电缆绝缘性能测试方法及装置与流程

本申请涉及配电网技术领域，具体而言，涉及一种电缆绝缘性能测试方法及装置。

背景技术：

随着城市的快速发展，交联聚乙烯(crosslinkedpolyethylene，xlpe)电缆由于具有优良电气性能、耐热性能和机械性能且节约城市空间、不影响市容的特点，而在城市配电网改造中得到了广泛的使用。随着电缆大量铺设，电缆附件也得到了大量使用，电缆附件主要包括终端接头和中间接头，其是电缆系统最薄弱的部位。在电缆接头制作过程中以及长期高压运行环境下，环境中的水分容易进入附件，由于水的扩散、渗透现象容易导致中间接头击穿，导致电缆绝缘性能下降，影响电缆的正常运行，因此，研究xlpe电缆的绝缘状态与浸水的对应关系具有重要意义。

现有的电缆绝缘性能检测方法主要有局部放电法、工频耐压法、0.1hz超低频介损测试法，其中，局部放电法易受现场噪声的影响，工频耐压法可能会使电缆绝缘中已经存在的缺陷加速发展，而超低频介质损耗的测量可以检测电缆因绝缘破坏、受潮、接头老化、局部放电以及发生水树枝劣化等造成的绝缘性能下降，能够反映电缆绝缘劣化的程度，属于非破坏性试验。然而，针对超低频介损测试数据，国内尚无相应的测试标准和数据分析方法。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种电缆绝缘性能测试方法及装置，以至少解决由于缺乏超低频绝缘试验检测标准，对电缆进行超低频绝缘试验时难以确定试验结果的有效性的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种电缆绝缘性能测试方法，包括：获取待测电缆的绝缘材料样本在工频测试环境下采集的介损值，得到第一介损值序列，其中，所述第一介损值序列中的介损值为在预设时间范围内的各个采集时间所采集的工频介损值；获取所述待测电缆的绝缘材料样本在超低频测试环境下采集的介损值，得到第二介损值序列，其中，所述第二介损值序列中的介损值为在所述预设时间范围内的各个采集时间所采集的超低频介损值；基于所述第一介损值序列中的工频介损值确定所述绝缘材料样本的第一检测结果，所述第一检测结果用于指示所述绝缘材料样本是否通过所述工频测试环境下的绝缘检测；基于所述第一检测结果确定所述绝缘材料样本的第二检测结果，所述第二检测结果用于指示所述绝缘材料样本是否通过所述超低频测试环境下的绝缘检测；确定所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的相关性，并基于所述相关性确定所述第二检测结果是否有效。

可选地，确定所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的相关性，包括：计算所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的皮尔逊相关系数；根据所述皮尔逊相关系数进行假设检验，以确定显著水平p值；比较所述显著水平p值与第一阈值。

可选地，基于所述相关性确定所述第二检测结果是否有效，包括：在所述显著水平p值小于所述第一阈值且所述皮尔逊相关系数大于第二阈值时，确定所述第二检测结果有效。

可选地，在所述显著水平p值小于所述第一阈值的情况下，所述皮尔逊相关系数越大，所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的相关性越强。

可选地，所述方法中所述第一介损值序列和所述第二介损值序列中的介损值均是将所述绝缘材料样本浸泡在相同浸水环境中进行测试得到的。

可选地，确定所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的相关性之前，所述方法还包括：获取在所述工频环境下且未处于浸水环境下所述绝缘材料样本的目标介损值；基于所述第一介损值序列中的工频介损值和所述目标介损值确定第一相对损耗值序列；基于所述第二介损值序列中的超低频介损值和所述目标介损值确定第二相对损耗值序列。

可选地，确定所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的相关性，包括：确定所述第一相对损耗值序列和第二相对损耗值序列之间的相关性，并将所述第一相对损耗值序列和所述第二相对损耗值序列之间的相关性作为所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的相关性。

