一種電纜絕緣介質(zhì)譜檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備電纜絕緣介質(zhì)譜檢測方法及檢測裝置，特別是涉及一種 適用于電力電纜絕緣介質(zhì)譜檢測方法及檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，為了改善城市環(huán)境，保障電網(wǎng)的安全可靠運行，配電電纜正逐步替代傳統(tǒng) 的架空線，越來越廣泛的應(yīng)用于配電網(wǎng)建設(shè)中。然而隨著近年來我國電纜制造行業(yè)技術(shù)進(jìn) 步以及城市輸配電網(wǎng)大量采用地下電力電纜，由于電力電纜本體絕緣制造缺陷、電纜及附 件施工安裝質(zhì)量缺陷和電纜附件制造質(zhì)量缺陷導(dǎo)致電纜線路運行故障的現(xiàn)象日益嚴(yán)重。由 于電纜埋于地下，一旦出現(xiàn)故障，其故障查找非常困難、耗時長，影響電網(wǎng)的正常運行，造成 較大的經(jīng)濟(jì)損失，對居民的日常生活、生產(chǎn)部門的日常生產(chǎn)以及其他社會非生產(chǎn)部門的照 常運轉(zhuǎn)造成諸多不便。
[0003] 國內(nèi)外已有了大量不同種類的電纜絕緣狀態(tài)檢測技術(shù)。相比較可以看出，超低頻 電壓檢測技術(shù)有著其他幾種檢測技術(shù)沒有的優(yōu)點，在保證測試設(shè)備體積輕便的基礎(chǔ)上，能 準(zhǔn)確的反映出tanS的變化，更為重要的是，超低頻下電纜的tanS值與其水樹化程度呈現(xiàn) 很好的相關(guān)性，而在較高頻率下兩者的關(guān)系并不明顯，因此，超低頻檢測技術(shù)在電纜水樹枝 老化檢測上更有著很大的優(yōu)勢。按照美國電機學(xué)會給出的超低頻試驗導(dǎo)則，適用于配電電 纜超低頻檢測的電壓波形有四種：余弦方波，正弦波，雙極性矩形波，調(diào)制的其他正負(fù)極性 變化的直流階躍波。超低頻正弦波產(chǎn)生或需要調(diào)制和解調(diào)的過程，對濾波功能要求較高，要 么使用旋轉(zhuǎn)電機，體積龐大，不夠靈活；而余弦方波產(chǎn)生過程中開關(guān)的控制策略復(fù)雜，需要 時刻判斷電容峰值。矩形波類似于直流耐壓試驗，僅僅是多了 5s-次的換向過程，無法很 好的等效電纜的正常工作狀態(tài)，而調(diào)制的直流階躍波需要更加復(fù)雜的工業(yè)數(shù)字控制技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種控制結(jié)構(gòu)簡單，能測試多頻率下介質(zhì)損耗無 法得到介質(zhì)譜函數(shù)的，對電纜損傷更小的電纜絕緣介質(zhì)譜檢測方法及裝置。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種電纜絕緣介質(zhì)譜檢測方法，具體方法為：在被 檢測電纜上施加周期變化的指數(shù)波形電壓；在指數(shù)波的上升沿或下降沿通過波形電壓和電 流的頻域相位關(guān)系計算被檢測絕緣電纜的介質(zhì)損耗正切值曲線；
[0006] 所述周期變化的指數(shù)波形電壓的波形滿足以下表達(dá)式：
[0008] 其中，U。為所述周期變化的指數(shù)波形電壓的波形；Vin為預(yù)設(shè)的電壓幅值；a為指數(shù) 波形衰減參數(shù)，其值由指數(shù)波形激勵源設(shè)定參數(shù)與被檢測電纜電容容值和絕緣電阻參數(shù)決 定；t。~1 4依次等時間間隔分布。
[0009] 作為優(yōu)選，所述計算被檢測絕緣電纜的介質(zhì)損耗正切值曲線的具體方法為：將被 檢測絕緣電纜兩端采樣得到的電壓和電流波形進(jìn)行信號提取，提取上升沿信號間的電壓電 流波形信號，并對其進(jìn)行傅里葉變換，得到電壓和電流頻域幅值相位波形，進(jìn)而計算二者的 相位差S，計算tan δ即可得到被檢測絕緣電纜的介質(zhì)損耗正切值隨頻率變化的曲線（即 介質(zhì)譜函數(shù)）。
[0010] 作為優(yōu)選，所述方法還包括：提高施加電壓等級，直至達(dá)到被檢測電纜最高允許施 加電壓值或加壓過程中發(fā)現(xiàn)擊穿現(xiàn)象或潛在擊穿風(fēng)險，并記錄該最高電壓值。
