一种用于电缆状态评估的无损检测评价方法与流程

本发明属于电缆的检测
技术领域：
，涉及一种用于电缆状态评估的无损检测评价方法。
背景技术：
：电缆作为传输电能的一种重要媒介，其在国内外的发展已经有百余年的历史。随着电缆的广泛应用，电缆的运行状态对电网的稳定运行有着至关重要的作用。目前，在20世纪80年代投运的电缆如今已连续运行30年以上，运行时间在20年以上的电缆数量也很庞大，电力管理部门非常关注这些运行时间很久的电缆的状态。因此，如何准确有效地评估电缆绝缘的状态对于电网的稳定运行十分有意义。国内外很多学者对如何评估电缆绝缘的老化状态已有研究，主要集中于研究材料特性和老化状态之间的关系，但是目前研究方法中，大部分属于破坏性实验，即实验会对试样本身会造成不可恢复的损伤，如拉伸测试、差式扫描量热测试、热分解测试等，并且这些方法只适用于实验室研究，难以现场对电缆的状态进行现场检测分析，这就一定程度上限制了这些研究测试手段在现场使用的可能性。针对上述问题，本课题组发明提出了采用超声波检测并评估电缆状态的无损检测方法，但该方法采用的声速评价法并不能准确反映电缆主绝缘老化最严重处的真实状态。众所周知，运行电缆从最内侧的导体到最外侧的外被层存在着温度梯度，对于电缆主绝缘而言，其内侧温度要高于外侧，因而在电缆运行过程中，主绝缘劣化最严重的地方往往在其内侧。而上述提到的采用超声波检测并评估电缆状态的无损检测方法中的声速是超声波在主绝缘中传播的平均速度，因而声速测量值表示的是主绝缘的整体老化状态，并不能准确反映电缆主绝缘老化最严重处的真实状态，准确性和可靠性较差。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于电缆状态评估的无损检测评价方法，能够能更准确的反映电缆劣化最严重处的老化状态，具有更高的准确度和可靠性。本发明是通过以下技术方案来实现：一种用于电缆状态评估的无损检测评价方法，包括如下步骤：s1，取与待评价运行电缆型号相同的从未使用过的电缆，设置加速老化的温度，对电缆进行加速老化实验；s2，按周期取样，每个周期取样一次，待取出的电缆冷却至室温后，用超声探头置于电缆表面发射脉冲波并接收回波信号，得到不同老化时间对应的电缆回波信号；s3，在电缆回波信号中截取得到电缆主绝缘内表面回波信号，对电缆主绝缘内表面回波信号进行傅里叶变换，在傅里叶变换之后的数据中，找出电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅并记录，得到不同老化时间对应的电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅；s4，通过加速老化的温度反推得到不同老化时间对应的90℃下等效运行年限，绘制90℃下等效运行年限和电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅的关系曲线；s5，现场测试同一型号的运行电缆的回波信号，依照s3和s4处理得出运行电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅，将其与90℃下等效运行年限和电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅的关系曲线进行对比，得到该运行电缆的90℃下等效运行年限，将该运行电缆的90℃下等效运行年限与运行电缆实际运行年限对比，判断运行电缆的运行历史并评估其状态。优选的，s1中，用无水乙醇擦拭清洗电缆表面，然后干燥。优选的，s1中，老化实验采用符合gb/t11026.4-2012规定的单室烘箱进行。优选的，s2中，每个周期测试不低于5个位于电缆不同位置的回波信号，s3中，每个周期测试的电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅为电缆不同位置的电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅的平均值。优选的，s2中，周期数大于等于5。优选的，s3中，对电缆主绝缘内表面回波信号进行加零处理，然后对加零处理后的电缆主绝缘内表面回波信号进行傅里叶变换。优选的，s4中，根据温度每升高8℃，绝缘材料寿命减少一半的规律反推得到加速老化温度下不同老化时间对应的90℃下等效运行年限。优选的，s5中，判断运行电缆的运行历史并评估其状态具体是：若运行电缆的90℃下等效运行年限大于其实际运行年限，说明该运行电缆在运行过程中存在严重过负荷运行情况，整体运行条件不变的情况下，其主绝缘老化状态将比正常运行电缆更为严重，其实际使用寿命将低于90℃下设计使用寿命。