The invention provides a diagnostic method and a diagnostic system for the safe operation of a XLPE cable. The method comprises the simultaneous acquisition of the air gap between the metal sheath and the insulating shield between the three types of crosslinked polyethylene cables and the maximum internal sag after the deformation of the metal sheath; the metal sheath is pressed and changed. The internal maximum sag after the shape is compared with the air gap obtained in the first three cases. If the maximum internal sag is greater than the air gap obtained in the first case, the depressed part of the replacement of the XLPE cable is replaced by the cable joint; if the internal maximum sag is equal to the air obtained in third cases. Gap or less than second cases to obtain air gap, safe operation of XLPE cables. By judging whether the metal sheath is squeezed to the metal shield, only when it is judged that the metal sheath is squeezed to the metal shield, the sag of the cable is replaced by the cable joint to save the cost.
【技术实现步骤摘要】
交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法及诊断系统
本专利技术属于电缆诊断
，特别是涉及到一种交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法及诊断系统。
技术介绍
伴随着中国经济的快速增长，城市现代化水平不断提高，电缆被广泛应用于城市电网建设中，目前运行的高压电缆已达数十万千米，交联聚乙烯绝缘电缆具有生产周期短、安装工艺简便、抗腐蚀和抗高温能力强的特点，使其占目前运行电缆的99％以上。电缆在运输和敷设的过程中，特别是运行中因道路施工等外力因素作用造成电缆的金属护套发生永久性变形凹陷，目前的做法是将与金属护套凹陷部分对应的绝缘屏蔽层直接更换为成本较高的电缆接头，但是，由于电缆的绝缘屏蔽层与金属护套之间具有空气隙，若电缆运行发热产生膨胀后，绝缘屏蔽层未受到金属护套的挤压，则无需将电缆凹陷处更换为昂贵的电缆接头，因此，在未对电缆进行安全运行诊断之前，冒进的更换电缆接头只会增加成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法及诊断系统，以解决未对电缆进行安全运行诊断直接更换电缆接头导致成本增加的问题。本专利技术提供的交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，包括以下步骤：步骤S1：同时获取三种情况下的所述交联聚乙烯电缆的金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的空气隙和所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量；其中，第一种情况为当所述金属护套未受挤压时，所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的最小空气隙；第二种情况为当所述交联聚乙烯电缆在载流量下，所述金属护套与热稳定状态下的所述绝缘屏蔽层之间的空气隙；第三种情况为当所述交联聚乙烯电缆在小于所述载流量...
【技术保护点】
1.一种交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：同时获取三种情况下的所述交联聚乙烯电缆的金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的空气隙和所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量；其中，第一种情况为当所述金属护套未受挤压时，所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的最小空气隙；第二种情况为当所述交联聚乙烯电缆在载流量下，所述金属护套与热稳定状态下的所述绝缘屏蔽层之间的空气隙；第三种情况为当所述交联聚乙烯电缆在小于所述载流量的负荷电流下，所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的空气隙；步骤S2：将获取的所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量分别与前三种情况下获取的空气隙进行比较，获得以下三种诊断结果：第一种诊断结果：如果获取的所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量大于第一种情况下获取的空气隙，所述绝缘屏蔽层受到所述金属护套的挤压，更换所述交联聚乙烯电缆的凹陷部分替换为电缆接头；第二种诊断结果：如果获取的所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量小于第二种情况获取的空气隙，所述绝缘屏蔽层未受到的所述金属护套的挤压，所述交联聚乙烯电缆安全运行；第三种诊断结果：如果获取的所述金属护套受压变形...
