一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法技术

本发明专利技术公开了一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，获取含有气隙缺陷的XLPE电缆试样；对含有气隙缺陷的XLPE电缆试样进行太赫兹时域光谱反射模式测试，得到含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图；基于含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图，确定主波与气隙反射回波的相位信息；根据主波与气隙反射回波的相位信息构建反射模型，基于反射模型，通过光学计算完成对气隙缺陷的精准定位。本发明专利技术为XLPE电力电缆的缺陷识别方法提供了一种精度高、运行速度快、能量低、安全可靠的检测方式，能够实现对XLPE电力电缆气隙缺陷的实时监测和精准定位。力电缆气隙缺陷的实时监测和精准定位。力电缆气隙缺陷的实时监测和精准定位。

【技术实现步骤摘要】
一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法


[0001]本专利技术涉及高压绝缘材料
，具体为一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法。

技术介绍

[0002]交联聚乙烯(cross
‑
linked polyethylene，XLPE)以其优异的电气、机械性能被广泛应用于中高压电力电缆。但XLPE在生产、敷设、运行过程中受到多种环境或人为因素影响，导致产生微孔气隙缺陷。大量研究表明，微孔缺陷将导致局部的电场集中以及局部放电，进而产生电树枝，造成绝缘性能的严重劣化。因此，研究XLPE电力电缆的气隙缺陷位置、及时更换电缆对于电网稳定运行至关重要。
[0003]传统的气隙研究主要有以下几种方法，基于激光超声技术对盆式绝缘子气泡、裂纹等缺陷进行识别，利用快宽频阻抗谱以实现电缆中热老化和核辐射老化缺陷的定位，基于局部放电法采用PD信号的幅频特性和相位差定位XLPE的局部缺陷。而上述研究方法普遍存在以下问题：1.需要高电压、强电流的实验环境，较为危险；2.无法满足对XLPE电缆大规模无损检测的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，以克服现有技术存在的缺陷，本专利技术具有识别精度高、运行速度快、能量低、安全可靠的优点，适用于高电压大电流的实际电力生产环境中。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，包括如下步骤：
[0007]获取含有气隙缺陷的XLPE电缆试样；
[0008]对含有气隙缺陷的XLPE电缆试样进行太赫兹时域光谱反射模式测试，得到含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图；
[0009]基于含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图，确定主波与气隙反射回波的相位信息；
[0010]根据主波与气隙反射回波的相位信息构建反射模型，基于反射模型，通过光学计算完成对气隙缺陷的精准定位。
[0011]进一步地，所述获取含有气隙缺陷的XLPE电缆试样，具体包括：
[0012]采用电缆试样径切，得到块状XLPE电缆试样；
[0013]对块状XLPE电缆试样进行气隙缺陷重构，获得针孔型气隙缺陷试样，即含有气隙缺陷的XLPE电缆试样。
[0014]进一步地，所述对块状XLPE电缆试样进行气隙缺陷重构，具体为：使用钢针尾段扎入块状XLPE电缆试样进行气隙缺陷重构。
[0015]进一步地，在得到含有气隙缺陷的XLPE电缆试样后，将含有气隙缺陷的XLPE电缆
试样置于真空环境中进行保温。
[0016]进一步地，所述保温的温度为70℃，保温的时间为12h。
[0017]进一步地，所述基于含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图，确定主波与气隙反射回波的相位信息，具体为：
[0018]基于含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图，获取主波的幅值信息和气隙反射回波的幅值信息，基于主波的幅值信息和气隙反射回波的幅值信息，以及Origin软件内嵌的寻峰模块确定主波与气隙反射回波的相位信息。
[0019]进一步地，所述根据主波与气隙反射回波的相位信息构建反射模型，具体为：
[0020]计算在进行太赫兹时域光谱反射模式测试时，太赫兹波在含有气隙缺陷的XLPE电缆试样表面的反射角θ2与折射角θ3：
[0021]根据主波与气隙反射回波的相位信息，计算出太赫兹波直接在XLPE表面反射路径与在气隙表面反射路径的光程差Δt；
[0022]基于太赫兹波在含有气隙缺陷的XLPE电缆试样表面的反射角θ2与折射角θ3，以及太赫兹波直接在XLPE表面反射路径与在气隙表面反射路径的光程差Δt，得到反射模型。
[0023]进一步地，太赫兹波在含有气隙缺陷的XLPE电缆试样表面的反射角θ2与折射角θ3计算如下：
[0024]θ1＝θ2＝45
°
，
[0025][0026]其中，ε
s
、ε0分别为XLPE电缆试样介电常数、真空介电常数，θ1为入射角，n0、n
s
分别为真空折射率与XLPE电缆试样的折射率。
