一种基于极化电流测量的10kV XLPE电缆老化现场快速诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及绝缘材料老化评估方法领域，更具体地，涉及一种利用极化电流法在 现场快速评估交联聚乙烯中压电缆绝缘的方法。
【背景技术】
[0002] 交联聚乙稀（Crosslinked Polyethylene，XLPE)电缆由于其优良的机械性能和电 气性能，被广泛应用于输电线路。电缆绝缘老化状况及剩余寿命直接影响到电力系统的稳 定性，所以发展XLPE电缆绝缘诊断技术对于提高电力系统稳定性具有重大意义。
[0003] 目前国内外关于电缆的绝缘诊断方法进行了大量的研究，其中F1DC(Pc)Iarization and Depolarization Current，F1DC)法作为一种有效的检测电气设备老化的测试方法，具 有测量回路简单、电源容量小、无损检测等优点，且能够从老化机理的层面深刻反映出设备 的老化信息。
[0004] 然而当前PDC法的测量时间一般为数千秒，甚至达万秒级，不适用于现场诊断电 缆状态。而经典哈蒙近似算法只在松弛电流拟合参数η位于0. 3〈n〈l. 2时才适用，而实际 运行电缆的松弛电流拟合η值可能不在这个范围内，具有局限性。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于极化电流测量 的IOkVXLPE电缆老化现场快速诊断方法，其目的在于根据现场实际需要的介质损耗因 数tan δ的频率范围缩短极化电流的测量时间，并通过改进的哈蒙近似算法将极化电流 快速直观地转换成对应频率下的介质损耗因数tan δ，以根据所需频率下的介质损耗因数 tan δ的大小判断电缆的绝缘状况，旨在解决现有技术中由于极化电流测量时间过长，极 化电流转换成对应频率下介质损耗因数tan δ的过程复杂，导致PDC法难以在现场对电缆 进行快速诊断的技术问题。
[0006] 本发明提供了一种基于极化电流测量的IOkV XLPE电缆老化现场快速诊断方法， 包括下述步骤：
[0007] (1)根据现场实际需要的介质损耗因数tan δ的频率范围确定极化电流测量时 间，并在所述极化电流测量时间内测量极化电流；
[0008] (2)通过改进的哈蒙近似算法将极化电流转化为对应频率下的介质损耗因数 tan δ ；
[0009] (3)根据对应频率下的介质损耗因数tan δ的大小判断电缆老化状况。
[0010] 本发明通过测量较短时间的极化电流，并根据改进的哈蒙近似理论，将极化电流 快速转换为对应频率下的介质损耗因数tan δ。本发明提供的基于极化电流测量的IOkV XLPE电缆老化现场快速诊断方法，应用范围更广，且能极大地缩短极化电流测量时间，能在 现场对电缆进行快速诊断。既能准确反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。 toon] 更进一步地，其特征在于，步骤（1)中所述根据现场实际需要的介质损耗因数 tan δ的频率范围确定极化电流测量时间的方法为：
[0012] 设极化电流测量时间为Τ，电流测量模块的采样频率为f_，则理论上可得到介质 损耗因数tan δ的频率f的范围为：
[0014] 根据现场实际需要的介质损耗因数tan δ的频率范围确定极化电流测量时间T。
[0015] 更进一步地，其特征在于，步骤（2)中所述极化电流与对应频率下的介质损耗因 数tan δ之间的关系为：
[0016] 当0. 3〈η〈1. 2时，极化电流时刻点t与介质损耗因数tan δ的频率f的 对应关系为：t = 0. Ι/f，时域极化电流与频域介质损耗因数tan δ的关系为：
[0017] 当〇〈η彡0. 3或1. 2彡η〈2时，极化电流时刻点t与介质损耗因数tan δ的频 率f的对应关系为：t = Α/2 π f ;时域极化电流与频域介质损耗因数tan δ的关系为：
[0018] 其中，η为松弛电流拟合参数，f为介质损耗因数tan δ的频率，i⑴为流过电缆 的总电流，C。为电缆的体电容，U为对样品施加的阶跃波电压的幅值，
[0019] 本发明中，依据改进的哈蒙近似理论将时域极化电流转换为对应频率下的介质损 耗因数tan δ，能够将极化电流快速直观地转换为对应频率下的介质损耗因数tan δ，且相 比经典哈蒙近似算法，其适用范围更广。将松弛电流经过经验公式Φ (t) = β n(C。为电 介质的体电容，β和η为拟合参数）进行拟合，根据拟合参数η的取值可将任意时刻下的 极化电流转换为对应频率下的介质损耗因 tan δ。根据改进的哈蒙近似算法可直观地将任 意时刻下的极化电流转换为对应频率下的介质损耗因数tan δ。