【技术特征摘要】
1.一种交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：同时获取三种情况下的所述交联聚乙烯电缆的金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的空气隙和所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量；其中，第一种情况为当所述金属护套未受挤压时，所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的最小空气隙；第二种情况为当所述交联聚乙烯电缆在载流量下，所述金属护套与热稳定状态下的所述绝缘屏蔽层之间的空气隙；第三种情况为当所述交联聚乙烯电缆在小于所述载流量的负荷电流下，所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的空气隙；步骤S2：将获取的所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量分别与前三种情况下获取的空气隙进行比较，获得以下三种诊断结果：第一种诊断结果：如果获取的所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量大于第一种情况下获取的空气隙，所述绝缘屏蔽层受到所述金属护套的挤压，更换所述交联聚乙烯电缆的凹陷部分替换为电缆接头；第二种诊断结果：如果获取的所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量小于第二种情况获取的空气隙，所述绝缘屏蔽层未受到的所述金属护套的挤压，所述交联聚乙烯电缆安全运行；第三种诊断结果：如果获取的所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量等于第三种情况获取的空气隙，则该负荷电流为所述交联聚乙烯电缆的最大允许运行电流。2.如权利要求1所述的交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，其特征在于，在所述金属护套未受挤压时，获取所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的最小空气隙的过程中，通过建立的螺旋曲面方程求取所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的最小空气隙，所述螺旋曲面方程的建立过程包括：所述金属护套的内表面为具有峰谷的螺旋面，所述螺旋面的圆心作螺旋运动，所述圆心的轨迹为螺旋线Γ，设所述螺旋面的半径为R，所述螺旋面上的一点M1的方程为：x1＝Rcosθ+A,y1＝Rsinθ,z1＝0(1)使所述螺旋面沿着所述螺旋线Γ运动时，所述螺旋面上的一点M2的方程为：x2＝x1，y2＝y1cosα，z2＝y1sinα(2)当所述螺旋面的圆心沿着螺旋升角为α1(α1＝90°-α)，导程为S、旋转轴为Z轴的右旋螺旋线运动时，则所述螺旋面上的一点M也做螺旋运动，其方程为：x＝x2cosβ-y2sinβ，y＝x2sinβ+y2cosβ，z＝z2+Sβ/360(3)将式(1)、式(2)和式(3)式整合后得到所述螺旋曲面方程：x＝(Rcosθ+A)cosβ-Rsinθcosαsinβ；y＝(Rcosθ+A)sinβ+Rsinθcosαcosβ；z＝Rsinθsinα+Sβ/360；其中，A为圆心到Z轴的距离，α为所述螺旋面绕X轴顺时针旋转的角度；当A和S以及旋转方向确定后，则tgα1＝S(360·A)，故α1＝arctg(S(360·A))；根据所述螺旋升角α1利用数值模拟方法计算所述螺旋面与所述绝缘屏蔽层之间的最小空气隙。3.如权利要求1所述的交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，其特征在于，当所述交联聚乙烯电缆在载流量下，获取所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的空气隙的过程，包括：第一步：将仅包含导体、金属护套和绝缘屏蔽层的交联聚乙烯电缆放入最高温度为90℃的恒温烘箱中恒温烘烤到所述绝缘屏蔽层处于热稳定状态；其中，所述热稳定状态是指所述绝缘屏蔽层不在膨胀；第二步：通过游标卡尺测量所述绝缘屏蔽层在热稳定状态下的膨胀量；第三步：根据如下公式计算所述绝缘屏蔽层的热膨胀系数：式中，α为热膨胀系数；θ1和θ2为不同的温度值；L1和L2分别为对应于θ1和θ2温度下所述绝缘屏蔽层的膨胀量；第四步：根据有限差分法分析所述交联聚乙烯电缆在载流量下的温度场分布，并依据第三步获得的热膨胀系数，求取所述交联聚乙烯电缆的缆芯温度为90℃时绝缘屏蔽层的膨胀量；第五步：根据第一种情况下获取的所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的最小空气隙减去所述交联聚乙烯电缆的缆芯温度为90℃时绝缘屏蔽层的膨胀量所得的值为所述金属护套与在热稳定状态下的所述绝缘屏蔽层之间的空气隙。