一种110kV XLPE高压电缆绝缘老化评估方法技术

本发明专利技术公开了一种110kV XLPE高压电缆绝缘老化评估方法，首先通过极化‑去极化电流(PDC)测试高压电缆在极化过程及去极化过程中的极化电流和去极化电流，然后依据得到极化电流和去极化电流获取相应极化电压下的低频介质损耗因数，再以不同极化电压下的低频介质损耗因数变化量作为表征电缆绝缘老化的特征量，对高压电缆的绝缘性能进行评估，本发明专利技术能够实现对高压电缆绝缘老化状态的高效诊断，且能够更加准确的反映高压电缆的绝缘老化状态，且灵敏度较高，因此在电缆绝缘老化诊断领域具有广泛的应用前景。

An evaluation method for insulation aging of 110kV XLPE high voltage cable

【技术实现步骤摘要】
一种110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法
本专利技术属于电气
，涉及电力电缆绝缘诊断技术，具体涉及一种110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法。
技术介绍
XLPE电力电缆在机械应力、水分、温度及电场等诸多因素共同作用下，导致绝缘本体和附件的绝缘性能逐渐劣化，这将会导致电缆绝缘裕度下降，在冲击电压的作用下可能会导致电缆绝缘击穿，引发电力事故。为了监测电缆绝缘状态，对电缆进行周期性的绝缘诊断是必要的。高压电力电缆的绝缘厚度较为厚，额定电压等级较高，且结构有别于中压电缆，故传统的中压电缆绝缘诊断技术(如绝缘电阻和吸收比测量、工频介质损耗因数测量、泄漏电流测量等)应用在高压电缆上效果不佳。目前针对高压电缆的绝缘诊断还没有公认有效的方法。国内外学者也做出了诸多尝试。等温松弛电流法曾经被应用于高压电缆的绝缘诊断，但需要对等温松弛电流曲线进行拟合分析，实际操作复杂且不可靠。此外，也有学者证明高压电缆低频因数与其绝缘老化状态有正相关关系，但其研究是通过宽频介电阻抗谱测试仪测试，测试所需时间较长，在诊断效率上存在问题。
技术实现思路
针对目前缺少高压电力电缆绝缘老化高效诊断方法的技术现状，本专利技术的目的旨在提供一种110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法，能够在较短的电力电缆离线时间内，在不破坏电缆绝缘性的情况下，对其绝缘老化情况作出有效诊断。本专利技术的专利技术思路为：由于高压电缆额定电压等级高，电容量大，真正对其进行交流介质损耗检测十分困难。在直流电压下利用极化-去极化电流法同样可以得到电缆的低频介质损耗特性。研究发现，电力电缆的介质损耗可能不与绝缘老化程度呈正相关关系，单纯依据介质损耗来诊断电缆绝缘老化情况，其诊断效果并不理想。然而，老化后的电力电缆在不同极化电压下计算得到的介质损耗因数存在差异性，且其变化量与老化时间呈现正相关关系。故依据不同极化电压下PDC测试得到的介质损耗因数变化量可帮助判断电力电缆绝缘老化情况。基于上述专利技术思路，本专利技术提供的110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法，包括以下步骤：S1分别测量待测高压电缆在第一极化电压和第二极化电压下极化过程的极化电流和去极化过程的去极化电流；S2依据以下公式计算对高压电缆分别施加第一极化电压和第二极化电压下对应的低频介质损耗因数：式中，σ0为电缆绝缘的电导率，ε0为真空介电常数，ε∞为光频介电常数，ε'(ω)为极化强度，ε”(ω)为介质损耗，χ'(ω)为绝缘介质复极化率χ(ω)的实部，χ”(ω)为绝缘介质复极化率χ(ω)的虚部；S3获取第一极化电压和第二极化电压对应的低频介质损耗因数变化量Δtanδ，并以低频介质损耗因数变化量Δtanδ作为表征高压电缆绝缘老化的特征量Δtanδ，Δtanδ＝tanδ2-tanδ1tanδ1、tanδ2分别为第一极化电，压和第二极化电压对应的低频介质损耗因数；S4基于该特征量Δtanδ对高压电缆绝缘老化程度进行评估。上述110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法，步骤S1的目的是测量对待测高压电缆施加极化电压进行极化过程以及极化结束后短路接地去极化过程中的极化电流ipol和去极化电流idepol。为了不影响高压电缆的绝缘性，本专利技术中向高压电缆施加的第一极化电压取值范围为1～4kV，第二极化电压取值范围为3～6kV。特别是当第二极化电压与第一极化电压之间的差值为2kV时，电力电缆在不同高压下介质损耗变化量稳定性更好。上述110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法，步骤S2的目的是得到对高压电缆施加不同高压时所对应的低频介质损耗因数。由于高压电缆绝缘的电导率σ0：式中，U0为向高压电缆施加的极化电压，ε0为真空介电常数，ipol(tfinal)表示向高压电缆施加极化电压设定时间后的极化电流，idepol(tfinal)表示高压电缆在去极化过程中设定时间后的去极化电流，C0电缆的几何电容，rs为电缆屏蔽层内半径，rc为电缆线芯半径。极化和去极化时间要足够长以便能够完成电缆绝缘诊断。经研究表明取极化时间和去极化时间都为100s左右时，可有效完成电缆的绝缘诊断，为了提高诊断效率，本专利技术中设定极化时间和去极化时间均为100s。然后，通过高压电缆绝缘的电导率便可以计算其介质响应函数f(t)：式中ipol为向高压电缆施加极化电压极化过程中测量的极化电流。本专利技术假设分析的高压电缆绝缘介质是线性均匀且各向同性，则介质的复极化率χ可通过介质响应函数f(t)做傅里叶变换后得到：式中：ω为角频率；χ'为绝缘介质复极化率的实部，其反映介质束缚电荷的能力；χ”为绝缘介质复极化率的虚部，其反映极化损耗。则极化电流的频域表达式即为：式中，ε为相对介电常数，U(ω)为在频域中对绝缘介质施加的正弦激励电压，ε＝ε′(ω)-jε″(ω)，ε'(ω)＝ε∞+χ'(ω)为极化强度，为介质损耗(包括电导损耗和极化损耗)，ε∞为光频介电常数。因此，通过定义式便可计算得到对高压电缆施加不同极化电压时对应的低频介质损耗因数。上述110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法，步骤S4中，对于未使用的新电缆，第一极化电压和第二极化电压对应的低频介质损耗因数变化量Δtanδ(即表征电缆绝缘老化的特征量)接近于0，而随着电缆的热老化，该特征量Δtanδ会呈线性增长。因此，定时对待测电缆按照上述步骤S1-S3，得到特征量Δtanδ，根据得到的特征量可以对待测高压电缆绝缘老化程度进行评估。与现有技术相比，本专利技术110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法具有如下有益效果：1、本专利技术首先通过极化-去极化电流(PDC)测试高压电缆在极化过程及去极化过程中的极化电流和去极化电流，然后依据得到极化电流和去极化电流获取相应极化电压下的低频介质损耗因数，再以不同极化电压下的低频介质损耗因数变化量作为表征电缆绝缘老化的特征量，对高压电缆的绝缘性能进行评估，由于本专利技术测试时间较短(100s左右)，因此能够实现对高压电缆绝缘老化状态的高效诊断。2、由于不同极化电压下的低频介质损耗因数变化量具有较好的测试稳定性，能够更加准确的反映高压电缆的绝缘老化状态，且灵敏度较高，因此在绝缘老化诊断领域具有广泛的应用前景。3、本专利技术通过极化-去极化电流(PDC)测试电压较低，相对于局部放电测试以及耐压测试等对电缆绝缘的破坏性更小。附图说明图1为本专利技术高压电缆极化-去极化电流测试原理图；图中，1-高压直流电源，2-单刀双掷继电器，3、限流电阻，4-电缆样品，41-屏蔽环，42-电缆铜层，5-皮安表，6-上位机。图2为新XLPE电缆和热老化XLPE电缆样品低频介质损耗因数tanδ随极化电压的变化曲线。图3为XLPE电缆样品低频介质损耗因数tanδ及低频介质损耗因数变化量Δtanδ随老化时间的变化曲线。具体实施方式下面通过实施例对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种110kV XLPE高压电缆绝缘老化评估方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1分别测量待测高压电缆在第一极化电压和第二极化电压下极化过程的极化电流和去极化过程的去极化电流；/nS2依据以下公式计算对高压电缆分别施加第一极化电压和第二极化电压下对应的低频介质损耗因数：/n

