一種電纜運(yùn)行狀態(tài)診斷方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電纜診斷技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電纜運(yùn)行狀態(tài)診斷方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電纜在現(xiàn)代大型電氣系統(tǒng)的電能及通訊信號(hào)傳輸中起著極其重要的作用。運(yùn)行中 的電纜易發(fā)生永久性故障，電纜故障一旦發(fā)生，將導(dǎo)致大型電氣系統(tǒng)停運(yùn)甚至失控，造成嚴(yán) 重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。
[0003] 城市供電系統(tǒng)中的電力電纜敷設(shè)在電纜溝或直接埋于地下，敷設(shè)環(huán)境與使用狀態(tài) 會(huì)極大的影響電纜壽命。電力電纜長(zhǎng)期在不同土壤、水分、潮氣、溫度環(huán)境下運(yùn)行，絕緣易受 到腐蝕滲透而發(fā)生絕緣局部老化;地下電力電纜常會(huì)因機(jī)械外力而發(fā)生絕緣破壞，最終導(dǎo) 致電纜永久性故障。據(jù)調(diào)查，高壓電力絕緣電纜的絕緣損壞事故約占高壓電氣設(shè)備事故的 40%左右。
[0004] 飛機(jī)、軌道交通、艦船等大型電氣交通系統(tǒng)對(duì)電纜的安全運(yùn)行提出了更為嚴(yán)格的 要求，在這些電氣系統(tǒng)中電纜擔(dān)任著電能以及控制信號(hào)傳輸?shù)闹鲗?dǎo)作用。1996年7月，由于 飛機(jī)電纜局部過(guò)熱老化產(chǎn)生電火花導(dǎo)致油箱爆炸，使得一架波音747飛機(jī)上的230名乘客無(wú) 一生還。
[0005] 核電站內(nèi)存在大量長(zhǎng)度較短而電壓等級(jí)較高的電纜，核電事故的發(fā)生往往開始于 局部的核泄漏，電纜在高劑量核輻射下其有機(jī)高分子結(jié)構(gòu)將遭破壞而發(fā)生快速老化，將導(dǎo) 致電纜故障而使得和反應(yīng)堆失去控制，最終將導(dǎo)致核電站重大安全事故。
[0006] 可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)電纜運(yùn)行狀態(tài)的診斷意義重大，電纜運(yùn)行狀態(tài)的診斷包括電纜整體運(yùn) 行狀態(tài)評(píng)估、電纜局部潛伏性缺陷定位以及電纜發(fā)生永久性故障后的快速定位，現(xiàn)有的儀 器尚不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述功能，特別是對(duì)于電纜潛伏性缺陷的定位，尚缺少十分可靠的診斷 儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種電纜運(yùn)行狀態(tài)診斷方法及系統(tǒng)，其目的 在于通過(guò)測(cè)量與分析電纜寬頻阻抗譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電纜整體運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估、電纜局部潛伏性 缺陷診斷以及電纜永久性故障快速定位。
[0008] 本發(fā)明提供了一種電纜運(yùn)行狀態(tài)診斷方法，包括下述步驟：
[0009] (1)獲得被測(cè)電纜的幾何參數(shù)和絕緣材料介電函數(shù)，并計(jì)算電纜初始特性參數(shù)，電 纜初始特性參數(shù)包括特征阻抗和傳播系數(shù)；