若运行电缆的90℃下等效运行年限等于其实际运行年限，说明该运行电缆运行状态正常，整体运行条件不变的情况下，其能够达到90℃下设计使用寿命。若运行电缆的90℃下等效运行年限小于其实际运行年限，说明该运行电缆整体运行状态良好，整体运行条件不变的情况下，其能够达到或超过90℃下设计使用寿命。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明通过对电缆进行加速老化实验，并根据超声波反射原理，测试得到了电缆主绝缘内表面回波信号，通过傅里叶变换得到电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅，结果发现电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅随老化时间的变化而变化，即随老化程度的增加而减小的变化关系，从而可以利用这个变化关系及实际运行电缆的电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅来评价运行电缆的老化情况。通过老化时间反推得到对应的90℃下等效运行年限，从而得到90℃下等效运行年限和电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅的关系曲线，然后通过现场无损超声检测技术获得运行电缆主绝缘内面回波数据，通过计算机软件辅助分析得到该电缆主绝缘内面回波频域下最大振幅数据，与90℃下等效运行年限和电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅的关系曲线对比判断运行电缆的运行历史并评估电缆主绝缘的老化状态。由于电缆主绝缘劣化最严重处往往发生在主绝缘内侧，本发明利用频域分析方法，分析电缆主绝缘内表面的回波信号，以此来判断电缆老化状态，与声速法相比，电缆主绝缘内表面回波信号携带了更多的主绝缘内表面状态信息，因而本发明中的方法能更准确的反映电缆劣化最严重处的老化状态，能更准确反映出主绝缘最薄弱点处的状态，比声速评估的方法具有更高的准确度和可靠性。本发明为判断电缆的运行历史及评估电缆的状态提供了新的方法与依据，本发明提出的检测分析方法为无损评估技术，可以在不破坏运行电缆本身结构的情况下对电缆的状态进行评估，可以用于现场检测分析，为电缆的运行维护提供了便利，对电力电网的安全可靠运行具有重要意义。本发明利用了频域分析方法，可发提取并分析时域下不具有的信息及规律。进一步的，对电缆进行清洗，能去除表面灰尘，保证检测结果的准确性。进一步的，每个周期测试不低于5个位于电缆不同位置的回波信号，每个周期测试的电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅为电缆不同位置的电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅的平均值，这种平行实验的方式，能够保证测试结果的准确性和可靠性。附图说明图1为超声波在不同介质分界面反射示意图。图2为实施例1电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅与90℃下等效运行年限关系图。图3为实施例4电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅与90℃下等效运行年限关系图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。根据超声检测原理，当超声波遇到由声抗不同的介质构成的界面时，将会发生反射现象，如图1所示，采用一个探头兼具发射和接收器件，发射器件发射超声波后，在界面处反射，接收器件就会接收到反射回来的回波信号。电缆的最高使用温度为90℃，根据加速老化规律，一般温度升高8℃，电缆主绝缘的寿命减少一半。通过此规律可以利用加速老化实验(即提高老化温度)来等效90℃下不同运行年限电缆的老化状态。通过发射超声波并接收从电缆主绝缘内表面反射回来的回波信号，利用计算机软件实现fft算法，可以快捷地得到回波信号的频域信息，提取回波信号的幅-频关系，建立电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅与90℃下等效运行年限的关系曲线。之后通过现场采集电缆主绝缘内表面回波信号，对回波信号进行傅里叶变换得到幅-频关系曲线，得到电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅，通过与电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅和90℃下等效运行年限的关系曲线进行对比，评估运行中的电缆的90℃等效运行年限和电缆主绝缘的状态。