一种电缆运行状态诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电缆运行状态诊断系统，该系统通过测量与分析电缆宽频阻抗谱数据，实现电缆运行状态诊断，具体包括三大功能：(1)电缆整体运行状态评估；(2)电缆局部潜伏性缺陷定位和诊断；(3)电缆永久性故障快速定位。该系统主要组成如下：首先电缆初始特性参数管理模块通过输入电缆几何尺寸数据、电缆绝缘材料介电函数数据实现电缆初始特性参数的计算；然后电缆宽频阻抗谱测量模块依据电缆长度自动选取合适的频率范围，测量被测电缆首端宽频阻抗谱；最后电缆宽频阻抗谱定位分析模块对电缆初始特性参数以及测量所得阻抗谱数据进行分析与处理，实现电缆整体老化状态评估、电缆局部潜伏性缺陷诊断以及电缆永久性故障快速定位功能。本发明专利技术填补了目前利用电缆宽频阻抗谱数据进行电缆运行状态诊断的空白，同时具有使用方便、精确度高，对电缆无损的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电缆诊断
，更具体地，涉及一种电缆运行状态诊断方法及系统。
技术介绍
电缆在现代大型电气系统的电能及通讯信号传输中起着极其重要的作用。运行中的电缆易发生永久性故障，电缆故障一旦发生，将导致大型电气系统停运甚至失控，造成严重的经济损失和社会影响。城市供电系统中的电力电缆敷设在电缆沟或直接埋于地下，敷设环境与使用状态会极大的影响电缆寿命。电力电缆长期在不同土壤、水分、潮气、温度环境下运行，绝缘易受到腐蚀渗透而发生绝缘局部老化；地下电力电缆常会因机械外力而发生绝缘破坏，最终导致电缆永久性故障。据调查，高压电力绝缘电缆的绝缘损坏事故约占高压电气设备事故的40％左右。飞机、轨道交通、舰船等大型电气交通系统对电缆的安全运行提出了更为严格的要求，在这些电气系统中电缆担任着电能以及控制信号传输的主导作用。1996年7月，由于飞机电缆局部过热老化产生电火花导致油箱爆炸，使得一架波音747飞机上的230名乘客无一生还。核电站内存在大量长度较短而电压等级较高的电缆，核电事故的发生往往开始于局部的核泄漏，电缆在高剂量核辐射下其有机高分子结构将遭破坏而发生快速老化，将导致电缆故障而使得和反应堆失去控制，最终将导致核电站重大安全事故。可见，实现电缆运行状态的诊断意义重大，电缆运行状态的诊断包括电缆整体运行状态评估、电缆局部潜伏性缺陷定位以及电缆发生永久性故障后的快速定位，现有的仪器尚不能同时实现上述功能，特别是对于电缆潜伏性缺陷的定位，尚缺少十分可靠的诊断仪器。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种电缆运行状态诊断方法及系统，其目的在于通过测量与分析电缆宽频阻抗谱数据，实现电缆整体运行状态评估、电缆局部潜伏性缺陷诊断以及电缆永久性故障快速定位。本专利技术提供了一种电缆运行状态诊断方法，包括下述步骤：(1)获得被测电缆的几何参数和绝缘材料介电函数，并计算电缆初始特性参数，电缆初始特性参数包括特征阻抗和传播系数；(2)根据所述电缆初始特性参数和被测电缆的长度获得测量频率范围(flow，fup)，通过在被测电缆的芯线与地线之间输入低压变频正弦信号源来测量电流信号，并根据测量的电流信号计算电缆输入阻抗随频率变化的曲线，获得电缆阻抗谱数据；(3)根据所述测量频率范围(flow，fup)对所述电缆阻抗谱数据进行处理后提取电缆特性参数，并获取电缆局部老化段的数目及位置；(4)根据阻抗谱数据计算得到电缆整体介电损耗，对被测电缆的整体运行状态进行诊断评估，并根据电缆局部老化段的数目及定位起始位置获得各个老化段的电导G、电容C及老化段长度，并由各个老化段的电导G、电容C获得用于表征电缆各老化段绝缘状态的介电损耗，并根据所述各老化段内的介电损耗对各老化段的运行状态进行诊断评估。