[發明專利]聚合物電力電纜絕緣加速電樹老化的試驗方法及裝置

無效

• 申請號: 200910103045.0
• 申請日: 2009-01-12
• 公開（公告）號: CN101464235A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 周湶;廖瑞金;楊麗君;杜林;張曉星;李劍;孫才新;劉玲;葉笛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N21/84;G01R31/12
• 代理公司: 重慶大學專利中心
• 代理人: 胡正順

1.一種聚合物電力電纜絕緣加速電樹老化的試驗裝置，包括無暈實驗變壓器(1)、感應調壓器(2)、電容分壓器(3)、試驗電極(4)、寬頻帶電流傳感器(5)、放大濾波器(6)、數字示波器(7)、微型計算機(8)，其特征在于試驗電極(4)主要由玻璃鋼外殼(10)、防暈罩(11)、圓頭電極(12)、圓柱型銅電極(13)、壓緊螺母(14)、電纜樣品(15)、接線夾(16)、接地連線(17)、絕緣油(18)、放油閥(19)、絕緣支架(20)、支柱絕緣子(21)與金屬圓盤底座(22)組成，所述的玻璃鋼外殼為圓柱形外殼(10)，在玻璃鋼外殼(10)的上端面設置頂蓋，以便注入絕緣油(18)，在玻璃鋼外殼(10)內中心的兩端分別裝設有圓柱型銅電極，在每一圓柱型銅電極(13)的兩端部，分別設置有螺紋，在兩圓柱型銅電極(13)的內端分別裝設有壓緊螺母(14)，兩圓柱型銅電極(13)的另一端分別穿出玻璃鋼外殼(10)，與防暈罩(11)和圓頭電極(12)固接，兩防暈罩(11)分別裝設在玻璃鋼外殼(10)的兩端外側，兩防暈罩(11)的中心分別穿入兩圓柱型銅電極(13)伸出玻璃鋼外殼(10)的端部，兩圓頭電極(12)一端的中心內分別設置有螺紋，分別與兩圓柱型銅電極(13)伸出玻璃鋼外殼(10)的端部固接，并分別將兩防暈罩(11)壓緊固接，在玻璃鋼外殼(10)內盛有絕緣油(18)，在玻璃鋼外殼(10)的下端裝設有放油閥(19)，玻璃鋼外殼(10)放置于絕緣支架(20)上，絕緣支架(20)固接在支柱絕緣子(21)上，支柱絕緣子(21)放置于金屬圓盤底座(22)上，電纜樣品(15)兩端的電纜線芯(23)分別通過試驗電極(4)的壓緊螺母(14)固接在試驗電極(4)的兩圓柱形銅電極(12)上，并將電纜樣品(15)的銅屏蔽層(27)與接地連線(17)相連，接地連線(17)與放油閥(19)在施壓電極(4)內的一端相連，放油閥(19)在試驗電極(4)外的一端與接地線(29)相連，試驗電極(4)放置于電熱聯合老化箱(9)內，試驗電極(4)與電容分壓器(3)并聯聯接，電容分壓器(3)的一端與電阻串聯后再與感應調壓器(2)的副邊并聯，感應調壓器(2)的原邊與無暈試驗變壓器(1)的副邊并聯，試驗電極(4)的接地線(29)穿過寬帶電流傳感器(5)，用來檢測試驗電極(4)中電纜樣品(15)電樹枝過程中所產生的局部放電信號，寬頻帶電流傳感器(5)的副邊與放大濾波器(6)連接，用以將檢測的局部放電信號進行放大與濾波，放大濾波器(6)通過信號線與數字示波器(7)相連，數字示波器(7)將經過放大與濾波的局部放電信號存儲并將數據傳輸至微型計算機(8)對數據進行分析與處理。

2.一種聚合物電力電纜絕緣加速電樹老化的試驗方法，利用權利要求1所述的試驗裝置，通過程序對采集的局部放電數據進行數據處理，其特征在于具體步驟如下：

1)試驗準備

首先將聚合物電力電纜截取一段，將其兩端逐層剝去，并在電纜樣品(15)中心的絕緣層(25)上人為制造一缺陷(28)，對制作出有絕緣缺陷(28)的電纜樣品(15)，先將電纜樣品(15)兩端的電纜線芯(23)，分別通過試驗電極(4)的壓緊螺母(14)固接在試驗電極(4)的兩圓柱型銅電極(12)上，并將電纜樣品(15)的銅屏蔽層(27)與接地連線(17)相連，按地連線(29)與放油閥(19)在施壓電極內的一端相連，然后將電極系統(4)放置與電熱聯合老化箱(9)中，放油閥(19)在試驗電極外的一端與接地線(29)相連，關閉電熱聯合老化箱(9)，將電熱聯合老化箱(9)內升溫至試驗所需的溫度；

