基于PDC法的XLPE电缆绝缘水树老化诊断结构的制作方法

本实用新型涉及一种基于PDC法的XLPE电缆绝缘水树老化诊断结构。

背景技术：

交联聚乙烯(Crosslinked Polyethylene，XLPE)电缆由于其优良的机械性能和电气性能，成为应用最为广泛的电缆类型。电缆在运行过程中会发生绝缘老化，其中水树老化是导致电缆绝缘失效的主要原因，所以发展XLPE电缆绝缘水树老化诊断技术对于提高电力系统稳定性具有重大意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，基于PDC法的XLPE电缆绝缘水树老化诊断结构。本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

一种基于PDC法的XLPE电缆绝缘水树老化诊断结构，包括扩展Debye模型以及PDC检测装置，所述的扩展Debye模型包括电缆体电阻R0、电缆体电容C0以及若干组电阻Ri和电容Ci串联构成的表征电缆体自身特性的支路，电缆体电阻R0、电缆体电容C0以及电阻Ri和电容Ci串联构成的表征电缆自身特性的支路依次呈并联连接设置在电缆体外半导体电层和电缆内半导体电层之间，所述的扩展Debye模型每组支路的电阻Ri和电容Ci分别并联设置有对应的等效支路，所述的等效支路由分别表征由于陷阱的作用引起支路变化电阻Rdi和变化电容Cdi构成，所述的变化电阻Rdi串联一个理想二极管Di并联设置在电阻Ri两端，所述的变化电容Cdi串联一个理想二极管Di并联设置在Ci两端，所述的PDC检测装置的高压输入接口与电缆体的缆芯电连接，PDC检测装置的电流输入接口与电缆体的屏蔽层电连接。

进一步的：所述的PDC检测装置包括高压电源、稳压电容C、继电器、保护电阻R以及保护电阻R’，所述的继电器设置有K1和K2两个触点，使得继电器开关与K1触点接触时，所述的稳压电容C两端连接设置高压电源，所述的稳压电容C、保护电阻R、电缆体的缆芯、内半导电层、XLPE绝缘、外半导电层、金属屏蔽层以及静电计构成闭合电路，继电器开关与K2触点接触时，护电阻R’、保护电阻R、电缆体的缆芯、内半导电层、XLPE绝缘、外半导电层、金属屏蔽层以及静电计构成闭合电路。

进一步的：所述的扩展Debye模型还包括两组防泄漏环，所述的电缆体待测段外半导体层端面均套设固定有防泄漏环，所述的两组防泄漏环导电连接并与稳压电容C连接。

进一步的：所述的静电计以及电缆体的金属屏蔽层接地。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

(1)基于PDC法有效的检测电缆水树老化造成的缺陷原理,解决了传统的Debye模型在极化状态下注入的空间电荷会被绝缘内部的陷阱束缚，在去极化时释放不出来的情况，基于水树具有近似二极管PN结的特性，通过等效支路，能够表征由于水树老化造成的陷阱所束缚的空间电荷量，根据其随电压幅值的增长表现的非线性变化特性能够反映电缆的老化程度，因此可通过检测第三支路的二极管电容Cd3诊断电缆的水树老化状态，提高检测的准确性。

