一种基于同轴模态波速度测量的现役电缆绝缘评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于同轴模态波速度测量的现役电缆绝缘评估方法，包括如下步骤：测量三相电缆系统宽频下的电压波形与时间，以获得测量数据；根据所述测量数据计算出三相电缆三种同轴模态波速度；获取相同型号未服役与临近退役电缆绝缘材料的介电常数；利用波过程理论计算未服役电缆与临近退役电缆宽频同轴模态波速度；比较被测电缆系统同轴模态波速度与前一步的计算结果，评估电缆系统整体绝缘老化状态

【技术实现步骤摘要】
一种基于同轴模态波速度测量的现役电缆绝缘评估方法


[0001]本专利技术属于高压电缆输电
，具体涉及一种基于电缆同轴模态波速度测量的现役电缆整体绝缘状态评估方法
。

技术介绍

[0002]随着风力发电
、
跨海联网及城市输电的发展，高压电缆因具有占地空间小
、
供电可靠性高
、
改善市容市貌等优点已成为输配电网的重要设备，得到日益广泛的应用，其中交联聚乙烯
(XLPE)
高压电缆由于其优秀的电气性能和机械性能，广泛用于电力输配电系统中
。
[0003]在电缆运行过程中受电
、
热
、
机械应力等因素的影响，会导致
XLPE
绝缘材料发生老化，电缆整体的绝缘性能也随之会受到影响
。
目前的
XLPE
电缆在
90℃
的运行条件下的设计使用寿命为
30
年，我国
XLPE
电缆投入使用较早，不少地区自上世纪
90
年代中期投入使用的
XLPE
电缆到目前为止已接近
30
年的使用时间
。
但
XLPE
电缆在实际情况下并不会满载运行，因此实际的运行温度一般为
40
‑
60℃
，远低于电缆的设计温度
90℃。
[0004]从经济性角度考虑，由于电力电缆的实际运行温度远远没有达到
90℃
，这批电力电缆可能老化不明显，如果可延长使用寿命，则可以避免材料的浪费，从而提高我国电力的经济效应
。
从运行安全性角度考虑，如果这批电力电缆已经老化到不能继续使用的程度而继续延长服役时间，将造成大面积的停电
。
因此根据电缆实际的整体老化状态推断电缆剩余使用寿命，根据绝缘状态与剩余使用寿命来确定电缆是否需要及时更换或者合理的延长服役时间并定期评估其老化状态，对于电网安全运行
、
未来电网规划以及提高电网系统的经济效益有着重要意义
。
[0005]为了满足上述要求，对现役电缆进行整体绝缘状态评估，最重要的是寻找一种无损的现役电缆绝缘状态评估方法
。
常规的测量
XLPE
材料的相关电气参数的方法，因其需要在电缆系统上进行取样，并不适用于现役电缆的绝缘状态评估
。
[0006]目前对现役电缆进行绝缘评估的无损方法可以分为两大类：打分法和测量法，这两大类方法的技术逻辑相差甚远
。
打分法的最大弊端是人为影响因素过多，并不能精细化评估电缆绝缘状态，对电缆是否可以延长服役以及延长服役时间并不具备可靠的指导价值
。
[0007]而目前真正意义上对电缆系统无损的测量方法仅有极化
/
去极化电流法
(polarization and depolarization current
，
PDC)
，该方法测量得到的整条电缆的极化电流与在实验室内利用热刺激极化
/
去极化电流法
(TSDC)
对该条电缆的
XLPE
绝缘材料测量的极化电流具有高度的一致性
。
[0008]PDC
法的测量过程可简要概括为：通过一个恒压源给测试电缆充电，此时产生充电电流
I
ch
，该电流经过足够长时间的充电后会达到稳态电流
I
dc
。
经过确定的一段充电时间
t
，断开电源进行放电，此时产生放电电流
I
disch
，经过足够长的放电之后，该电流将减少至
0。
由于充放电过程与电源电压和电缆的电气特性相关，在使用确定恒压源进行试验的情况下，可以通过分析充电电流
I
ch
及放电电流
I
disch
来判断电缆的电气特性，从而确定电缆是否过
度老化
。
但是该方法的现场测试时间较长，若极化
/
去极化时间均设置为
1000s
，三相测试完成总共就需要
6000s
，考虑到实际测试中还有其余辅助工作，单根电缆的测试时间就
>2h。
在现场较为复杂的环境下，很难满足单次长时间测试环境参数不发生变化，因此在某些情况下无法满足现场测试的要求
。