本发明用于电缆状态评估的无损检测评价方法，具体步骤如下：步骤1，选取某一型号的新电缆，即从未使用过的电缆，采用切割机加工为20-30cm的电缆，用无水乙醇擦拭清洗电缆表面，之后置于烘箱中60-70℃干燥6h；步骤2，根据温度每升高8℃，绝缘材料寿命减少一半的规律设置加速温度并进行加速老化实验，设置周期间隔，并设置多个老化周期，其中老化烘箱采用符合gb/t11026.4-2012规定的单室烘箱；步骤3，按周期取样(每周期取样一或两段电缆)，待电缆自然冷却至室温后，用1-2.5mhz超声探头置于电缆表面发射脉冲波并接收回波信号，根据电缆结构中的层数，确定出回波信号中的电缆主绝缘内表面回波信号，并在接收到的回波信号中截取得到电缆主绝缘内表面回波信号，每周期电缆测试不低于5个位于电缆不同位置的回波信号；步骤4，步骤3中测得的电缆主绝缘内表面回波信号进行加零处理(一般补零至总数据点数达到原始数据点数的5-10倍)；步骤5，用origin2018对步骤4中加零处理后的电缆主绝缘内表面回波信号进行傅里叶变换；傅里叶变换过程中加窗处理选用hanning选项；勾选归一化实部虚部和振幅；步骤6，从步骤5中傅里叶变换之后的数据中，找出电缆主绝缘内表面回波频域下振幅最大值并记录(每个周期取多个不同位置测试结果的平均值，如无特别说明，实施例中提到的电缆主绝缘内表面回波频域下振幅最大值均指平均值)；得到不同老化时间与电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅对应关系；步骤7，根据加速老化温度和老化时间反推得到不同老化时间对应的90℃下等效运行年限，绘制90℃下等效运行年限和电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅的关系曲线；步骤8，现场测试同一型号不同运行年限的电缆回波信号，截取得到运行电缆主绝缘内表面回波信号，依照步骤4、步骤5和步骤6处理得出运行电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅数值，与90℃下等效运行年限和电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅的关系曲线进行对比，判断运行电缆的90℃下等效运行年限(如无特别说明，下文中提到理论寿命均指电缆处于90℃条件下运行时的设计寿命)，根据90℃下等效运行年限与运行电缆实际运行年限对比，判断运行电缆的运行历史并评估其状态。实施例实施例1对a型号的新的xlpe电缆用无水乙醇擦拭清洗，之后置于烘箱中60℃干燥6h，进行170℃加速老化，则加速倍数为210倍，因此设定每周期42.77h(等效于90℃下5年)，共设置老化5个周期，对未老化及老化后的电缆采用1mhz超声探头进行测试。按照技术方案步骤4-6对电缆主绝缘内表面波回波信号进行处理，得到不同老化时间下电缆回波信号的幅—频关系图并分别记录不同周期电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅。建立170℃下老化时间与电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅关系表如表1所示。根据加速老化规律，反推并绘制出90℃下等效运行年限与电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅关系曲线，如图2所示(图2中采用分段线性拟合)。表1170℃老化时间与频域最大振幅关系表将现场实际运行的a型xlpe电缆的测试及处理后的数据与图2的曲线做对比，即可判断现场实际运行的a型xlpe电缆的运行历史并评估电缆的状态。实施例2按照技术方案中的相关步骤，对于某地已运行5年的a型xlpe电缆进行测试，记录运行电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅数值为0.00637，与图2对照，可以判断此运行电缆90℃等效运行年限介于5-10年之间。按照图2的分段线性拟合曲线计算，其90℃下等效运行年限为10-(0.00637-0.00598)/(0.00696-0.00598)*5＝8.010年，其90℃下等效运行年限远大于5年，说明该运行电缆在运行过程中存在严重过负荷运行情况，若整体运行条件不变的情况下，其主绝缘老化状态将比正常运行电缆更为严重，其实际使用寿命将低于90℃下设计的理论使用寿命。