更进一步地，在步骤(3)中，对所测阻抗谱数据进行广义正交积分变换，使得积分变换值在局部缺陷或故障处于完好处出现显著差异，实现电缆局部潜伏性缺陷或故障的定位，获取电缆局部老化段的数目及位置。更进一步地，根据公式F(x)=∫flowfupZl(f)·e-2γxdf=a(x≠ld)b(x=ld),(0≤x≤l)]]>进行所述广义正交积分变换；其中，F(x)为积分变换函数，fup为测量频率范围的上限值，flow为测量频率范围的下限值，Zl(f)为长度为l的电缆首端阻抗幅值或相位频谱，γ为电缆传播系数，ld为电缆局部缺陷或故障位置，当x＝ld时，与x≠ld时上述乘积积分值a与b差异很大。更进一步地，根据定位函数获取所述电缆局部老化段的数目及位置；其中，Fd(x)为发生局部缺陷后的电缆阻抗谱积分变换函数，Fh(x)为完好电缆在同一负载下的阻抗谱积分变换函数，VA(x)表征电缆传播系数随位置变化的情况；当VA(x)恒等于1.0时表明电缆不同位置处的传播系数相同，即电缆处于完好状态，电缆中未出现局部缺陷或故障；当VA(x)不恒等于1.0时表明电缆局部某一位置处产生缺陷、老化或者出现永久性故障。更进一步地，当获得电缆局部老化段的数目和位置后，采用迭代的方法获得各个老化段的电导G、电容C及老化段长度。更进一步地，迭代的方法具体为：(1)根据各个老化段复介电函数及长度和含局部缺陷段的电缆首端阻抗计算模型获得首端阻抗谱计算值；(2)判断阻抗谱计算值与测量值之间的差值是否超过104，若否，则获得与真实值十分接近的老化段复介电函数及长度；若是，则调整各个老化段复介电函数及长度，并返回至步骤(1)继续迭代直至阻抗谱计算值与测量值相吻合。更进一步地，含局部缺陷段的电缆首端阻抗计算模型包括：Zla=Z0h1+Γ1e-2γhla1-Γ1e-2γhla‾,Γ1=ZL-Z0hZL+Z0h,Zlb=Z0d(1+Γ2e-2γd(lb-la)1-Γ2e-2γd(lb-la)),]]>Zl=Z0h(1+Γ3e-2γh(l-lb)1-Γ3e-2γh(l-lb)),Γ2=Zla-Z0dZla+Z0d,Γ3=Zlb-Z0hZlb+Z0h;]]>其中，Zla为从坐标la处看向负载端的阻抗，Z0h、γh分别为完好段电缆特征阻抗及传播系数，Γ1为末端反射系数，ZL为末端负载，Z0d、γd分别为老化段电缆特征阻抗及传播系数，Zlb为从坐标lb看向la的阻抗，Γ2为la处反射系数，Zl为电缆首端(x＝l)处阻抗，Γ3为lb处反射系数。更进一步地，所述介电损耗其中，G为电缆老化段的电导，C为电缆老化段的电容，f为频率。本专利技术还提供了一种电缆运行状态诊断系统，包括：电缆初始特性参数管理模块，用于获得被测电缆的几何参数和绝缘材料介电函数，并计算电缆初始特性参数；电缆阻抗谱测量模块，用于根据被测电缆的长度选择测量频率范围(flow，fup)，通过在被测电缆的芯线与地线之间输入低压变频正弦信号源来测量电流信号，并根据测量的电流计算电缆输入阻抗随频率变化的曲线，获得电缆阻抗谱数据；阻抗谱定位分析模块，用于根据所述测量频率范围(flow，fup)对所述电缆阻抗谱数据进行处理后提取电缆特性参数，并获取电缆局部老化段的数目及位置；以及电缆运行状态诊断模块，用于根据阻抗谱数据计算得到电缆整体介电损耗，对被测电缆的整体运行状态进行诊断评估。