可选地，所述绝缘材料样本包括：所述待测电缆的电缆本体和所述待测电缆的接头。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种电缆绝缘性能测试装置，包括：第一获取模块，用于获取待测电缆的绝缘材料样本在工频测试环境下采集的介损值，得到第一介损值序列，其中，所述第一介损值序列中的介损值为在预设时间范围内的各个采集时间所采集的工频介损值；第二获取模块，用于获取所述待测电缆的绝缘材料样本在超低频测试环境下采集的介损值，得到第二介损值序列，其中，所述第二介损值序列中的介损值为在所述预设时间范围内的各个采集时间所采集的超低频介损值；第一确定模块，用于基于所述第一介损值序列中的工频介损值确定所述绝缘材料样本的第一检测结果，所述第一检测结果用于指示所述绝缘材料样本是否通过所述工频测试环境下的绝缘检测；第二确定模块，基于所述第一检测结果确定所述绝缘材料样本的第二检测结果，所述第二检测结果用于指示所述绝缘材料样本是否通过所述超低频测试环境下的绝缘检测；检测模块，用于确定所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的相关性，并基于所述相关性确定所述第二检测结果是否有效。

可选地，所述检测模块，还用于计算所述第一介损值序列和所述第二介损值序列之间的皮尔逊相关系数；根据所述皮尔逊相关系数进行假设检验，以确定显著水平p值；比较所述显著水平p值与第一阈值；以及在所述显著水平p值小于所述第一阈值且所述皮尔逊相关系数大于第二阈值时，确定所述第二检测结果有效。

可选地，所述装置中所述第一介损值序列和所述第二介损值序列中的介损值均是将所述绝缘材料样本浸泡在相同浸水环境中进行测试得到的。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述非易失性存储介质所在设备执行上述的电缆绝缘性能测试方法。

在本申请实施例中，通过获取待测电缆的绝缘材料样本在工频测试环境下采集的介损值，得到第一介损值序列；获取待测电缆的绝缘材料样本在超低频测试环境下采集的介损值，得到第二介损值序列；基于第一介损值序列中的工频介损值确定绝缘材料样本的第一检测结果，指示绝缘材料样本是否通过工频测试环境下的绝缘检测；基于第一检测结果确定绝缘材料样本的第二检测结果，指示绝缘材料样本是否通过超低频测试环境下的绝缘检测；确定第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性，并基于相关性确定第二检测结果是否有效的方式，实现了用工频介损试验数据确认超低频介损试验数据的有效性的技术效果，进而解决了由于缺乏超低频绝缘试验检测标准，对电缆进行超低频绝缘试验时难以确定试验结果的有效性技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种电缆绝缘性能测试方法的流程示意图；

图2是根据本申请实施例的一种电缆绝缘性能测试装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本申请实施例，提供了一种电缆绝缘性能测试方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本申请实施例的电缆绝缘性能测试方法，如图1所示，该方法至少包括步骤s102-s110，其中：

步骤s102，获取待测电缆的绝缘材料样本在工频测试环境下采集的介损值，得到第一介损值序列。

其中，第一介损值序列中的介损值为在预设时间范围内的各个采集时间所采集的工频介损值。

步骤s104，获取待测电缆的绝缘材料样本在超低频测试环境下采集的介损值，得到第二介损值序列。

其中，第二介损值序列中的介损值为在预设时间范围内的各个采集时间所采集的超低频介损值。

在本申请实施例中，绝缘材料样本包括：待测电缆的电缆本体和待测电缆的接头。可以理解地，为了控制变量，第一介损值序列和第二介损值序列中的介损值均是将所述绝缘材料样本浸泡在相同浸水环境中进行测试得到的。

步骤s106，基于第一介损值序列中的工频介损值确定绝缘材料样本的第一检测结果。

其中，第一检测结果用于指示绝缘材料样本是否通过工频测试环境下的绝缘检测。

步骤s108，基于第一检测结果确定绝缘材料样本的第二检测结果。

其中，第二检测结果用于指示绝缘材料样本是否通过超低频测试环境下的绝缘检测。

步骤s110，确定第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性，并基于相关性确定第二检测结果是否有效。