[0011] 作為優(yōu)選，所述方法還包括：隨著電纜壽命增長重復(fù)所述提高施加電壓等級的耐 壓檢測，根據(jù)隨著電纜壽命增長發(fā)生的耐壓變化趨勢與數(shù)據(jù)分散性，對被檢測電纜的絕緣 狀態(tài)進(jìn)彳丁評估。
[0012] 作為優(yōu)選，所述方法還包括：根據(jù)介質(zhì)損耗檢測和耐壓檢測結(jié)果，對被檢測電纜的 絕緣狀態(tài)進(jìn)行評估。
[0013] -種電纜絕緣介質(zhì)譜檢測裝置，其特征在于，包括；
[0014] 指數(shù)波形電壓激勵源，用于產(chǎn)生周期變化的指數(shù)波形電壓，并施加在被檢測絕緣 電纜上；
[0015] 耦合采樣單元，在指數(shù)波的上升沿或下降沿采集指數(shù)波波形電壓和電流；
[0016] 介質(zhì)譜計算模塊，通過所采集的波形電壓和電流的頻域相位關(guān)系計算被檢測絕緣 電纜的介質(zhì)損耗正切值曲線。
[0017] 作為優(yōu)選，還包括絕緣狀態(tài)評估模塊，根據(jù)介質(zhì)損耗檢測和耐壓檢測結(jié)果，對被檢 測電纜的絕緣狀態(tài)進(jìn)行評估。
[0018] 作為優(yōu)選，所述指數(shù)波形電壓激勵源包括交流變壓器、半導(dǎo)體開關(guān)模塊、波形適應(yīng) 模塊和總控單元；所述交流變壓器的兩個輸入端通過一次側(cè)切斷裝置與交流電源相連；所 述變壓器的兩個輸出端，一端通過保護(hù)電阻與半導(dǎo)體開關(guān)模塊相連，另一端接地；所述半導(dǎo) 體開關(guān)模塊通過高壓硅堆與波形適應(yīng)模塊相連；所述半導(dǎo)體開關(guān)模塊包括第一半導(dǎo)體開關(guān) 模塊和第二半導(dǎo)體開關(guān)模塊；所述第一半導(dǎo)體開關(guān)模塊僅在正向充電回路與反向放電回 路中工作；所述第二半導(dǎo)體開關(guān)模塊僅在正向放電回路與反向充電回路中工作；所述波形 適應(yīng)模塊包括，與高壓娃堆相連的第一輸入端和與交流變壓器另一輸出端相連的第二輸入 端；所述波形適應(yīng)模塊還包括與被檢測絕緣電纜線芯相連的第一輸出端和與被檢測絕緣電 纜接地線極相連的第二輸出端；所述總控單元與控制一次切斷裝置相連，在放電階段切斷 電源，同時短路變壓器一次側(cè)；所述總控單元與第一和第二半導(dǎo)體開關(guān)模塊相連，來調(diào)節(jié)施 加于被檢測絕緣電纜上的指數(shù)電壓的頻率；所述總控單元與波形適應(yīng)模塊相連，來調(diào)節(jié)施 加于被檢測絕緣電纜上的指數(shù)電壓的波形形狀；
[0019] 所述交流變壓器的輸出電壓為0到30kV。
[0020] 作為優(yōu)選，所述第一或第二半導(dǎo)體開關(guān)模塊包括10個以上IGBT開關(guān)單元串聯(lián)結(jié) 構(gòu)的電子電力開關(guān)，每個IGBT開關(guān)單元結(jié)構(gòu)包括依次相連的隔離變壓器、IGBT驅(qū)動電路、 IGTB芯片和緩沖保護(hù)電路；總控單元與IGBT驅(qū)動電路相連。
[0021] 作為優(yōu)選，所述波形適應(yīng)模塊包括連接于兩個輸入端或兩個輸出端之間的隔離電 容；還包括串聯(lián)與第一輸入端和第一輸出端之間的兩個以上的IGBT模塊；所述IGBT模塊 包括第一 IGBT晶體管和第二IGBT晶體管兩個IGBT晶體管和一個參數(shù)調(diào)節(jié)電阻；所述第一 IGBT晶體管的發(fā)射極連接于參數(shù)調(diào)節(jié)電阻一端，集電極連接于參數(shù)電阻的另一端；所述第 二IGBT晶體管的集電極連接于所述參數(shù)調(diào)節(jié)電阻一端，發(fā)射極連接于所述參數(shù)電阻的另 一端；總控單元與所有IGBT晶體管的門極相連，控制每個IGBT晶體管的開斷。
[0022] 作為優(yōu)選，所述耦合采樣單元包括電流采樣電阻和電阻分壓器；所述電流采樣電 阻一端與被檢測絕緣電纜的金屬屏蔽層相連，另一端接地；所述電阻分壓器的一端與被檢 測絕緣電纜的線芯相連，另一端接地。
