕包缓冲层的等效半径为 d _asu 。则有下式：

（13）；

记单个皱纹节距内缓冲层电阻为 R _H ，则由筒状电极计算公式可得此时缓冲层体积电阻率为：

（14）；

所述缓冲层的体积电阻率满足以下公式：

（15）；

其中，为所述缓冲层的体积电阻率； d _len 为所述皱纹节距平均值； d _O’B 为所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径； R _H 为所述缓冲层电阻； Vc为所述形变体积。

代入 R _H 后，得到：

  （16）。

具体地，在步骤S6中，若小于或等于技术规范或标准中的要求，则认为缓冲层不存在缺陷，否则判定缓冲层存在缺陷，此时可进一步建议用户进行取样检测来再次确认是否存在缺陷，至此高压电力电缆缓冲层缺陷现场快速检测方法运行完毕。

示例性的，目前JB/T 10259-2014对缓冲层体积电阻率的要求是小于等于1000Ω·m。即所述评价参数为1000Ω·m，若小于或等于1000Ω·m，判断电缆段不存在缺陷；若大于1000Ω·m，则判断电缆段存在缺陷。

采用本发明实施例，能够对完成安装的电缆的缓冲层缺陷情况进行快速检测。与现有技术不同，本发明无需对缓冲层进行取样，甚至无需将电缆本体从电缆终端及电缆接头拆除，从而不会为已投运电缆新增由于重新安装附件可能产生的工艺缺陷，因此该方法在现场适用性更强。此外，该方法计入了皱纹金属套与缓冲层接触的影响，并考虑了一定的裕度，使得评价结果偏向保守，不易产生无缺陷电缆被误判为存在缺陷的情况，对于指导现场电缆检修提供的参考性更强。

为进一步阐述本文的技术手段所取得的效果，下面结合附图及具体实例，对本发明的技术方案进行清楚和完整的描述：

对某段220kV高压电力电缆应用缓冲层缺陷现场快速检测方法，步骤如下所示：

第1步：对于安装完成的电缆线路，若电缆线路终端位于封闭式组合电器内，则在电缆停电之后，将电缆线路接入接地刀闸线路，打开接地刀闸，则该相接地刀闸上口与电缆相连的位置为电源接入点；若电缆终端位于户外塔上，则在电缆停电之后，对户外终端进行放电，该相户外终端上口与架空输电线路连接位置为电源接入点，进入第2步。

第2步：对该相电缆线路中所要检测的电缆段，将该段电缆两侧皱纹金属套直接接地、保护接地或交叉互联接地打开，仅保留一侧直接接地，进入第3步。

第3步：在电缆线路一侧电源接入点位置与地电位之间施加有效值为 U，角频率为 w ₀ 的高频交流正弦波电压，在所要检测的电缆段的皱纹金属套直接接地位置并联电流互感器或串联高频电流表，多次测量得到电流有效值 I _si ， i=1,2,3,…, m。在单个皱纹节距内，电流经过绝缘电容及缓冲层电阻到达皱纹金属套汇总。进入第4步。

第4步：保持有效值为 U不变，在电源接入点位置与地电位之间施加角频率为 w _j ， j=1，2，3，… q，的高频交流正弦波电压，则可分别测量出电流有效值为 I _rj ， j=1，2，3，… q，进入第5步。

第5步：根据公式（6）计算缓冲层电阻 R _H 。

进入第6步。

以上步骤结果可以总结为：

已知量：m=2，q=2。测量电压及其角频率的参数如表1所示。

表1 测量电压及其角频率的参数

测量得到的第一电流有效值和第二电流有效值的参数如表2所示。

表2 第一电流有效值和第二电流有效值的参数

可以计算得出 R _H =12.1392Ω。

第6步，确定所选择的插值方法为三次多项式插值方法。确定所选择的数值积分方法为龙贝格积分方法。进入第7步。

第7步，根据该段电缆出厂试验报告或同型号同批次电缆实测结果，整理得到以下数据：电缆长度 d _cable 标称值，皱纹护套内侧半径 d _OA 标称值，含缓冲层的电缆外侧半径 d _O’C 标称值，含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径 d _O’B 标称值，皱纹节距平均值 d _len 标称值，皱纹深度 d _dep 标称值，缓冲层最薄点厚度 d _BB’ 。进入第8步。

经过前两步，整理后电缆段输入数据如下表3所示：

表3 电缆规格参数

第8步，样例确定使用三次多项式插值方法，该方法需要4个插值数据点。在区间上平均分布得到插值基点， k = 1, … , 4。进入第9步。

第9步，对全部 k = 1, … , 4，在所关注电缆或供应商提供同型号同批次电缆上，在不同皱纹内插值基点位置处多点测量皱纹内侧 Z方向坐标，取平均值后可得到插值数据点的坐标。进入第10步。