[0020] 更进一步地，步骤（3)中，介质损耗因数tan δ的大小与电缆老化状况之间的关系 为：所述介质损耗因数tan δ越大，电缆老化程度越严重。
[0021] 本发明通过缩短极化电流测量时间，能在现场对电缆进行快速诊断，既能准确 反映电缆的老化状态，又能满足现场测量时间的要求。根据现场实际所需选取的介质损 耗因数tan δ的频率范围，缩短极化电流测量时间，依据改进的哈蒙近似理论，将极化电 流快速转换为对应频率下的介质耗因数tan δ，评估XLPE电缆的绝缘状态。极化电流测 量时间根据现场实际所需选取的介质损耗因数tan δ的频率范围决定。若选取较高频 的介质损耗因数tan δ判断电缆状况，则测量时间可缩短。设极化电流测量时间为Τ，电 流测量模块的采样频率为fsaB，则理论上可得到介质损耗因数tan δ的频率f的范围为：
I:因此测量时间越短，可选取的作为电缆老化诊 断判据的介质损耗因数tan δ的频率范围就越小。可根据现场实际需要的介质损耗因数 tan δ的频率范围，缩短极化电流测量时间。
[0022] 同时，本发明通过设置直流高压电源、电缆样品、一电流测量模块和防泄漏环。直 流高压电源的高压输出端与电缆样品的导体线芯连接，产生了极化电流。两端防泄漏环相 互连接使沿面泄漏电流不经过电流测量模块而直接流回电源侧，避免沿面泄漏电流对极化 电流测量的影响。电流测量模块测量极化电流。
[0023] 因此，本发明提供的基于极化电流测量的IOkV XLPE电缆老化现场快速诊断方法， 通过改进了当松弛电流拟合参数η位于0〈η < 0. 3或1. 2 < η〈2时的哈蒙近似算法，扩展 了哈蒙近似算法的应用范围，且能根据现场实际需要的介质损耗因数tan δ的频率范围极 大地缩短极化电流测量时间，并可通过改进的哈蒙近似算法快速直观地获取对应频率下的 介质损耗因数tan δ，从而根据对应频率下介质损耗因数tan δ的大小判断电缆老化状况。 因而本发明提供，的一种基于极化电流测量的IOkV XLPE电缆老化现场快速诊断方法能在 现场对电缆老化状态进行快速诊断，且应用范围更广，既能准确反映电缆的老化状态，又能 满足现场测量时间的要求。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明实施例提供的交联聚乙烯电缆的极化电流测量示意图；
[0025] 图2是本发明实施例提供的基于极化电流测量的IOkV XLPE电缆老化现场快速诊 断方法的实现流程图；
[0026] 图3是本发明实施例提供的不同老化程度电缆的极化电流图；
[0027] 图4是本发明实施例提供的不同老化程度交联聚乙烯电缆样品的介质损耗因数 tan δ频谱。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼 此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029] 本发明提供了一种基于极化电流测量的IOkV XLPE电缆老化现场快速诊断方法， 以经典哈蒙近似为基础，对拟合参数η位于0〈η < 0. 3或1. 2 < η〈2时的哈蒙近似算法进 行了改进，扩大了哈蒙近似算法的适用范围。在此基础上，可根据现场实际需要的介质损耗 因数tan δ的频率范围缩短极化电流测量时间，测量极化电流，并通过改进的哈蒙近似算 法将极化电流直接转化为对应频率下的介质损耗因数tan δ，以判断电缆老化状况。
[0030] 因此，本发明提供的一种基于极化电流测量的IOkV XLPE电缆老化现场快速诊断 方法，改进了当松弛电流拟合参数η位于0〈η < 0. 3或1. 2 < η〈2时的哈蒙近似算法，扩展 了哈蒙近似算法的应用范围，且能根据现场实际需要的介质损耗因数tan δ的频率范围极 大地缩短极化电流测量时间，并可通过改进的哈蒙近似算法快速直观地获取对应频率下的 介质损耗因数tan δ，从而根据对应频率下介质损耗因数tan δ的大小判断电缆老化状况。
[0031] 因而本发明提供的一种基于极化电流测量的IOkV XLPE电缆老化现场快速诊断方 法能在现场对电缆老化状态进行快速诊断，且应用范围更广，既能准确反映电缆的老化状 态，又能满足现场测量时间的要求。
[0032] 由经典哈蒙近似理论可知，将松弛电流经过经验公式Φα) = i3CQtn(C。为电介 质的体电容，β和η为拟合参数）进行拟合，根据拟合参数η的取值可将任意时刻下的极 化电流转换为对应频率下的tan δ。其中，当〇. 3〈η〈1. 2时，极化电流时刻点t与角频率ω 有如下关系：
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