CN116359684A - 一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力电缆中间接头绝缘检测技术领域，具体涉及一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，包括以下步骤：制作电力电缆中间接头检测试样；对检测试样进行宽频介电谱法测试；根据测试结果得到不同频率下的介质损耗角和介电常数，根据测试结果得到介损频率特性曲线；根据介损频率特性曲线与中间接头检测试样绝缘状态的对应关系，建立检测试样绝缘性能数学等效模型；对其它电力电缆中间接头进行测试，与检测试样绝缘性能数学等效模型进行比对，得出结论；可以有效反映电力电缆中间接头的绝缘情况，可以定性且定量的进行绝缘分析，为电力电缆中间接头的绝缘状态评估工作提供一种便于应用的、新型有效的无损检测方法。

Description

一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法

技术领域

本发明属于电力电缆中间接头绝缘检测技术领域，具体涉及一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法。

背景技术

由于电力电缆大量应用于城市电网，电缆的故障率直接影响到电网的供电可靠性，随着时间的推移，电缆的绝缘老化会进一步加剧，由此而引发的电网故障将更加频繁，这将严重威胁电网的安全运行，电缆中间接头是电力线路的重要组成部分，但受制作和安装工艺的影响，其故障发生概率明显高于电缆本体，介电响应技术始于上世纪90年代，作为绝缘状态诊断的无损检测方法，其主要特点是抗干扰能力强，且携带的信息量较大，利用该方法可以检测中间接头绝缘的老化程度、及绝缘中含水量等重要绝缘信息，同时可以对中间接头绝缘进行现场检测，因此利用介电响应技术可对电力电缆中间接头绝缘性能进行良好检测。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种能够检测电力电缆中间接头绝缘性能有效性和全面反映电力电缆中间接头整体运行状况的一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法。

本发明的目的是这样实现的，一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，它包括以下步骤：

步骤1：制作电力电缆中间接头检测试样；

步骤2：对检测试样进行介电谱法测试；

步骤3：根据测试结果得到不同频率下的介质损耗角和介电常数，根据测试结果得到介损频率特性曲线；

步骤4：根据介损频率特性曲线与中间接头检测试样绝缘状态的对应关系，

建立检测试样绝缘性能数学等效模型；

步骤5：对其它电力电缆中间接头进行测试，与检测试样绝缘性能数学等效模型进行比对，得出结论。

所述的步骤2中所使用的仪器为IDAX300，该仪器采用的测试信号为0-220V，0-50mA,频率为0.01Hz-1000Hz,采样电容值为10pF-100μF。

所述的步骤3中，对电介质施加外加电场，电介质的计划过程需要持续一定时间才能完成，如果外加电场为恒定值，则对于电介质有充分的极化时间，当外加电场为交变电场时，随着频率升高，如偶极子来不及转向，极化过程大于电场方向改变时间，故电介质的介电常数因频率上升而减小，电介质中同时存在两种极化类型时，极化强度P可表示为：

P(t)＝P_∞(t)+P_τ(t)

式中P_∞(t)代表瞬间极化强度；P_τ(t)代表松弛极化强度；

令E₀(t)为时变电场，则介质的冲击响应函数为：

P(t)＝ε₀[E₀(t)δ(t)]f(t)

上式中，f(t)为系统的相应函数，则时变电场E₀(t)可以看成由各个基本函数对应的电场E(t)dt与δ函数的叠加，在t时刻，电介质的响应函数P(t)可表示为f(t)E(t-τ)dτ从0时刻至τ时刻的积分，即为：

其中ε_∞为电介质在高频段的相对介电常数，当外加电场作用后，介质电位势取决于极化强度和场强，即为：

D(t)＝ε₀E₀(t)+P(t)

电流密度可表示为：

定义f(t)的傅立叶变换为：F[f(τ)]＝χ(ω)，且定义：F[E(τ)]＝E(ω),则：

则电流密度经傅立叶变换后为:

J(ω)＝j_ωε₀{ε'(ω)-jε”(ω)}E₀(ω)