在本申请实施例中，确定第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性之前：还需要获取在工频环境下且未处于浸水环境下绝缘材料样本的目标介损值；基于第一介损值序列中的工频介损值和目标介损值确定第一相对损耗值序列；基于第二介损值序列中的超低频介损值和目标介损值确定第二相对损耗值序列；确定第一相对损耗值序列和第二相对损耗值序列之间的相关性，并将第一相对损耗值序列和第二相对损耗值序列之间的相关性作为第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性。

需要说明的是，由于试验过程中存在一定的系统误差，如果直接对获取的试验介损值进行相关性计算，无法保证其结果的准确性，因此，需要先对获取的试验介损值进行处理。

具体地，由于工频环境下未浸水的电缆绝缘材料的介损值最小，且工频环境下电缆绝缘材料的介损值稳定性较好，为了消除测量仪器产生的系统误差，可以选用相对值λ表征工频环境和超低频环境下的介损值随浸水时间的变化规律，λ的计算式为：

其中，tanδi表示不同浸水时间的工频环境和超低频环境下的电缆绝缘材料的介损值，tanδ0表示工频环境下未浸水的电缆绝缘材料的介损值。

一般地，评价两个变量是否有相关性包括显著水平以及相关系数：首先检验显著水平，即p值，一般p值小于0.05即为显著，只要显著，就可以得出结论：拒绝原假设无关，意味着两组数据显著相关；其次检验相关系数，本申请为皮尔逊(pearson)相关系数，皮尔逊相关系数是用来衡量两个数据集合是否在一条线上面，它用来衡量定距变量间的线性关系，相关系数越接近于1或-1，即绝对值越大，则相关性越强；相关系数越接近于0，即绝对值越小，则相关度越弱。

两个变量之间的皮尔逊相关系数定义为两个变量之间的协方差和标准差的商：其计算公式为：

其中，cov(x,y)表示样本协方差，σx表示x的样本标准差，σy表示y的样本标准差。下面分别是协方差和标准差的计算公式。由于是样本协方差和样本标准差，因此分母使用的是n-1，

由于μx＝e(x)，y也类似，并且e[(x-e(x))(y-e(y))]＝e(xy)-e(x)e(y)，故相关系数也可以表示成

对于样本皮尔逊相关系数

在本申请实施例中，确定第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性，包括：计算第一介损值序列和第二介损值序列之间的皮尔逊相关系数；根据皮尔逊相关系数进行假设检验，以确定显著水平p值；比较显著水平p值与第一阈值。基于相关性确定第二检测结果是否有效，包括：在显著水平p值小于第一阈值且皮尔逊相关系数大于第二阈值时，确定第二检测结果有效。若显著水平p值大于第一阈值，或是显著水平p值小于第一阈值但皮尔逊相关系数也小于第二阈值时，则确定第二检测结果无效。

需要说明的是，在显著水平p值小于第一阈值的情况下，皮尔逊相关系数越大，第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性越强，即电缆工频介损试验数据与超低频介损试验数据相关性越强，则电缆超低频介损试验数据有效，可以用来反映电缆的绝缘水平。

在本申请一种可选的实施例中，对xlpe电缆样品进行工频介损试验和超低频介损试验的相关性分析，为了进一步保证结果的准确性，分别在不同温度下进行试验，其中，在65℃浸水条件下，计算出两组数据皮尔逊相关系数为r＝0.736，假设检验tr＝2.427，查t检验临界值分布表得p<0.05，两组数据显著相关，皮尔逊相关系数为0.736，介于0.6-0.8之间，属于强相关；在25℃浸水条件下，计算出两组数据皮尔逊相关系数为r＝0.938，假设检验tr＝6.052，查t检验临界值分布表得p<0.05，两组数据显著相关，皮尔逊相关系数为0.938，介于0.8-1.0之间，属于极强相关。相关性分析结果表明，对于xlpe电缆，工频介损试验数据和超低频介损试验数据有很强的相关性，即超低频介损试验的数据是有效的，其能够替代工频介损试验。