测量后得到插值数据点坐标如下表4所示：

表4 插值数据点坐标

插值数据点	插值点1	插值点2	插值点3	插值点4
					在运甲段	(0.0608,0,0)	(0.0628,0,0.0060)	(0.0648,0,0.0090)	(0.0668,0,0.0150)

第10步，依据插值数据点，进行插值计算，得到插值函数表达式，进入第11步。

三次多项式插值计算结果如下表5所示：

表5 三次多项式插值参数

第11步，计算两圆心间距离 d _OO’ 。进入第12步。

第12步，判断 Dd≤2 d _OA 是否成立。若成立，则电缆上方皱纹护套与缓冲层未接触，根据所述圆心距离、所述皱纹护套内侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径计算所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；若不成立，则电缆上方皱纹护套与缓冲层有效接触，。进入第13步。

上述计算结果整理如下表6：

表6 的计算结果

第13步，对下述单个皱纹节距内的缓冲层受压形变体积二重积分进行化简，之后应用数值积分方法，根据公式（12）计算得到 V _C =1.6991×10^-6m³。进入第14步。

第14步，根据公式（16）计算缓冲层体积电阻率为885.9303Ω·m。经过计算可得=885.9303Ω·m小于1000Ω·m，判断电缆段不存在缺陷，至此高压电力电缆缓冲层缺陷现场快速检测方法运行完毕。

相比于现有技术，本发明公开了的电缆缓冲层的缺陷检测方法，通过在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压，测量得到电流有效值，从而根据测量电压及其角频率、电流有效值计算缓冲层电阻，在此过程中无需对电缆附件进行拆除也能计算得到缓冲层电阻，避免拆卸再安装电缆附件的过程会产生附件安装质量不良的隐患，能针对已经完成安装的电缆进行缓冲层缺陷检测，无需对电缆附件进行拆卸也能准确评价缺陷。另外，根据待测电缆的规格参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积，从而根据形变体积计算缓冲层的体积电阻率，进而根据这一体积电阻率评价缓冲层是否发生缺陷，在计算体积电阻率时考虑了缓冲层受压产生的形变，减少计算体积电阻率的误差。

图7是本发明实施例提供的一种电缆缓冲层的缺陷检测装置100的结构示意图，所述电缆缓冲层的缺陷检测装置100包括：

电流有效值获取模块11，用于在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压，并获取在施加了所述测量电压后测量得到的所述待测电缆的电流有效值；其中，所述电源接入点为所述待测电缆所在的电缆线路与电气设备的连接点，所述待测电缆为所述电缆线路中的其中一段线路；

缓冲层电阻计算模块12，用于根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻；

形变体积计算模块13，用于根据所述待测电缆的半径参数和厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积；

体积电阻率计算模块14，用于根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率；

缺陷评价模块15，用于当所述体积电阻率大于预设的评价参数时，判定所述缓冲层存在缺陷；当所述体积电阻率小于或等于所述评价参数时，判定所述缓冲层不存在缺陷。

具体地，当所述电缆线路的终端位于封闭式组合电器内时，所述电气设备为接地刀闸，所述电源接入点为所述接地刀闸与所述电缆线路的连接点；当所述电缆线路的终端位于户外塔上时，所述电气设备为户外终端，所述电源接入点为所述户外终端与所述电缆线路的连接点。

具体地，所述电流有效值包括第一电流有效值和第二电流有效值；其中，

所述第一电流有效值为：在所述测量电压固定及其角频率为初始角频率的情况下，对所述待测电缆进行若干次的电流测量得到的；

所述第二电流有效值为：在所述测量电压固定且施加不同所述角频率的情况下，分别对所述待测电缆进行电流测量得到的。

具体地，所述缓冲层电阻计算模块12用于根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻，满足以下公式：

；

其中， R _H 为所述缓冲层电阻； n为皱纹数量，或， d _cable 为所述待测电缆的长度参数， d _len 为皱纹节距平均值； U为所述测量电压， w ₀ 为所述初始角频率； I _si 为在角频率为 w ₀ 时测量的第 i个第一电流有效值， i=1,2,3,…, m； w _j 为在所述测量电压固定时施加的第 j个角频率， j=1，2，3，… q； I _rj 为在角频率为 w _j 时测量的第二电流有效值。

具体地，所述半径参数包括：皱纹护套内侧半径、含缓冲层的电缆外侧半径、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径，所述厚度参数为所述缓冲层的最薄点厚度；则，所述形变体积计算模块13具体用于：