[0027]进一步地，太赫兹波直接在XLPE表面反射路径与在气隙表面反射路径的光程差Δt计算如下：
[0028]太赫兹波直接在XLPE表面反射路径即为产生主波信号的太赫兹路径，记为路径1；太赫兹波在气隙表面反射路径即为反射回波信号的太赫兹路径，记为路径2；
[0029][0030]其中，c为真空光速，L1为路径1中太赫兹波从XLPE电缆试样表面到反射镜之间的光程、L2为路径1中太赫兹波从反射镜到离轴抛面镜之间的之间光程、L3为路径1中太赫兹波从离轴抛面镜到达太赫兹探测器之间的光程、L1'为路径2中太赫兹波从气隙表面到XLPE电缆试样表面之间的光程、L2'为路径2中太赫兹波从XLPE试样表面到反射镜之间的光程、L3'为路径2中太赫兹波从反射镜到离轴抛面镜之间之间的光程、L4'为路径2中太赫兹波从离轴抛面镜到达太赫兹探测器之间的光程；
[0031]消去路径中消耗时间相同的空间路程，得到：
[0032][0033]其中，Δl1＝L2‑
L3′
，Δl2＝L2′‑
L1，Δl3＝L3‑
L4′
。
[0034]进一步地，所述基于反射模型，通过光学计算完成对气隙缺陷的精准定位，具体为计算气隙深度，计算表达式为：
[0035][0036]其中，h为气隙深度。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0038]本专利技术设计了一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，基于太赫兹时域光谱反射模块的瞬态性、相干性、非接触特性，通过测量XLPE试样的太赫兹时域光谱反射图，能够基于光学运算完成对气隙的无损检测以及精准定位。本专利技术采用太赫兹时域光谱技术对XLPE电力电缆气隙缺陷进行识别，有利于电缆厂家改进加工工艺、提升生产质量，同时有助于监测人员快速掌握电缆实际缺陷状况并及时更换电缆，进而保障电力系统的安全稳定运行。本专利技术所述的XLPE电力电缆的缺陷识别以及定位方法具有识别精度高、运行速度快、能量低、安全可靠的优点，适用于高电压大电流的实际电力生产环境中。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1为本专利技术一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法流程图；
[0041]图2为本专利技术实例中含有气隙缺陷的XLPE电缆试样结构图；
[0042]图3为本专利技术实施例中含有气隙缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，其特征在于，包括如下步骤：获取含有气隙缺陷的XLPE电缆试样；对含有气隙缺陷的XLPE电缆试样进行太赫兹时域光谱反射模式测试，得到含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图；基于含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图，确定主波与气隙反射回波的相位信息；根据主波与气隙反射回波的相位信息构建反射模型，基于反射模型，通过光学计算完成对气隙缺陷的精准定位。2.根据权利要求1所述的一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，其特征在于，所述获取含有气隙缺陷的XLPE电缆试样，具体包括：采用电缆试样径切，得到块状XLPE电缆试样；对块状XLPE电缆试样进行气隙缺陷重构，获得针孔型气隙缺陷试样，即含有气隙缺陷的XLPE电缆试样。3.根据权利要求2所述的一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，其特征在于，所述对块状XLPE电缆试样进行气隙缺陷重构，具体为：使用钢针尾段扎入块状XLPE电缆试样进行气隙缺陷重构。4.根据权利要求2所述的一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，其特征在于，在得到含有气隙缺陷的XLPE电缆试样后，将含有气隙缺陷的XLPE电缆试样置于真空环境中进行保温。5.根据权利要求4所述的一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，其特征在于，所述保温的温度为70℃，保温的时间为12h。6.根据权利要求1所述的一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，其特征在于，所述基于含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图，确定主波与气隙反射回波的相位信息，具体为：基于含有气隙缺陷的XLPE电缆试样的太赫兹时域光谱反射图，获取主波的幅值信息和气隙反射回波的幅值信息，基于主波的幅值信息和气隙反射回波的幅值信息，以及Origin软件内嵌的寻峰模块确定主波与气隙反射回波的相位信息。7.根据权利要求1所述的一种XLPE电力电缆气隙缺陷的识别以及定位方法，其特征在于，所述根据主波与气隙反射回波的相位信息构建反射模型，具体为：计算在进行太赫兹时域光谱反射模式测试时，太赫兹波在含有气隙缺陷的XLPE电缆试样表面的反射角θ2与...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉泽，李新禹，俞华，冯阳，李盛涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：