技术实现思路

[0009]为了实现在运维现场对现役电缆进行整体绝缘状态评估，本专利技术提供一种基于电缆同轴模态波速度测量的现役电缆整体绝缘状态评估方法，在不对输电电缆造成任何破坏的前提下，通过测量不同频率下暂态波在电缆系统内的同轴模态波速度，与全新电缆和临近退役电缆内同轴模态波速度进行对比分析，判断被测电缆的绝缘状态情况
。
该方法不仅能对现役电缆整体绝缘状态进行无损评估，并且与
PDC
测量方法相比大幅度降低了现场测量时间，同时也极大程度上降低了由于单次长时间测量带来的现场环境条件变化对测量结果的影响
。
[0010]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0011]一种基于同轴模态波速度测量的现役电缆绝缘评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0012]S1、
测量待评估三相电缆系统宽频下的电压波形与时间，以获得测量数据；
[0013]S2、
根据所述测量数据计算出所述待评估三相电缆系统的三种同轴模态波速度；
[0014]S3、
获取相同型号未服役与临近退役的电缆的绝缘材料的介电常数；
[0015]S4、
基于所述介电常数，利用波过程理论计算未服役电缆与临近退役电缆的三种同轴模态波速度；
[0016]S5、
比较所述待评估三相电缆系统的同轴模态波速度与步骤
S4
的计算结果，评估所述待评估三相电缆系统的整体绝缘老化状态
。
[0017]优选地，步骤
S1
中所述测量数据包括三种同轴模态首尾两端的电压波形与时间
。
[0018]优选地，步骤
S2
中三种同轴模态波速度的计算方法如下：
[0019][0020][0021][0022]其中：
v1、v2、v3分别为三相电缆三种同轴模式的暂态波速度；
L
为被测电缆系统的全长；
τ1、
τ2、
τ3分别为三种同轴模式下尾端测量到电压的时刻与首端测量到电压的时刻之间的时间差
。
[0023]优选地，步骤
S4
中的计算方法包括如下步骤：
[0024]S41、
计算出在与被测电缆系统敷设环境相同的三相电缆系统的阻抗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于同轴模态波速度测量的现役电缆绝缘评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、
测量待评估三相电缆系统宽频下的电压波形与时间，以获得测量数据；
S2、
根据所述测量数据计算出所述待评估三相电缆系统的三种同轴模态波速度；
S3、
获取相同型号未服役与临近退役的电缆的绝缘材料的介电常数；
S4、
基于所述介电常数，利用波过程理论计算未服役电缆与临近退役电缆的三种同轴模态波速度；
S5、
比较所述待评估三相电缆系统的同轴模态波速度与步骤
S4
的计算结果，评估所述待评估三相电缆系统的整体绝缘老化状态
。2.
根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，优选的，步骤
S1
中所述测量数据包括三种同轴模态首尾两端的电压波形与时间
。3.
根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤
S2
中三种同轴模态波速度的计算方法如下：方法如下：方法如下：其中：
v1、v2、v3分别为三相电缆三种同轴模式的暂态波速度；
L
为被测电缆系统的全长；
τ1、
τ2、
τ3分别为三种同轴模式下尾端测量到电压的时刻与首端测量到电压的时刻之间的时间差
。4.
根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤
S4
中的计算方法包括如下步骤：
S41、
计算出在与被测电缆系统敷设环境相同的三相电缆系统的阻抗矩阵参数和导纳矩阵参数：
[Z]
＝
[Z
i
]+[Z0]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)[Y]
＝
s
·
[P]
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)[P]
＝
[P
i
]+[P0]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)s
＝
j
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
其中：
[Z]
为三相电缆系统的阻抗矩阵；
[Z
i
]
为三相电缆系统的自阻抗矩阵；
[Z0]
为三相电缆系统的大地返回阻抗矩阵；
[Y]
为三相电缆系统的导纳矩阵；
[P]
为三相电缆系统的势系数矩阵；
[P
i
]
为三相电缆系统的自势系数矩阵；
[P0]
为三相电缆系统的空间势系数矩阵，若电缆系统的敷设方式为直埋电缆，则该项值为0；
ω
为系统角频率，
ω
＝2π
f
，其中
f
为注入正弦信号的频率

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊瑶，胡钰骁，徐阳，王毅松，金琰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：