在本申请一种可选的实施例中，对液体硅橡胶(liquidsiliconerubber，lsr)电缆样品进行工频介损试验和超低频介损试验的相关性分析，计算出两组数据皮尔逊相关系数为r＝0.963，假设检验tr＝9.052，查t检验临界值分布表得p<0.05，两组数据显著相关，皮尔逊相关系数为0.963，介于0.8-1.0之间，属于极强相关。相关性分析结果表明，对于lsr电缆，工频介损试验数据和超低频介损试验数据有很强的相关性，即超低频介损试验的数据是有效的，其能够替代工频介损试验。

典型相关分析算法(canonicalcorrelationanalysis，cca)是研究两组变量之间的整体相关性的一种算法，其利用两组变量的线性组合来反映原变量之间的相关性。对于两组随机变量，x＝(x1,x2,…,xp)^t，y＝(y1,y2,…,yq)^t，p和q分别是x组变量和y组变量的维数。当p≥1，q＝1(或q≥1,p＝1)时，有：

其中，σ11是第一组变量的协方差阵，σ12是第一组与第二组变量的协方差阵，σ22是第二组变量的协方差阵，则称r为全相关系数，用于度量随机变量y与另一组随机变量x的相关关系。

当p,q＞1时，将两组变量化为两个新的综合变量u、v之间的相关：

u＝α1x1+α2x2+…αpxp＝α^tx，v＝β1y1+β2y2+…βqyq＝β^ty

其中，α＝(α1,α2,…,αp)^t，β＝(β1,β2,…,βq)^t为非零向量。求得α、β，使得u、v的相关系数达到最大，该系数为：

其中，cov(x,y)表示x与y的协方差，var(x)，var(y)分别表示x和y的方差。协方差与方差又可以分别表示为：

cov(α^tx,β^ty)＝α^tcxyβ，var(α^tx)＝α^tcxxα，var(β^ty)＝β^tcyyβ

其中，cxx、cyy表示集合内协方差矩阵，cxy表示集合之间的协方差矩阵，且从而得到：

易得出，对任意c,d,e,f，均有ρ[e(α^tx)+f,c(β^ty)+d]＝ρ(α^tx,β^ty)。为了使解具有唯一性，限定α^tcxxα＝1，β^tcyyβ＝1，从而目标函数为：

maxρ1(u1,v1)＝α1^tcxyβ1

约束条件为：

以此类推，可求出典型相关分析的一系列最优解ρ1,ρ2,…,ρr，且相关性逐渐减小。

构造拉格朗日函数求解目标函数：

对α和β求偏导，令和可得

分别用α^t和β^t左乘上式的上下两个方程式，可得出λ1＝λ1＝α^tcxyβ，令λ1＝λ1＝λ，可以将上式简化为：

假设cxx、cyy可逆，而且λ≠0，则可推出和则可将上式进一步整理为：

因此，典型相关问题的求解等价为求解特征值和特征向量。一般地，常将典型相关问题化简为以样本的相关系数矩阵r求解典型相关变量，即以rxx，ryy，rxy，ryx分别替代cxx，cyy，cxy，cyx。

考虑假设检验问题：h0：ρ1＝ρ2＝…＝ρm＝0，h1：ρ1,ρ2,…,ρm至少有一个不为零。其中m＝min{p,q}，若检验接受h0，则认为讨论两组变量之间的相关性没有意义；若检验拒绝h0，则认为相关性显著。由于ρ1≥ρ2≥…≥ρp，在h0成立时，q0＝-mlnλ0近似服从分布，这里f＝pq，因此在给定检验水平α之下，若由样本算出的临界值，则否定h0，认为u1，v1具有相关性，其相关系数为λ1。再逐个检验，直到某一个相关系数检验为不显著时截止。