获取所述皱纹护套与所述缓冲层的接触曲面在预设的柱坐标系下的插值函数表达式；

根据所述皱纹护套内侧半径、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述缓冲层的最薄点厚度计算所述皱纹护套的圆心与电缆线芯的圆心的圆心距离；

计算所述缓冲层的最薄点厚度、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径的和，得到半径参数和；

将所述半径参数和与预设的半径阈值作比较，以根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；

根据所述接触角度、所述插值函数表达式、所述皱纹护套内侧半径、所述含缓冲层的电缆外侧半径和所述圆心距离计算单个皱纹节距内的缓冲层在发生形变时的形变体积。

具体地，所述根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度，包括：

当所述比较结果为所述半径参数和小于或等于所述半径阈值时，根据所述圆心距离、所述皱纹护套内侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径计算所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；

当所述比较结果为所述半径参数和大于所述半径阈值时，所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度为π。

具体地，所述根据所述接触角度、所述插值函数表达式、所述皱纹护套内侧半径、所述含缓冲层的电缆外侧半径和所述圆心距离计算单个皱纹节距内的缓冲层在发生形变时的形变体积，满足以下公式：

；

其中， Vc为所述形变体积；为所述接触角度； d _OA 为所述皱纹护套内侧半径； d _O’C 为所述含缓冲层的电缆外侧半径； d _OO’ 为所述圆心距离；为所述插值函数表达式。

具体地，所述缓冲层的体积电阻率，满足以下公式：

；

其中，为所述缓冲层的体积电阻率； d _len 为所述皱纹节距平均值； d _O’B 为所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径； R _H 为所述缓冲层电阻； Vc为所述形变体积。

值得说明的是，本发明实施例所述的电缆缓冲层的缺陷检测装置100中各个模块的工作过程可参考上述实施例所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法的工作过程，在此不再赘述。

相比于现有技术，本发明公开了的电缆缓冲层的缺陷检测装置100，通过在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压，测量得到电流有效值，从而根据测量电压及其角频率、电流有效值计算缓冲层电阻，在此过程中无需对电缆附件进行拆除也能计算得到缓冲层电阻，避免拆卸再安装电缆附件的过程会产生附件安装质量不良的隐患，能针对已经完成安装的电缆进行缓冲层缺陷检测，无需对电缆附件进行拆卸也能准确评价缺陷。另外，根据待测电缆的规格参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积，从而根据形变体积计算缓冲层的体积电阻率，进而根据这一体积电阻率评价缓冲层是否发生缺陷，在计算体积电阻率时考虑了缓冲层受压产生的形变，减少计算体积电阻率的误差。

图8是本发明实施例提供的一种电缆缓冲层的缺陷检测设备200的结构示意图。该实施例的电缆缓冲层的缺陷检测设备200包括：处理器21、存储器22以及存储在所述存储器22中并可在所述处理器21上运行的计算机程序，所述处理器21执行所述计算机程序时实现上述各个电缆缓冲层的缺陷检测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器22中，并由所述处理器21执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述电缆缓冲层的缺陷检测设备200中的执行过程。

所述电缆缓冲层的缺陷检测设备200可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电缆缓冲层的缺陷检测设备200可包括，但不仅限于，处理器21、存储器22。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是电缆缓冲层的缺陷检测设备200的示例，并不构成对电缆缓冲层的缺陷检测设备200的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电缆缓冲层的缺陷检测设备200还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器21可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器21也可以是任何常规的处理器等，所述处理器21是所述电缆缓冲层的缺陷检测设备200的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电缆缓冲层的缺陷检测设备200的各个部分。

所述存储器22可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器21通过运行或执行存储在所述存储器22内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器22内的数据，实现所述电缆缓冲层的缺陷检测设备200的各种功能。所述存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述电缆缓冲层的缺陷检测设备200集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器21执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电缆缓冲层的缺陷检测方法，其特征在于，包括：

在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压；其中，所述电源接入点为所述待测电缆所在的电缆线路与电气设备的连接点，所述待测电缆为所述电缆线路中的其中一段线路；

获取在施加了所述测量电压后测量得到的所述待测电缆的电流有效值；

根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻；

根据所述待测电缆的半径参数和厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积；

根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率；

当所述体积电阻率大于预设的评价参数时，判定所述缓冲层存在缺陷；当所述体积电阻率小于或等于所述评价参数时，判定所述缓冲层不存在缺陷；

其中，所述根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率，满足以下公式：

；其中，为所述缓冲层的体积电阻率；d _len 为所述皱纹节距平均值；d _O’B 为所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径；R _H 为所述缓冲层电阻；Vc为所述形变体积。