[001 0] (2)根據(jù)所述電纜初始特性參數(shù)和被測(cè)電纜的長(zhǎng)度獲得測(cè)量頻率范圍（fi?，fup)， 通過(guò)在被測(cè)電纜的芯線與地線之間輸入低壓變頻正弦信號(hào)源來(lái)測(cè)量電流信號(hào)，并根據(jù)測(cè)量 的電流信號(hào)計(jì)算電纜輸入阻抗隨頻率變化的曲線，獲得電纜阻抗譜數(shù)據(jù)；
[0011] (3)根據(jù)所述測(cè)量頻率范圍(flOT，fup)對(duì)所述電纜阻抗譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后提取電纜 特性參數(shù)，并獲取電纜局部老化段的數(shù)目及位置；
[0012] (4)根據(jù)阻抗譜數(shù)據(jù)計(jì)算得到電纜整體介電損耗，對(duì)被測(cè)電纜的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn) 行診斷評(píng)估，并根據(jù)電纜局部老化段的數(shù)目及定位起始位置獲得各個(gè)老化段的電導(dǎo)G、電容 C及老化段長(zhǎng)度，并由各個(gè)老化段的電導(dǎo)G、電容C獲得用于表征電纜各老化段絕緣狀態(tài)的介 電損耗，并根據(jù)所述各老化段內(nèi)的介電損耗對(duì)各老化段的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷評(píng)估。
[0013] 更進(jìn)一步地，在步驟(3)中，對(duì)所測(cè)阻抗譜數(shù)據(jù)進(jìn)行廣義正交積分變換，使得積分 變換值在局部缺陷或故障處于完好處出現(xiàn)顯著差異，實(shí)現(xiàn)電纜局部潛伏性缺陷或故障的定 位，獲取電纜局部老化段的數(shù)目及位置。
[0014] 更進(jìn)一步地，
行所述廣義正交積分變換;其中，F(xiàn)(x)為積分變換函數(shù)，fup為測(cè)量頻率范圍的上限值，flOT為 測(cè)量頻率范圍的下限值，ZKf)為長(zhǎng)度為1的電纜首端阻抗幅值或相位頻譜，γ為電纜傳播 系數(shù)，Id為電纜局部缺陷或故障位置，當(dāng)x=ld時(shí)，與X矣Id時(shí)上述乘積積分值a與b差異很大。
[0015] 更進(jìn)一步地，根據(jù)定位函數(shù)
·獲取所述電纜局部老化段的數(shù)目及位 置;其中，F(xiàn)d(x)為發(fā)生局部缺陷后的電纜阻抗譜積分變換函數(shù)，F(xiàn)h(x)為完好電纜在同一負(fù) 載下的阻抗譜積分變換函數(shù)，VA(x)表征電纜傳播系數(shù)隨位置變化的情況；當(dāng)VA(x)恒等于 1.0時(shí)表明電纜不同位置處的傳播系數(shù)相同，即電纜處于完好狀態(tài)，電纜中未出現(xiàn)局部缺陷 或故障；當(dāng)VA(x)不恒等于1.0時(shí)表明電纜局部某一位置處產(chǎn)生缺陷、老化或者出現(xiàn)永久性 故障。
[0016] 更進(jìn)一步地，當(dāng)獲得電纜局部老化段的數(shù)目和位置后，采用迭代的方法獲得各個(gè) 老化段的電導(dǎo)G、電容C及老化段長(zhǎng)度。
[0017]更進(jìn)一步地，迭代的方法具體為：
[0018] (1)根據(jù)各個(gè)老化段復(fù)介電函數(shù)及長(zhǎng)度和含局部缺陷段的電纜首端阻抗計(jì)算模型 獲得首端阻抗譜計(jì)算值；
[0019] (2)判斷阻抗譜計(jì)算值與測(cè)量值之間的差值是否超過(guò)104,若否，則獲得與真實(shí)值 十分接近的老化段復(fù)介電函數(shù)及長(zhǎng)度;若是，則調(diào)整各個(gè)老化段復(fù)介電函數(shù)及長(zhǎng)度，并返回 至步驟(1)繼續(xù)迭代直至阻抗譜計(jì)算值與測(cè)量值相吻合。