在本申请一种可选的实施例中，分别对xlpe电缆样品和lsr电缆样品进行工频介损试验和超低频介损试验的相关性分析，然后，再对这两者进行cca整体相关性分析，计算得出其相关系数λ1＝0.972，其相关性密切，即xlpe电缆与lsr电缆的工频介损试验数据和超低频介损试验数据显著相关，且具有统计学意义，说明超低频介损试验的数据是有效的，其能够替代工频介损试验。

在本申请实施例中，通过获取待测电缆的绝缘材料样本在工频测试环境下采集的介损值，得到第一介损值序列；获取待测电缆的绝缘材料样本在超低频测试环境下采集的介损值，得到第二介损值序列；基于第一介损值序列中的工频介损值确定绝缘材料样本的第一检测结果，指示绝缘材料样本是否通过工频测试环境下的绝缘检测；基于第一检测结果确定绝缘材料样本的第二检测结果，指示绝缘材料样本是否通过超低频测试环境下的绝缘检测；确定第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性，并基于相关性确定第二检测结果是否有效的方式，实现了用工频介损试验数据确认超低频介损试验数据的有效性的技术效果，进而解决了由于缺乏超低频绝缘试验检测标准，对电缆进行超低频绝缘试验时难以确定试验结果的有效性技术问题。

实施例2

根据本申请实施例，提供了一种电缆绝缘性能测试装置，如图2所示，该装置至少包括第一获取模块20、第二获取模块22、第一确定模块24、第二确定模块26和检测模块28，其中：

第一获取模块20，用于获取待测电缆的绝缘材料样本在工频测试环境下采集的介损值，得到第一介损值序列，其中，第一介损值序列中的介损值为在预设时间范围内的各个采集时间所采集的工频介损值；

第二获取模块22，用于获取待测电缆的绝缘材料样本在超低频测试环境下采集的介损值，得到第二介损值序列，其中，第二介损值序列中的介损值为在预设时间范围内的各个采集时间所采集的超低频介损值；

第一确定模块24，用于基于第一介损值序列中的工频介损值确定绝缘材料样本的第一检测结果，第一检测结果用于指示绝缘材料样本是否通过工频测试环境下的绝缘检测；

第二确定模块26，基于第一检测结果确定绝缘材料样本的第二检测结果，第二检测结果用于指示绝缘材料样本是否通过超低频测试环境下的绝缘检测；

检测模块28，用于确定第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性，并基于相关性确定第二检测结果是否有效。

在本申请实施例中，检测模块28还用于计算第一介损值序列和第二介损值序列之间的皮尔逊相关系数；根据皮尔逊相关系数进行假设检验，以确定显著水平p值；比较显著水平p值与第一阈值；以及在显著水平p值小于第一阈值且皮尔逊相关系数大于第二阈值时，确定第二检测结果有效。

需要说明的是，本实施例的优选实施方式可以参见实施例1中的相关描述，此处不再赘述。

实施例3

根据本申请实施例，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行上述的电缆绝缘性能测试方法。

可选地，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行实现以下步骤：获取待测电缆的绝缘材料样本在工频测试环境下采集的介损值，得到第一介损值序列，其中，第一介损值序列中的介损值为在预设时间范围内的各个采集时间所采集的工频介损值；获取待测电缆的绝缘材料样本在超低频测试环境下采集的介损值，得到第二介损值序列，其中，第二介损值序列中的介损值为在预设时间范围内的各个采集时间所采集的超低频介损值；基于第一介损值序列中的工频介损值确定绝缘材料样本的第一检测结果，第一检测结果用于指示绝缘材料样本是否通过工频测试环境下的绝缘检测；基于第一检测结果确定绝缘材料样本的第二检测结果，第二检测结果用于指示绝缘材料样本是否通过超低频测试环境下的绝缘检测；确定第一介损值序列和第二介损值序列之间的相关性，并基于相关性确定第二检测结果是否有效。

需要说明的是，本实施例的优选实施方式可以参见实施例1中的相关描述，此处不再赘述。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。