上式中ε'(ω)是介电常数的实部，为全电流表达式中容性电流的密度；ε”(ω)是介电常数的虚部，为全电流中阻性电流的密度，

因此电介质损耗角tanδ即为：

电介质的介电常数的实部和虚部的变化情况可以间接反映电介质在交变电场下发生损耗的情况。

本发明的有益效果：本发明一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，包括以下步骤：制作电力电缆中间接头检测试样；对检测试样进行宽频介电谱法测试；根据测试结果得到不同频率下的介质损耗角和介电常数，根据测试结果得到介损频率特性曲线；根据介损频率特性曲线与中间接头检测试样绝缘状态的对应关系，建立检测试样绝缘性能数学等效模型；对其它电力电缆中间接头进行测试，与检测试样绝缘性能数学等效模型进行比对，得出结论；本发明一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，利用介电频谱特性对电力电缆的绝缘状态进行评估，可以有效并准确地反映电力电缆中间接头的绝缘情况，可以定性且定量的进行绝缘分析，为电力电缆中间接头的绝缘状态评估工作提供一种便于应用的、新型有效的无损检测方法。

附图说明

图1为本发明一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法的流程图。

图2为本发明一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法的介电频谱法测量原理图。

具体实施方式

一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，它包括以下步骤：

步骤1：制作电力电缆中间接头检测试样；

步骤2：对检测试样进行介电谱法测试；

步骤3：根据测试结果得到不同频率下的介质损耗角和介电常数，根据测试结果得到介损频率特性曲线；

步骤4：根据介损频率特性曲线与中间接头检测试样绝缘状态的对应关系，建立检测试样绝缘性能数学等效模型；

步骤5：对其它电力电缆中间接头进行测试，与检测试样绝缘性能数学等效模型进行比对，得出结论。

所述的步骤2中所使用的仪器为IDAX300，该仪器采用的测试信号为0-220V，0-50mA,频率为0.01Hz-1000Hz,采样电容值为10pF-100μF。装置使用时，先将IDAX300进行初始化处理，设定工作电压为140V，扫描频率范围为0.01Hz-1000Hz,测量物理量为介质损耗角正切值tanδ，将检测试样与IDAX300进行连接，检查无误后启动IDAX300，仪器启动扫频程序，扫频结束后将测量得到的数据进行存储。

所述的步骤3中，对电介质施加外加电场，电介质的计划过程需要持续一定时间才能完成，如果外加电场为恒定值，则对于电介质有充分的极化时间，当外加电场为交变电场时，随着频率升高，如偶极子来不及转向，极化过程大于电场方向改变时间，故电介质的介电常数因频率上升而减小，电介质中同时存在两种极化类型时，极化强度P可表示为：

P(t)＝P_∞(t)+P_τ(t)

式中P_∞(t)代表瞬间极化强度；Pτ(t)代表松弛极化强度；

令E₀(t)为时变电场，则介质的冲击响应函数为：

P(t)＝ε₀[E₀(t)δ(t)]f(t)

上式中，f(t)为系统的相应函数，则时变电场E₀(t)可以看成由各个基本函数对应的电场E(t)dt与δ函数的叠加，在t时刻，电介质的响应函数P(t)可表示为f(t)E(t-τ)dτ从0时刻至τ时刻的积分，即为：

其中ε_∞为电介质在高频段的相对介电常数，当外加电场作用后，介质电位势取决于极化强度和场强，即为：

D(t)＝ε₀E₀(t)+P(t)

电流密度可表示为：

定义f(t)的傅立叶变换为：F[f(τ)]＝χ(ω)，且定义：F[E(τ)]＝E(ω),则：

则电流密度经傅立叶变换后为:

J(ω)＝j_ωε₀{ε'(ω)-jε”(ω)}E₀(ω)

上式中ε'(ω)是介电常数的实部，为全电流表达式中容性电流的密度；ε”(ω)是介电常数的虚部，为全电流中阻性电流的密度，

因此电介质损耗角tanδ即为：

电介质的介电常数的实部和虚部的变化情况可以间接反映电介质在交变电场下发生损耗的情况。

在一定温度下，当频率较低时，电场变化较慢且所需时间较长，使得驰豫极化完全可以跟随电场变化，此时绝缘介质在交变电场下的行为与静电场下相似；ε'_r接近于静态介电常数值，对应的介质损耗ε”_r较小，当频率开始升高，电场的变化加快所需时间变少，极化开始跟不上电场的变化，介质的损耗越来越明显，在特定频率出现极值，当频率继续升高，电场的变化速度过快使得驰豫化完全跟不上节奏，此时将仅发生瞬间极化，ε'_r接近于光频介电常数值，对应的介质损耗ε”_r也很小，tanδ随频率的变化关系基本上和介质损耗ε”_r的变化规律相同。