[0020] 更進(jìn)一步地，含局部缺陷段的電纜首端阻抗計(jì)算模型包括：
[0021] 其中，Zla為從坐標(biāo)13處看向負(fù)載端的阻抗，ZQh、yt^別為完好段電纜特征阻抗及 傳播系數(shù)，F(xiàn)i為末端反射系數(shù)，Z L為末端負(fù)載，Z〇d、Yd分別為老化段電纜特征阻抗及傳播系 數(shù)，Zlb為從坐標(biāo)lb看向l a的阻抗，r^la處反射系數(shù)，Zi為電纜首端(x=l)處阻抗，Γ3為l b 處反射系數(shù)。
[0022] 更進(jìn)一步地，所述介電損耗 ，其中，G為電纜老化段的電導(dǎo)，C為電纜 老化段的電容，f為頻率。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種電纜運(yùn)行狀態(tài)診斷系統(tǒng)，包括：
[0024] 電纜初始特性參數(shù)管理模塊，用于獲得被測(cè)電纜的幾何參數(shù)和絕緣材料介電函 數(shù)，并計(jì)算電纜初始特性參數(shù)；
[0025] 電纜阻抗譜測(cè)量模塊，用于根據(jù)被測(cè)電纜的長(zhǎng)度選擇測(cè)量頻率范圍（flOT，fup)，通 過(guò)在被測(cè)電纜的芯線與地線之間輸入低壓變頻正弦信號(hào)源來(lái)測(cè)量電流信號(hào)，并根據(jù)測(cè)量的 電流計(jì)算電纜輸入阻抗隨頻率變化的曲線，獲得電纜阻抗譜數(shù)據(jù)；
[0026] 阻抗譜定位分析模塊，用于根據(jù)所述測(cè)量頻率范圍（flOT，fup)對(duì)所述電纜阻抗譜數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理后提取電纜特性參數(shù)，并獲取電纜局部老化段的數(shù)目及位置;以及
[0027] 電纜運(yùn)行狀態(tài)診斷模塊，用于根據(jù)阻抗譜數(shù)據(jù)計(jì)算得到電纜整體介電損耗，對(duì)被 測(cè)電纜的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷評(píng)估。再根據(jù)電纜局部老化段的數(shù)目及定位起始位置獲得 各個(gè)老化段的電導(dǎo)G、電容C及老化段長(zhǎng)度，并由各個(gè)老化段的電導(dǎo)G、電容C獲得用于表征電 纜各老化段絕緣狀態(tài)的介電損耗，并根據(jù)所述各老化段內(nèi)的介電損耗對(duì)各老化段的運(yùn)行狀
態(tài)進(jìn)行診斷評(píng)估。更進(jìn)一步地，所述介電損耗 ，其中，G為電纜老化段的電導(dǎo)，C 為電纜老化段的電容，f為頻率。
[0028] 本發(fā)明提供的電纜運(yùn)行狀態(tài)診斷方法及系統(tǒng)，主要有以下優(yōu)點(diǎn)，
[0029] (1)定位精確高
[0030] 阻抗譜法定位精確度高，能實(shí)現(xiàn)多種類型的局部缺陷、老化及故障的精確定位，且 對(duì)局部缺陷和老化定位的空間分辨率高。
[0031] (2)能夠?qū)崿F(xiàn)多處缺陷的定位。
[0032] 電纜出現(xiàn)多處缺陷時(shí)，局部放電方法對(duì)于多處缺陷的定位中由于反射信號(hào)間的相 互干擾而無(wú)法有效定位多處缺陷，而本方法對(duì)多處缺陷的定位相互獨(dú)立互不影響，因此本 方法能實(shí)現(xiàn)多處缺陷的有效定位；
[0033] (3)適用的缺陷及故障定位的范圍廣。
[0034] TDR方法僅適用于故障的定位而無(wú)法有效識(shí)別電纜局部缺陷；局部放電方法主要 適用于局部缺陷的定位及診斷而無(wú)法適用于電纜故障的定位;本方法使用范圍廣，不僅能 夠適用于電纜運(yùn)作中局部缺陷、老化的定位及診斷，還適用于不