2)采集局部放電數據

第1)步完成以后，在本發明裝置的無暈變壓器(1)的原邊施加380V工頻交流電，再調整感應調壓器(2)的輸出電壓至電纜樣品(15)上的絕緣缺陷(28)產生局部放電，本發明裝置的數字示波器(7)采集經過放大濾波器(6)放大和濾波后的局部放電信號，并傳送給微型計算機(8)進行數據處理；

3)數據處理

第2)步完成后，對第2)步采集的局部放電信號，利用微型計算機(8)，通過程序進行以下數據處理：

(1)小波去噪

首先進行小波分解，對第2)步采集的局部放電信號按下式進行小波分解

fAj(t)=fAj+1(t)+fDj+1(t)---(1)]]>

式中：為被分析的信號，為的低頻分量，為的高頻分量，

將采集到的局部放電信號分解到不同頻帶內，得到各個頻帶內的小波系數；

再通過基于斯坦無偏估計的閾值算法或者極小極大方差閾值算法生成閾值，將小波分解步驟得到的各頻帶的小波系數，減去閾值生成步驟生成的閾值，得到新的小波系數，然后對經過小波系數處理得到的新的小波系數進行小波重構，生成小波去燥變換后信號的實部、虛部和相位信號，最后將小波去噪變換后的信號的實部、虛部和相位信號，按照實部虛部或實部相位或虛部相位方法生成復合信號；

(2)特征量提取

在第3)-(1)步完成后，對第3)-(1)步生成的復合信號提取其特征量，首先進行單次波形的頻率提取，對單個放電脈沖按照下式進行快速傅立葉變換，得到放電脈沖的頻譜分布，計單個放電脈沖的平均頻率W為：

W=Σi=0Kfi2·|Xi(fi)|2Σi=0K|Xi(fi)|2---(2)]]>

式中：f_i為頻率圖譜中的能量分量，X_i(f_i)為頻率圖譜中的頻率分量，然后進行單次波形的相位提取，設置采樣寬度等于一個工頻周期，則所采取的波形就為一個周期內的局部放電，單個局部放電脈沖的相位Ph為：

Ph=360×NiNo---(3)]]>

Ni=Nai+Nbi2---(4)]]>

式中：N_i為第i個脈沖中心的位置，N_ai，N_bi為第i個脈沖的起始位置與終止位置，N₀為采樣總數；

(3)放電模式的識別

在第3)-(2)步完成后，對在第3)-(1)步提取出的特征量，采用可能性聚類算法，即FCM對其進行分類，其目標函數為：

Jm(U,V)=Σi=1cΣj=1n(uij)mdij2+Σi=1cηiΣj=1n(1-uij)m---(5)]]>

式中：N為樣本個數，C為聚類中心數，u_ij＝u_i(x_j)表示第j個樣本屬于第i類的隸屬度，m為權重指數，表征模糊化程度，d_ij為第j個樣本到第i個聚類中心的距離，第2項為懲罰函數，要求u_ij盡可能大，從而避免無效解，η_i為一合適的正數，其值為

ηi=KΣj=1Nuijmdij2Σj=1Nuijm---(6)]]>

式中：K為調整系數，取K＝1，

聚類中心公式為

vil=Σj=1NuijmK·xjΣj=1NuijmK---(7)]]>

隸屬度u_ij公式為

uij=11+[dij2ηi]1m-1---(8)]]>

FCM算法流程如下：

①首先確定聚類中心數C，權重指數m，最大迭代次數l及迭代終止誤差ε，并用FCM的聚類結果初始化其隸屬度u_ij；

②其次按照(6)式計算出η_i；

③然后按照(7)式計算出聚類中心并按照隸屬度計算公式(8)得到隸屬度

④最后判斷滿足條件則迭代終止，否則返回第③步，繼續迭代；

4)切片與拍照

第3)步完成后，將感應調壓器(2)的輸出電壓降為0，關閉無暈試驗變壓器(1)的電源，在試驗電極(4)的圓頭電極(12)處掛上接地棒，關閉電熱聯合老化箱(9)的電源，打開電熱聯合老化箱(9)，將電熱聯合老化箱(9)內溫度降至室溫，取出電纜樣品(15)，在人工缺陷(28)處進行切片，切片厚度2-5mm，將切片放置于顯微鏡下進行拍照。