各极化参数在低频区域对外界的影响较为敏感，且符合实际工程中使用的频率范围，因此可以利用介电常数和tanδ随频率的变化曲线对绝缘介质的内部情况进行判断，即利用绝缘介质的频谱特性对电力电缆中间接头绝缘情况进行诊断在理论上是可行的。

本发明一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，包括以下步骤：制作电力电缆中间接头检测试样；对检测试样进行宽频介电谱法测试；根据测试结果得到不同频率下的介质损耗角和介电常数，根据测试结果得到介损频率特性曲线；根据介损频率特性曲线与中间接头检测试样绝缘状态的对应关系，建立检测试样绝缘性能数学等效模型；对其它电力电缆中间接头进行测试，与检测试样绝缘性能数学等效模型进行比对，得出结论；本发明一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，利用介电频谱特性对电力电缆的绝缘状态进行评估，可以有效并准确地反映电力电缆中间接头的绝缘情况，可以定性且定量的进行绝缘分析，为电力电缆中间接头的绝缘状态评估工作提供一种便于应用的、新型有效的无损检测方法。

本发明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。

Claims (3)

1.一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤1：制作电力电缆中间接头检测试样；

步骤2：对检测试样进行介电谱法测试；

步骤3：根据测试结果得到不同频率下的介质损耗角和介电常数，根据测试结果得到介损频率特性曲线；

步骤4：根据介损频率特性曲线与中间接头检测试样绝缘状态的对应关系，

建立检测试样绝缘性能数学等效模型；

步骤5：对其它电力电缆中间接头进行测试，与检测试样绝缘性能数学等效模型进行比对，得出结论。

2.根据权利要求1所述的一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，其特征在于：所述的步骤2中所使用的仪器为IDAX300，该仪器采用的测试信号为0-220V，0-50mA,频率为0.01Hz-1000Hz,采样电容值为10pF-100μF。

3.根据权利要求1所述的一种基于介电谱法的电力电缆中间接头绝缘检测方法，其特征在于：所述的步骤3中，对电介质施加外加电场，电介质的计划过程需要持续一定时间才能完成，如果外加电场为恒定值，则对于电介质有充分的极化时间，当外加电场为交变电场时，随着频率升高，如偶极子来不及转向，极化过程大于电场方向改变时间，故电介质的介电常数因频率上升而减小，电介质中同时存在两种极化类型时，极化强度P可表示为：

P(t)＝P_∞(t)+P_τ(t)

式中P_∞(t)代表瞬间极化强度；P_τ(t)代表松弛极化强度；

令E₀(t)为时变电场，则介质的冲击响应函数为：

P(t)＝ε₀[E₀(t)δ(t)]f(t)

上式中，f(t)为系统的相应函数，则时变电场E₀(t)可以看成由各个基本函数对应的电场E(t)dt与δ函数的叠加，在t时刻，电介质的响应函数P(t)可表示为f(t)E(t-τ)dτ从0时刻至τ时刻的积分，即为：

其中ε_∞为电介质在高频段的相对介电常数，当外加电场作用后，介质电位势取决于极化强度和场强，即为：

D(t)＝ε₀E₀(t)+P(t)

电流密度可表示为：

定义f(t)的傅立叶变换为：F[f(τ)]＝χ(ω)，且定义：F[E(τ)]＝E(ω),则：

则电流密度经傅立叶变换后为:

J(ω)＝j_ωε₀{ε'(ω)-jε”(ω)}E₀(ω)

上式中ε'(ω)是介电常数的实部，为全电流表达式中容性电流的密度；ε”(ω)是介电常数的虚部，为全电流中阻性电流的密度，

因此电介质损耗角tanδ即为：

电介质的介电常数的实部和虚部的变化情况可以间接反映电介质在交变电场下发生损耗的情况。

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