再根据电缆局部老化段的数目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电缆运行状态诊断方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)获得被测电缆的几何参数和绝缘材料介电函数，并计算电缆初始特性参数，电缆初始特性参数包括特征阻抗和传播系数；(2)根据所述电缆初始特性参数和被测电缆的长度获得测量频率范围(flow，fup)，通过在被测电缆的芯线与地线之间输入低压变频正弦信号源来测量电流信号，并根据测量的电流信号计算电缆输入阻抗随频率变化的曲线，获得电缆阻抗谱数据；(3)根据所述测量频率范围(flow，fup)对所述电缆阻抗谱数据进行处理后提取电缆特性参数，并获取电缆局部老化段的数目及位置；(4)根据阻抗谱数据计算得到电缆整体介电损耗，对被测电缆的整体运行状态进行诊断评估；并根据电缆局部老化段的数目及定位起始位置获得各个老化段的电导G、电容C及老化段长度，并由各个老化段的电导G、电容C获得用于表征电缆各老化段绝缘状态的介电损耗，并根据所述各老化段内的介电损耗对各老化段的运行状态进行诊断评估。

【技术特征摘要】
1.一种电缆运行状态诊断方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)获得被测电缆的几何参数和绝缘材料介电函数，并计算电缆初始特性参数，电缆初
始特性参数包括特征阻抗和传播系数；
(2)根据所述电缆初始特性参数和被测电缆的长度获得测量频率范围(flow，fup)，通过
在被测电缆的芯线与地线之间输入低压变频正弦信号源来测量电流信号，并根据测量的电
流信号计算电缆输入阻抗随频率变化的曲线，获得电缆阻抗谱数据；
(3)根据所述测量频率范围(flow，fup)对所述电缆阻抗谱数据进行处理后提取电缆特性
参数，并获取电缆局部老化段的数目及位置；
(4)根据阻抗谱数据计算得到电缆整体介电损耗，对被测电缆的整体运行状态进行诊
断评估；并根据电缆局部老化段的数目及定位起始位置获得各个老化段的电导G、电容C及
老化段长度，并由各个老化段的电导G、电容C获得用于表征电缆各老化段绝缘状态的介电
损耗，并根据所述各老化段内的介电损耗对各老化段的运行状态进行诊断评估。
2.如权利要求1所述的电缆运行状态诊断方法，其特征在于，在步骤(3)中，对所测阻抗
谱数据进行广义正交积分变换，使得积分变换值在局部缺陷或故障处于完好处出现显著差
异，实现电缆局部潜伏性缺陷或故障的定位，获取电缆局部老化段的数目及位置。
3.如权利要求2所述的电缆运行状态诊断方法，其特征在于，根据公式
F(x)=∫flowfupZl(f)·e-2γxdf=a(x≠ld)b(x=ld)(0≤x≤l)]]>进行所述广义正交积分变换；
其中，F(x)为积分变换函数，fup为测量频率范围的上限值，flow为测量频率范围的下限
值，Zl(f)为长度为l的电缆首端阻抗幅值或相位频谱，γ为电缆传播系数，ld为电缆局部缺
陷或故障位置，当x＝ld时，与x≠ld时上述乘积积分值a与b差异很大。
4.如权利要求3所述的电缆运行状态诊断方法，其特征在于，根据定位函数获取所述电缆局部老化段的数目及位置；
其中，Fd(x)为发生局部缺陷后的电缆阻抗谱积分变换函数，Fh(x)为完好电缆在同一负
载下的阻抗谱积分变换函数，VA(x)表征电缆传播系数随位置变化的情况；当VA(x)恒等于
1.0时表明电缆不同位置处的传播系数相同，即电缆处于完好状态，电缆中未出现局部缺陷
或故障；当VA(x)不恒等于1.0时表明电缆局部某一位置处产生缺陷、老化或者出现永久性
故障。
5.如权利要求1-4任一项所述的电缆运行状态诊断方法，其特征在于，当获得电缆局部
老化段的数目和位置后，采用迭代的方法获得各个老化段的电导G、电容C及老化段长度。
6.如权利要求5所述的电缆运行状态诊断...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹丹，周志强，李猛虎，杨恺，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42