(2)同时为了防止沿面泄漏电流的影响，在电缆的沿面上安装防泄漏环，沿面泄漏电流经过防泄漏环直流流回电源侧，而不经过电流测量模块；

附图说明

图1是本实用新型实施例的传统的Debye模型电路图。

图2是本实用新型实施例的扩展Debye模型电路图。

图3是本实用新型实施例二极管表征水树老化特性的等效模型。

图4是本实用新型实施例PDC检测装置电路图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

参见图1-图4，本实施例一种基于PDC法的XLPE电缆绝缘水树老化诊断结构，包括扩展Debye模型以及PDC检测装置，所述的扩展Debye模型包括电缆体电阻R0、电缆体电容 C0以及若干组电阻Ri和电容Ci串联构成的表征电缆体自身特性的支路，电缆体电阻R0、电缆体电容C0以及电阻Ri和电容Ci串联构成的表征电缆自身特性的支路依次呈并联连接设置在电缆体外半导体电层和电缆内半导体电层之间，所述的扩展Debye模型每组支路的电阻Ri和电容Ci分别并联设置有对应的等效支路，所述的等效支路由分别表征由于陷阱的作用引起支路变化电阻Rdi和变化电容Cdi构成，所述的变化电阻Rdi串联一个理想二极管Di并联设置在电阻Ri两端，所述的变化电容Cdi串联一个理想二极管Di并联设置在Ci两端，所述的 PDC检测装置的高压输入接口与电缆体的缆芯电连接，PDC检测装置的电流输入接口与电缆体的屏蔽层电连接，传统展Debye模型是用三组电阻-电容串联支路表征XLPE电缆绝缘内三种极化机制，如图1所示。但由于XLPE电缆水树老化的极性效应、整流效应及空间电荷效应可知，极化状态下注入的空间电荷会被绝缘内部的陷阱束缚，在去极化时释放不出来，可以用二极管表征陷阱的束缚电荷特性，表征特性如图2所示。因此基于扩展Debye模型，用二极管表征水树老化特性的等效模型原理如图3所示。此模型的第三支路的二极管电容 Cd3对电缆老化更加敏感，能够表征由于水树老化造成的陷阱所束缚的空间电荷量，且其随电压幅值的增长表现的非线性变化特性能够反映电缆的老化程度，因此可通过检测第三支路的二极管电容Cd3诊断电缆的水树老化状态。

所述的PDC检测装置包括高压电源、稳压电容C、继电器、保护电阻R以及保护电阻R’，所述的继电器设置有K1和K2两个触点，使得继电器开关与K1触点接触时，所述的稳压电容 C两端连接设置高压电源，所述的稳压电容C、保护电阻R、电缆体的缆芯1、内半导电层2、 XLPE绝缘3、外半导电层4、金属屏蔽层5以及静电计构成闭合电路，继电器开关与K2触点接触时，护电阻R’、保护电阻R、电缆体的缆芯1、内半导电层2、XLPE绝缘3、外半导电层4、金属屏蔽层5以及静电计构成闭合电路，图4示PDC检测装置电路图，用于XLPE 电缆极化电流和去极化电流测量。高压电源经稳压电容产生稳定的直流高压；当继电器K1 位置闭合、继电器K2位置断开后，直流高压加在电缆的线芯与金属屏蔽层5之间对电缆进行极化；当继电器K1位置断开、继电器K2位置闭合时，电缆经外回路放电进行去极化过程；为了防止继电器闭合时，瞬时冲击电流过大损坏仪器设备，设置保护电阻R；为了防止继电器，继电器同时闭合造成电源短路，设置保护电阻R'。

所述的扩展Debye模型还包括两组防泄漏环6，所述的电缆体待测段外半导体层端面均套设固定有防泄漏环6，所述的两组防泄漏环6导电连接并与稳压电容C连接，由于测量的极化去极化电流非常微弱，为了防止沿面泄漏电流的影响，在电缆的沿面上安装防泄漏环7，沿面泄漏电流经过防泄漏环6直流流回电源侧，而不经过电流测量模块；采用Keithley 6517B静电计测量极化去极化电流。

所述的静电计以及电缆体的金属屏蔽层5接地。

本实施例中扩展Debye模型选定三组支路作为诊断模型，支路中电阻分别为R1、R2、R3，对应的电容为C1、C2以及C3，所述的对应的变化电阻Rdi、变化电容Cdi以及二极管Di分别为Rd1、Rd2、Rd3；Cd1、Cd2、Cd3；D1、D2、D3；

本实施例依据的检测原理是：随着电压幅值的增加，水树尖端电场畸变愈加严重，导致电极注入的电荷增多，在水分子振动和Maxwell电机械应力的作用下，水分沿着电场方向逐渐贯通水树枝通道，引起水树区域与非水树区域的接触面积增大，陷阱增多，从而导致陷阱束缚的空间电荷增多。而Cd3表征的是陷阱束缚空间电荷的能力，因此随着电场强度的升高，Cd3非线性增大。

本实施例涉及的诊断结构进行XLPE电缆绝缘水树老化诊断步骤为：

(1)采用负极性电压施加在XLPE电缆的线芯与屏蔽层之间，测量电缆的极化电流；将电缆的线芯与屏蔽层进行短接，测量电缆的去极化电流；

(2)依据水树老化电缆的二极管等效模型，对极化电流进行拟合获得水树老化模型极化各支路参数；

(3)依据水树老化电缆的二极管等效模型，对去极化电流进行拟合获得水树老化模型去极化各支路参数；

(4)根据极化支路拟合参数和去极化支路拟合参数获取二极管各支路参数，根据第三支路二极管支路电容Cd3与极化第三支路电容C3的百分比关系初步判断电缆水树老化造成的陷阱状况；

(5)逐渐增加电压幅值，重复(1)～(4)步骤，获得Cd3随电压幅值的变化规律，从而诊断电缆的水树老化状况。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。