4.如权利要求1所述的交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，其特征在于，根据有限差分法分析所述交联聚乙烯电缆在载流量下的温度场分布的过程，包括：在二维直角坐标中有热源区的温度控制方程为：式(4)中：K为导热系数；Q为单位时间单位体积的发热源所发出的热量；所述有限差分法从微分方程出发，将计算区域离散处理，取垂直于x-y平面方向上的厚度为1，(△x△y)为控制容积的体积，将式(4)对控制容积做积分，以差分、差商代替微分、微商，把微分方程和边界条件的求解转换成线性方程组求得数值解，所述边界条件为已知界面上的对流换热系数以及流体温度。5.如权利要求1所述的交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，其特征在于，根据所述金属护套的外部变形量获取所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量，具体过程包括：电缆结构的外部径向压力P为：P＝P0(1+msin2θ)(5)式中，P0为所述金属护套外层的外侧压力；θ为不同位置处的角度；m为所述外侧压力非均匀分布程度的系数；运用复变函数求解作用于所述金属护套的外侧压力的应力分量，设所述金属护套内层的两个解析函数用Laurent级数表示为：设所述金属外护套外层的两个解析函数用Laurent级数表示为：其中，ak,bk,ck,dk,ek,fk,gk,hk都为待定系数，可由相应的边界条件和连续条件确定；该边界条件包括：(A)内层应力边界条件为(B)外层应力边界条件(C)应力连续条件设所述金属护套的内层与外层完全接触，则由内层与外层接触面(ρ＝R2)上的接触应力相等，可得：(D)位移连续条件、设所述金属护套的内层与外层完全接触，则由两层接触面(ρ＝R2)上的位移连续条件，可得：其中，和分别为和z的共轭，—为共轭符号；σρ、σθ和τρθ分别为所述交联聚乙烯电缆的径向应力、环向应力和剪切应力,ερ、εθ和γρθ分别为所述交联聚乙烯电缆的径向应变、环向应变和剪切应变，u为圆筒的径向位移；分别为所述金属护套的内层与外侧的结剪切模量；R1、为所述金属护套内层的内径，R2为所述金属护套内层的外径，R3为所述金属护套外层的外径；E1为所述金属护套内层的弹性模量，E2为所述金属护套外层的弹性模量；μ1为所述金属护套内层的泊松比，μ2为所述金属护套外层的泊松比；应力及位移解析解为：给定R1、R2、R3、G1、G2、m、κ1、κ2、P0，联立求解可得待定系数及解析函数为：求解应力为：σρ1＝2b1+c1ρ1-2+(-4a1ρ1-2+3c3ρ1-4-d1)cos2θ(14)σθ1＝2b1+c1ρ1-2+(12b3ρ12-3c3ρ1-4+d1)cos2θ(15)式中，σρ1、σθ1分别表示内层结构的径向应力和环向应力；R1≤ρ1≤R2；代入反映应力与应变关系的物理方程式(16)与反映位移与应变的几何方程式(17)；计算所述金属护套内层任意位置的位移量为：所述金属护套内外表面的相应径向变形分别为：所述金属护套的厚度变化量Δd为：所述金属护套的厚度变化量与所述金属护套的外部变形量的差值为所述金属护套受压变形后的内部最大凹陷量。6.如权利要求5所述的交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，其特征在于，获取所述金属护套的外部变形量的过程，包括：采用手持式三维扫描测量工器具，对变形后的交联聚乙烯电缆进行三维扫描成像，实际测量所述金属护套的外部变形量。7.如权利要求1所述的交联聚乙烯电缆是否安全运行的诊断方法，其特征在于，当所述交联聚乙烯电缆在小于所述载流量的负荷电流下，获取所述金属护套与所述绝缘屏蔽层之间的空气隙的过程，包括：第一步：将仅包含导体、金属护套和绝缘屏蔽层的交联聚乙烯电缆放入最高温度为90℃的恒温烘箱中恒温烘烤到所述绝缘屏蔽层热稳定；第二步：通过游标卡尺测量所述绝缘屏蔽层在热稳定状态下的膨胀量；第三步：根据如下公式计算所述绝缘屏蔽层的热膨胀系数：式中，α为热膨胀系数；θ1和θ2为不同的温度值；L1和L2分别为对...
【专利技术属性】
技术研发人员：敖明，鲁志伟，毛世杰，刘俊博，于建立，矫立新，蔡新景，列剑平，赵子谦，
申请(专利权)人：国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，吉林省电力科学研究院有限公司，东北电力大学，吉林省中科电缆附件有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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