【技术特征摘要】
1.一种110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法，其特征在于包括以下步骤：
S1分别测量待测高压电缆在第一极化电压和第二极化电压下极化过程的极化电流和去极化过程的去极化电流；
S2依据以下公式计算对高压电缆分别施加第一极化电压和第二极化电压下对应的低频介质损耗因数：



式中，σ0为电缆绝缘的电导率，ε0为真空介电常数，ε∞为光频介电常数，ε'(ω)为极化强度，ε”(ω)为介质损耗，χ'(ω)为绝缘介质复极化率χ(ω)的实部，χ”(ω)为绝缘介质复极化率χ(ω)的虚部；
S3获取第一极化电压和第二极化电压对应的低频介质损耗因数变化量Δtanδ，并以低频介质损耗因数变化量Δtanδ作为表征高压电缆绝缘老化的特征量Δtanδ，Δtanδ＝tanδ2-tanδ1tanδ1、tanδ2分别为第一极化电，
压和第二极化电压对应的低频介质损耗因数；
S4基于该特征量Δtanδ对高压电缆绝缘老化程度进行评估。


2.根据权利要求1所述110kVXLPE高压电缆绝缘老化评估方法，其特征在于所述第一极...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骁，孙荣，余华兴，顾博，刘云龙，邵勇，袁子超，谢弦，周勇，陈攀，周鼎，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司江北供电分公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50