2.如权利要求1所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法，其特征在于，当所述电缆线路的终端位于封闭式组合电器内时，所述电气设备为接地刀闸，所述电源接入点为所述接地刀闸与所述电缆线路的连接点；当所述电缆线路的终端位于户外塔上时，所述电气设备为户外终端，所述电源接入点为所述户外终端与所述电缆线路的连接点。

3.如权利要求1所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法，其特征在于，所述电流有效值包括第一电流有效值和第二电流有效值；其中，所述第一电流有效值为：在所述测量电压固定及其角频率为初始角频率的情况下，对所述待测电缆进行若干次的电流测量得到的；所述第二电流有效值为：在所述测量电压固定且施加不同所述角频率的情况下，分别对所述待测电缆进行电流测量得到的。

4.如权利要求3所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻，满足以下公式：

；其中，R _H 为所述缓冲层电阻；n为皱纹数量，或，d _cable 为所述待测电缆的长度参数，d _len 为皱纹节距平均值；U为所述测量电压，w ₀ 为所述初始角频率；I _si 为在角频率为w ₀ 时测量的第i个第一电流有效值，i=1,2,3,…,m；m为的i取值上限；w _j 为在所述测量电压固定时施加的第j个角频率，j=1，2，3，…q；q为的j取值上限；I _rj 为在角频率为w _j 时测量的第二电流有效值。

5.如权利要求1所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法，其特征在于，所述半径参数包括：皱纹护套内侧半径、含缓冲层的电缆外侧半径、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径，所述厚度参数为所述缓冲层的最薄点厚度；则，所述根据所述待测电缆的半径参数和厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积，包括：

获取所述皱纹护套与所述缓冲层的接触曲面在预设的柱坐标系下的插值函数表达式；根据所述皱纹护套内侧半径、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述缓冲层的最薄点厚度计算所述皱纹护套的圆心与电缆线芯的圆心的圆心距离；计算所述缓冲层的最薄点厚度、所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径的和，得到半径参数和；将所述半径参数和与预设的半径阈值作比较，以根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；根据所述接触角度、所述插值函数表达式、所述皱纹护套内侧半径、所述含缓冲层的电缆外侧半径和所述圆心距离计算单个皱纹节距内的缓冲层在发生形变时的形变体积。

6.如权利要求5所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据比较结果确定所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度，包括：当所述比较结果为所述半径参数和小于或等于所述半径阈值时，根据所述圆心距离、所述皱纹护套内侧半径和所述含缓冲层的电缆外侧半径计算所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度；当所述比较结果为所述半径参数和大于所述半径阈值时，所述皱纹护套与所述缓冲层的接触临界点的接触角度为π。

7.如权利要求5所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述接触角度、所述插值函数表达式、所述皱纹护套内侧半径、所述含缓冲层的电缆外侧半径和所述圆心距离计算单个皱纹节距内的缓冲层在发生形变时的形变体积，满足以下公式：

；其中，Vc为所述形变体积；为所述接触角度；为皱纹护套与所述缓冲层的接触表面的任意一点的极坐标；d _OA 为所述皱纹护套内侧半径；d _O’C 为所述含缓冲层的电缆外侧半径；d _OO’ 为所述圆心距离；为所述插值函数表达式，。

8.一种电缆缓冲层的缺陷检测装置，其特征在于，包括：

电流有效值获取模块，用于在待测电缆的电源接入点与地电位之间施加测量电压，并获取在施加了所述测量电压后测量得到的所述待测电缆的电流有效值；其中，所述电源接入点为所述待测电缆所在的电缆线路与电气设备的连接点，所述待测电缆为所述电缆线路中的其中一段线路；

缓冲层电阻计算模块，用于根据所述测量电压、所述测量电压的角频率和所述电流有效值计算所述待测电缆的缓冲层电阻；

形变体积计算模块，用于根据所述待测电缆的半径参数和厚度参数计算缓冲层在发生形变时的形变体积；

体积电阻率计算模块，用于根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率；

缺陷评价模块，用于当所述体积电阻率大于预设的评价参数时，判定所述缓冲层存在缺陷；当所述体积电阻率小于或等于所述评价参数时，判定所述缓冲层不存在缺陷；

其中，所述根据所述待测电缆的皱纹节距平均值、含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径、所述形变体积和所述缓冲层电阻计算所述缓冲层的体积电阻率，满足以下公式：

；其中，为所述缓冲层的体积电阻率；d _len 为所述皱纹节距平均值；d _O’B 为所述含绝缘屏蔽层的电缆外侧半径；R _H 为所述缓冲层电阻；Vc为所述形变体积。

9.一种电缆缓冲层的缺陷检测设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的电缆缓冲层的缺陷检测方法。

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