[發明專利]一種基于脈沖響應的高壓電纜老化測試方法及裝置

在審

• 申請號: 201710227284.1
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106885975A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 張力暉;李演達;鐘平;劉賀晨;劉云鵬
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及高壓電力電纜絕緣特性老化測試技術領域。

背景技術

隨著柔性直流輸電技術的不斷發展以及材料制備工藝的不斷提升，交聯聚乙烯絕緣電纜(簡稱XLPE電纜)以其優越的電氣性能和機械物理性能逐漸替代充油電纜，成為應用最為廣泛的電纜類型，目前在電壓等級10～220kV的電網中被大量使用。但隨著電力電纜運行時間的增加，在高溫及高電場強度的持續作用下，電纜絕緣材料會逐漸老化，導致絕緣性能逐漸破壞，給電纜的安全運行帶來了極大的隱患，甚至危及整個系統穩定運行和技術人員的人身安全。

一般而言，電力電纜的老化可簡單分類為：熱老化，機械老化及電老化。電纜老化一般由電纜結構尺寸(如橫截面積、長度等)和電纜絕緣材料特性決定，對于正常投入運行的電力電纜而言，結構尺寸一般不會變化。因此，電纜發生老化現象主要由于電纜本體絕緣材料特性發生變化，進而導致絕緣性能下降。老化可以通過電樹枝和水樹枝表現出來，而電容量測試，介損測量是常規的測量手段。但目前很多測試方法針對的試驗對象局限于電纜本體切片，若直接對運行段電纜進行測試，最大有效測試長度已成為首要限制因素。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于脈沖響應的高壓電纜老化測試方法及裝置，它可以直接對較長電纜本體進行測量，同時，采用脈沖響應頻域分析法，對測試系統脈沖源功率要求較低。它具有很好的工程應用價值。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

一種基于脈沖響應的高壓電纜老化測試方法，包括以下步驟：

a、由脈沖信號發生器向待測試電纜的首端注入脈沖信號，在待測試電纜的首端和末端接收該脈沖在同一時間段內的響應信號，待測試電纜的首端所接收的信號為首端脈沖響應信號，測試電纜的末端所接收的信號為末端脈沖響應信號；將首端脈沖響應信號和末端脈沖響應信號分別進行濾波放大處理，從而提取出與脈沖信號發生器所發出頻率相對應的信號，以提高兩個脈沖響應信號信噪比和信號的抗干擾性，以形成首端脈沖響應預處理信號和末端脈沖響應預處理信號；

b、將首端脈沖響應預處理信號和末端脈沖響應預處理信號分別通過信號采集卡的不同輸入通道進行信號采集儲存；

c、將信號采集卡內的首端脈沖響應預處理信號和末端脈沖響應預處理信號通過計算機進行傅里葉變換運算，得出首端脈沖響應預處理信號的頻域幅值Ui(s)和末端脈沖響應預處理信號的頻域幅值Uo(s)；

d、將頻域幅值Uo(s)和頻域幅值Ui(s)代入公式得到測試電纜內部信號頻域傳遞函數，通過繪制傳遞函數衰減曲線，以直觀分析電纜絕緣材料老化特性。

本發明進一步改進在于：

脈沖信號發生器所發射的頻率信號為在100kHz～15MHz范圍內由多個預設頻率組成預設頻率序列由低至高逐次連續發射。

在待測試電纜的首端和末端接收該脈沖在同一時間段內的響應信號時，所采用的接收電路的輸入端與大地之間設有匹配電阻。

一種基于脈沖響應的高壓電纜老化測試裝置，包括首端脈沖響應信號接收單元、末端脈沖響應信號接收單元、信號采集卡和工控機；

首端脈沖響應信號接收單元和末端脈沖響應信號接收單元結構相同：包括RC濾波電路，用于接收脈沖響應信號并對其進行濾波以提高信號信噪比的RC濾波電路，RC濾波電路信號輸入端通過信號傳輸線與待測試電纜的首端或末端連接；RC濾波電路信號輸入端與大地之間設有匹配電阻；

交流信號放大電路，信號輸入端與RC濾波電路的信號輸出端連接，以對RC濾波電路輸出信號進行脈沖整形放大，形成首端脈沖響應預處理信號或末端脈沖響應預處理信號；

信號采集卡，信號輸入端與首端脈沖響應信號接收單元和末端脈沖響應信號接收單元中的交流信號放大電路的信號輸出端連接，信號采集卡根據采樣頻率采集并儲存相同時間段內首端脈沖響應信號接收單元和末端脈沖響應信號接收單元所輸出的信號；

工控機用于接收信號采集卡所儲存的首端脈沖響應信號和末端脈沖響應信號，通過傅里葉變換運算，得出首端脈沖響應預處理信號的頻域幅值Ui(s)和末端脈沖響應預處理信號的頻域幅值Uo(s)；將頻域幅值Ui(s)和頻域幅值Uo(s)代入公式得到測試電纜內部信號頻域傳遞函數，通過繪制傳遞函數衰減曲線，以直觀分析電纜絕緣材料老化特性。

本發明進一步改進在于：

信號采集卡采樣頻率為60Mhz。

信號傳輸線采用同軸雙屏蔽信號傳輸線。