实施例3按照技术方案中的相关步骤，对于某地运行13年的a型xlpe电缆进行测试，记录运行电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅数值为0.00527，与图2对照，可以判断此运行电缆90℃下等效运行年限介于10-15年之间。按照图2的分段线性拟合曲线计算，其90℃下等效运行年限为15-(0.00527-0.00482)/(0.00598-0.00482)*5＝13.06年，可以判断其90℃下等效运行年限基本等于实际使用寿命，说明此运行电缆运行状态正常。整体运行条件不变的情况下，此运行电缆可以达到90℃下的设计使用寿命。实施例4对b型号的新的xlpe电缆用无水乙醇擦拭清洗，之后置于烘箱中70℃干燥6h，进行130℃加速老化，加速倍数为25倍，设定每周期57.03天(等效为90℃下的5年)，共设置老化5个周期，对未老化及老化后的电缆采用2.5mhz超声探头进行测试。按照技术方案步骤4-6对电缆主绝缘内表面回波信号进行处理，得到不同老化时间下电缆主绝缘内表面回波信号的幅—频关系图并分别记录不同周期电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅。建立130℃老化时间与电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅关系表如表2所示。根据加速老化规律，反推并制作出90℃下等效运行年限与电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅关系曲线，如图3所示(图3中采用分段线性拟合)。表2130℃老化时间与频域最大振幅关系表老化时间(d)频域最大振幅00.0068357.030.00544114.060.00489171.090.00398228.120.00315285.150.00190将现场实际运行的b型xlpe电缆的测试及处理后的数据与图3的曲线做对比，即可判断运行电缆的运行历史并评估电缆的状态。实施例5按照技术方案中的步骤2到步骤6，对于某地已运行14年的b型xlpe电缆进行测试，记录运行电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅数值为0.00455，与图3对照，可判断此运行电缆90℃下等效运行年限介于10-15年之间。按照图3的分段线性拟合曲线计算，其90℃下等效运行年限为15-(0.00455-0.00398)/(0.00489-0.00398)*5＝11.87年，可以判断其90℃下等效运行年限小于实际使用寿命，说明此运行电缆整体运行状态良好。整体运行条件不变的情况下，此运行电缆可以达到甚至超过90℃下设计使用寿命年限。实施例6按照技术方案中的步骤2到步骤6，对于某地已运行25年的b型xlpe电缆进行测试，记录运行电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅数值为0.00101，与图3对照，可判断此运行电缆90℃下等效运行年限位于25年之上。由于本发明中未进行30年的等效老化测试，无法通过图3的线性拟合曲线计算此运行电缆90℃下等效运行年限。但通过90℃等效运行25年b型xlpe电缆频域下最大振幅数值为0.00190可以判断，此运行电缆可能存在严重的过负荷运行历史，其90℃下等效运行年限可能已达到或已超过90℃下的设计使用寿命，需要更换运行电缆或者在此后运行中需要重点关注该运行电缆的运行状态，以防止发生安全事故。另本实施例中虽然无法计算90℃下等效运行年限超过25年的运行电缆的具体90℃下等效运行年限数值，但这并不代表本发明所提出方法存在此缺陷。由于现实中收集的运行年限超过25年的退役电缆并不多见，故而本发明在实验时未开展25年以上等效老化周期的实验及测试，如根据实际情况确实需要此数据，仅需在实施例5中多添加几个老化周期即可实现，且实施例1和实施例5中的老化周期均可以间隔更小，以实现所绘制的关系图具有更高分辨力及更准确的分析结果的目的。实施例7按照技术方案中的相关步骤，对于某地已运行3年的b型xlpe电缆进行测试，记录运行电缆主绝缘内表面回波频域下最大振幅数值为0.00602，与图3对照，可判断此运行电缆90℃下等效运行年限介于0-5年之间。按照图3的分段线性拟合曲线计算，其90℃下等效运行年限为5-(0.00602-0.00544)/(0.00683-0.00544)*5＝2.91年，可以判断其90℃下等效运行年限略小于实际使用年限，说明此运行电缆整体运行状良好，未发严重老化。整体运行条件不变的情况下，此运行电缆服役时间可以达到甚至略超过90℃下设计使用寿命年限。当前第1页12