[0023] 作為優(yōu)選，所述電阻分壓器包括串聯(lián)的高壓電阻阻隔電阻和低壓電阻阻隔電阻， 所述高壓電阻阻隔電阻的一端與被檢測絕緣電纜的線芯相連。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1、采用指數(shù)波形電壓激勵進(jìn)行耐壓檢測， 檢測設(shè)備體積小，更加輕便；激勵源設(shè)備體積小，試驗回路包含的功能單元數(shù)量少，通過設(shè) 計合理結(jié)構(gòu)的電力電子開關(guān)還能夠進(jìn)一步縮小體積，減小重量；2、指數(shù)波形交流電壓存在 電壓換向，不存在電荷累積效應(yīng)；3、指數(shù)波電壓換向過程比余弦方波更慢，比正弦波快，是 一種對電纜損傷更小的檢測電壓；3、激勵源波形形狀能夠隨被檢測絕緣電纜不同而發(fā)生適 應(yīng)性變化，激勵電壓等級可調(diào)，能夠充分、全面的對試品電纜進(jìn)行絕緣狀態(tài)評估，具有重要 的工程實用價值。4、指數(shù)波電壓包含的頻域分量更多，通過探索tan δ的計算算法，可以用 于檢測高壓配電電纜的介質(zhì)譜，這是正弦波電壓所不具備的；5、能夠直接對試品進(jìn)行耐壓 測試。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明其中一實施例采用的指數(shù)波形形狀示意圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明其中一實施例的指數(shù)波形電壓激勵源結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖3為本發(fā)明其中一實施例的半導(dǎo)體開關(guān)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖4為本發(fā)明其中一實施例的波形適應(yīng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖5為本發(fā)明其中一實施例的耦合單元結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0031] 本說明書（包括摘要和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效 或者具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類 似特征中的一個例子而已。
[0032] -種電纜絕緣介質(zhì)譜檢測方法，具體方法為：在被檢測電纜上施加周期變化的指 數(shù)波形電壓；在指數(shù)波的上升沿通過波形電壓和電流的頻域相位關(guān)系計算被檢測絕緣電纜 的介質(zhì)損耗正切值曲線；
[0033] 如圖1所示，所述周期變化的指數(shù)波形電壓的波形滿足以下表達(dá)式：
[0035] 其中，U。為所述周期變化的指數(shù)波形電壓的波形；Vin為預(yù)設(shè)的電壓幅值；a為指數(shù) 波形衰減參數(shù)，其值由指數(shù)波形激勵源（如圖4所示，在本具體實施例中，通過IGBT晶體管 的開關(guān)選擇性動作，對傳入指數(shù)波形電壓激勵源的電阻阻值進(jìn)行變化，達(dá)到修改a值進(jìn)而 調(diào)節(jié)施加于被檢測絕緣電纜兩端指數(shù)波電壓波形的目的。）設(shè)定參數(shù)與被檢測電纜電容容 值和絕緣電阻參數(shù)決定；t。~1 4依次等時間間隔分布。
[0036] 在本具體實施例中，所述指數(shù)波形電壓為0.1 Hz周期變化，1。~14依次等時間間 隔分布，每個時間間隔持續(xù)2. 5s，電壓波形周期為10s。
[0037] 所述計算被檢測絕緣電纜的介質(zhì)損耗正切值曲線的具體方法為：將被檢測絕緣 電纜兩端采樣得到的電壓和電流波形進(jìn)行信號提取，提取上升沿信號間的電壓電流波形信 號，并對其進(jìn)行傅里葉變換，得到電壓和電流頻域幅值相位波形，進(jìn)而計算二者的相位差 δ，計算tan δ即可得到被檢測絕緣電纜的介質(zhì)損耗正切值隨頻率變化的曲線（即介質(zhì)譜 函數(shù)）。
[0038] 在本具體實施例中，為一段長度為X的被檢測絕緣電纜施加預(yù)設(shè)過波形參數(shù)a和 電壓等級的指數(shù)波電壓，通過耦合采樣單元采集到被檢測絕緣電纜單相電壓波形，電流波 形。將三組數(shù)據(jù)按照上文定義的〖。一〖4分為4段，在本具體實施例中，t 243用來 分析被檢測絕緣電纜的介質(zhì)譜特性。對h-tJP 12_t3的電壓電流波形分別進(jìn)行傅里葉變 換，得到兩段時間內(nèi)電壓、電流波形的頻域波形，求取兩波形的相位差隨頻率f的變化曲線 S (f)，