基于冲击阻抗特征参数的中压电力电缆的绝缘状态在线监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于冲击阻抗特征参数的中压电力电缆的绝缘状态在线监测方法，该方法包括在电缆接头处投切高压电容器，从而产生操作过电压，由高频分压器和高频电流互感器将高电压和大电流转变为低电压和小电流，并通过高速数据采集装置同步采集冲击电压和电流，将所采集的数据传送并存储在计算机上，同时进行快速傅立叶变换，将变换所得到的频域的电压除以频域的电流，计算出冲击阻抗，然后分别求取冲击阻抗的幅频和相频的最小值，使之与各自的设定值进行比较，若其中之一低于设定值，即为绝缘降低，输出绝缘状态在线监测结果，最后循环以上步骤，实时在线监测，本发明可监测到低压下无法暴露的缺陷，保证电力电缆运行的安全可靠。
【专利说明】基于冲击阻抗特征参数的中压电力电缆的绝缘状态在线监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于冲击阻抗特征参数的中压电力电缆的绝缘状态在线监测方法，属于电力系统绝缘监测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电力电缆在城市电网中使用广泛，电缆由于使用期间的电、热、机械和环境应力的影响而老化，监测电缆绝缘状态，确保电缆安全运行的任务越来越重。对于1kV电压等级的电缆绝缘状况监测，目前主要采取停电后对电缆施加直流高压进行预防性试验。由于1kV电缆数量庞大，负荷太重，很难停电，试验工作量巨大，电缆绝缘监测任务难以完成。传统的电缆停电预防性试验方法试验周期长，且会造成停电损失。目前在线监测方法主要有直流成分法、直流叠加法、tan δ法、交流叠加法、低频叠加法、谐波分量法和局部放电法等。对XLPE电缆采用的在线监测方法较为成熟和广泛应用的是直流叠加法、tan δ法和局部放电法，上海电缆研究所开发的直流成分法与直流叠加法在线监测电缆绝缘状况已试运行数年，但目前尚未将该测试装置进行商业化运行。国内各大高校研究电缆在线监测技术，包括直流成分电流、绝缘电阻测量、介质损耗角正切的测量以及局部放电等，取得了一定的成果。国内外已开发或研究中的XLPE电缆在线检测方法有多种，但真正进入实用化推广的还比较少见，但在一些国家已经有很好的应用经验。新加坡是国际推行状态检测比较好的国家，其电缆设备局部放电测量工作已经有很好的应用经验，但对于在线监测技术，可靠性仍有待进一步提闻。
[0003]中国专利CN201210199927.7 “交联聚乙烯电缆绝缘监测和寿命预测方法”以交联聚乙烯电缆的漏电流、绝缘电阻和介质损耗角之一作为被检测量，通过实时计算检测量的突变率实现对电缆绝缘劣化过程的监测。中国专利CN200910081348.7“基于行波电气量量测的电力电缆在线绝缘监测方法”实时采集变电站同一母线上连接的所有电缆线路上量测到的行波电气量，同时监测所有电缆线路上是否发生扰动，并进行扰动时间计算，与预设时间比对，得出电缆绝缘状态监测结果。基于额定电压下的绝缘状态监测，其电压较低，缺陷难以暴露，而电缆的绝缘击穿主要是在过电压作用下，因此，作为额定电压下的绝缘参数很难准确反映绝缘的真实状态。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种基于冲击阻抗特征参数的中压电力电缆的绝缘状态在线监测方法，其特点是通过监测电缆中出现的过电压(雷电过电压或操作过电压)和瞬变电流，计算电缆的冲击阻抗来判断电缆的绝缘状况，实现对电缆绝缘状态的在线监测。它可以监测到低电压下无法暴露的缺陷，从而保证电力电缆的安全、可靠运行。
[0005]基于冲击阻抗特征参数的中压电力电缆的绝缘状态在线监测方法包括以下步骤:
[0006]第一步:在电缆接头处投切高压电容器；
[0007]第二步:通过高速数据采集装置同步采集高频分压器和高频电流互感器所获取的冲击电压和电流；
[0008]第三步:将高速数据采集装置所采集的数据传送并存储在计算机上；
[0009]第四步:将冲击电压和电流的数据分别进行快速傅立叶变换；
[0010]第五步:利用频域的电压除以频域的电流，得到冲击阻抗；
[0011]第六步:分别求取冲击阻抗的幅频和相频的最小值；
[0012]第七步:将幅频和相频的最小值分别与各自的设定值进行比较，若其中之一低于设定值，则该电缆有缺陷，输出绝缘状态在线监测结果，否则不输出，最终都将返回第一步。
[0013]本发明的特点及有益效果:
[0014]通过施加过电压的方式，可以监测低电压下无法暴露的缺陷，提高电力电缆的安全稳定运行。通过冲击阻抗的幅频与相频独立进行判断，且其中之一最小值低于设定值，均可输出电力电缆的绝缘状态在线监测结果，可靠性得到提高。
[0015]说明书附图
[0016]图1为本发明的中压电力电缆绝缘状态在线监测的流程框图
[0017]1、投切高压电容器，2、冲击电压和电流的采集，3、传送并存储，4、快速傅立叶变换，5、计算冲击阻抗，6、得到冲击阻抗幅频特性的最小值，7、幅频最小值与设定值比较，8、得到冲击阻抗相频特性的最小值，9、相频最小值与设定值比较，10、输出绝缘状态在线监测结果。
[0018]图2为本发明的中压电力电缆绝缘状态在线监测实施的原理图
[0019]11、高压电容器，12、投切开关，13、高频分压器，14、高频电流互感器，15、电力电缆，16、高速数据采集装置，17、计算机。
[0020]图3a为无缺陷出现的冲击阻抗幅频特性曲线
[0021]图3b为有缺陷出现的冲击阻抗幅频特性曲线
[0022]图4a为无缺陷出现的冲击阻抗相频特性曲线
[0023]图4b为有缺陷出现的冲击阻抗相频特性曲线
【具体实施方式】
[0024]下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
[0025]实施例
[0026]如图1所示，投切高压电容器I与冲击电压和电流的采集2连接，冲击电压和电流的采集2与传送并存储3连接，传送并存储3与快速傅立叶变换4连接，快速傅立叶变换4与计算冲击阻抗5连接，计算冲击阻抗5与得到冲击阻抗幅频特性的最小值6，得到冲击阻抗幅频特性的最小值6与幅频最小值与设定值比较7连接，幅频最小值与设定值比较7与输出绝缘状态在线监测结果10连接，计算冲击阻抗5与得到冲击阻抗相频特性的最小值8连接，得到冲击阻抗相频特性的最小值8与相频最小值与设定值比较9连接，相频最小值与设定值比较9与输出绝缘状态在线监测结果10连接，输出绝缘状态在线监测结果10与投切高压电容器I连接。
[0027]如图2所示，高压电容器11高压端与投切开关12连接，投切开关12与高频分压器13高压端、电力电缆15输入端连接，高频电流互感器14位于投切开关12、高频分压器13高压端和电力电缆15输入端连接处，高频分压器13和高频电流互感器14的输出信号端与高速数据采集设备16的输入端连接，高速数据采集设备16的输出端与计算机17输入端连接。
[0028]基于冲击阻抗特征参数的电力电缆绝缘状态监测方法包括以下步骤:
[0029]第一步:通过控制投切开关的合闸相位，然后在电缆接头处投切高压电容器；
[0030]第二步:通过高速数据采集装置同步采集高频分压器和高频电流互感器所获取的冲击电压和电流，高速数据采集设备的垂直分辨率12bit，采样速率20MHz (垂直分辨率至少lObit，采样速率至少1MHz)，高频分压器按其可能出现的最大电压并按1.2的裕度选择，高频电流互感器根据其线路可能出现的最大电流并按1.2的裕度选择；
[0031]第三步:将高速数据采集装置所采集的数据通过数据线传送并存储在计算机上；
[0032]第四步:将冲击电压U和电流i的数据利用软件分别进行快速傅立叶变换，即FFT(U)和 FFT (i),其中 FFT (U)包括幅频 Amplitude (U)和相频 Phase (u), FFT (i)包括幅频Amplitude (i)和相频 Phase (i)；
[0033]第五步:利用频域的电压除以频域的电流，即Amplitude (u)/Amplitude⑴得到冲击阻抗的幅频特性Amplitude(f), Phase (u) -Phase (i)得到冲击阻抗的相频特性Phase (f)；
[0034]第六步:在频率500Hz-8.5MHz之间，分别求取冲击阻抗的幅频Amplitude (f)和相频 Phase (f)的最小值 Amplitude (f)min 和 Phase (f)min ；
[0035]第七步:将幅频的最小值Amplitude (f)min与其设定值80进行比较，相频的最小值Phase (f)min与其设定值O进行比较，如图3和图4所示，若其中之一低于设定值，则该电缆有缺陷，输出绝缘状态监测结果，最终都将返回第一步。
【权利要求】
1.一种基于冲击阻抗特征参数的中压电力电缆的绝缘状态在线监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 第一步:在电缆接头处投切高压电容器； 第二步:通过高速数据采集装置同步采集高频分压器和高频电流互感器所获取的冲击电压和电流； 第三步:将高速数据采集装置所采集的数据传送并存储在计算机上； 第四步:将冲击电压和电流的数据分别进行快速傅立叶变换； 第五步:利用频域的电压除以频域的电流，得到冲击阻抗； 第六步:分别求取冲击阻抗的幅频和相频的最小值； 第七步:将幅频和相频的最小值分别与各自的设定值进行比较，若其中之一低于设定值，则该电缆有缺陷，输出绝缘状态在线监测结果，最终都将返回第一步。
【文档编号】G01R27/02GK104237639SQ201410548699
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】周旋, 魏长明, 毛欣, 刘华, 夏维建 申请人:国网重庆市电力公司永川供电分公司