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文檔簡介

1、    頻域微分法在電力電纜評估應(yīng)用中的關(guān)鍵要素    李衛(wèi)+宋哲+蘇煜+戴慶源+蘇偉基+周婭摘 要 本文簡述了當(dāng)前電力電纜絕緣老化評估的必要性和檢測技術(shù)的現(xiàn)狀,重點針對非破壞性的頻域微分法用于電纜絕緣老化評估的測試流程、技術(shù)特點,討論了應(yīng)用過程中的頻率帶寬影響、衰減、接線方式、應(yīng)用量程和注意事項?!娟P(guān)鍵詞】電纜 老化評估 頻域微分 非破壞性1 背景技術(shù)電力電纜已經(jīng)成為城市輸配電的重要電力設(shè)備,尤其是地埋電纜,由于存在故障現(xiàn)象無法靠人工直接觀測,現(xiàn)有的技術(shù)手段要么未能全面覆蓋投運的電纜,要么檢修周期長,捕捉故障或絕緣缺陷存在失效性差的問題,導(dǎo)致隱患累積,

2、故障加重,產(chǎn)生局部老化現(xiàn)象。目前針對老化的檢測方法不多,我局主要依賴介質(zhì)損失測量,但現(xiàn)場測試介質(zhì)損失面臨著現(xiàn)場數(shù)據(jù)波動大的難題,且介質(zhì)損失的一個重要不足在于它只能體現(xiàn)電纜的整體老化特征,對于自然老化的電纜測試效果明顯,或制造工藝導(dǎo)致的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度不滿足要求的可以直接用介質(zhì)損失進(jìn)行測量,但對于因絕緣缺陷或局部故障累加導(dǎo)致的局部老化現(xiàn)象,則難以提供位置信息。2 頻域微分技術(shù)頻域微分技術(shù)實質(zhì)上為一種寬頻域阻抗向量測量法,其典型特征是:無破壞性、老化跟蹤靈敏度較好、穩(wěn)定度好、有跟蹤局部老化的能力。頻域微分法的測試流程如下:(1)獲得電纜的阻抗向量頻譜;(2)計算阻抗向量頻譜上的諧振頻率點和諧振阻抗峰值

3、;(3)對電纜進(jìn)行長度微分,建立微分方程式并與測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,分析整體老化趨勢;(4)頻域-時域變換,獲得沿單位長度的電纜阻抗連續(xù)特征;(5)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比測試,尋找關(guān)鍵點的發(fā)展趨勢;(6)直接尋找阻抗時域圖譜上的突變點或異常點。頻域微分法是建立在阻抗向量測試的基礎(chǔ)上,通過算法實現(xiàn)電纜單位長度微分建模的技術(shù),其微分的效果主要取決于測試的頻率帶寬,頻域帶寬越大,則理論上微分的效果越好,但硬件的要求增高。因此可以認(rèn)為頻域微分法與頻率建立了非常重要的關(guān)聯(lián),由于測試過程是完全非破壞性的,通過實際測試發(fā)現(xiàn)寬頻域阻抗向量法的穩(wěn)定性優(yōu)于介質(zhì)損失測量,這主要得益于寬頻域阻抗向量的連續(xù)特性和模型識別,使得

4、個別干擾信號的頻率點可以得到一定程度的抑制,但實際應(yīng)用過程中也存在一些經(jīng)驗成分,下面將進(jìn)行討論。3 頻域微分法的應(yīng)用特點討論頻域微分法的關(guān)鍵在于對諧振點的捕捉和建模,在國外針對航空運輸設(shè)備的電纜檢測,已經(jīng)大量采用微分頻域法,且其測試頻率已經(jīng)達(dá)到千兆赫茲級別,可發(fā)現(xiàn)厘米級精度的絕緣缺陷。由于電力電纜實際檢修過程中最終需要靠故障定點系統(tǒng)確定缺陷或故障位置,即使是采用頻域微分法也只是給出缺陷點與測試點直接的電纜長度,并不是真實的地面直線距離。由此,筆者分析了頻域微分技術(shù)在電纜缺陷、老化評估應(yīng)用中的一些注意事項。3.1 測試頻率帶寬測試帶寬越大,理論上的局部缺陷或老化的精度越高。但由于硬件限制,頻率上

5、升后帶來的成本會顯著上升,考慮到實際應(yīng)用中合理的定位精度要求,一般認(rèn)為1-2%的精度已經(jīng)能夠滿足要求。更精確的定位,需要故障定點設(shè)備如脈沖聲測或燒穿類設(shè)備結(jié)合。由此針對電力電纜的應(yīng)用,一般幾十兆赫茲已經(jīng)滿足要求。3.2 測試頻率密度頻域微分法采用掃頻測試,除了帶寬要求外,還需考慮掃頻測試的密度,即頻率布進(jìn)值,理論上布進(jìn)值越小,掃頻精度越高,但為了防止鄰近頻率之間的干擾,應(yīng)適當(dāng)增加鄰近頻率的間隔時間,這樣會影響現(xiàn)場測試效率。同時步進(jìn)值一般應(yīng)和掃頻的總帶寬聯(lián)合考慮,如總帶寬大的,可以適當(dāng)增大步進(jìn)值,總帶寬小的,可以減少步進(jìn)值,因此掃頻的步進(jìn)值不是越小越好,一般考慮帶寬范圍內(nèi)的掃頻點數(shù)更為合適。3.

6、3 高頻信號的衰減補(bǔ)償隨著頻率升高,信號的衰減呈遞增趨勢。尤其是針對融性設(shè)備,頻率增高后,分布參數(shù)影響增大,加上肌膚效應(yīng),信號的傳輸路徑發(fā)生了變化,因而在硬件的設(shè)計和信號的采集時應(yīng)充分考慮信號衰減給測試構(gòu)成的影響。3.4 現(xiàn)場測試的接線方式頻域微分法的另一個顯著優(yōu)勢是非破壞性,輸出試驗電壓低,但同時也構(gòu)成了另一個現(xiàn)實問題,即在開展現(xiàn)場測試時鄰近帶電運行電纜可能給被試電纜傳播耦合電壓,從而造成過電壓串?dāng)_,引發(fā)人身和設(shè)備安全。為有效杜絕該問題,一般應(yīng)將被試電纜遠(yuǎn)端連接低負(fù)荷阻抗或直接短路處理,從而給鄰近電纜的耦合電壓形成自然的放電通道,使得過電壓串?dāng)_得到抑制。3.5 應(yīng)用量程頻域微分法相對于其他測

7、試技術(shù)的另一突出特點是即可測試分米級超短電纜,也可測試數(shù)十公里級別的超長電纜,但針對電力電纜,考慮到成本和實用價值,一般采用幾十米到20公里以內(nèi)的配置為佳。影響該配置的主要條件為硬件指標(biāo),包括試驗輸出頻率、采集頻率和精度等。4 小結(jié)頻域微分法在老化評估和多點缺陷定位領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用,但故障性質(zhì)的區(qū)分仍然需要進(jìn)一步研究,且局部老化的跟蹤還需要對比測試。由于測試需要停電,當(dāng)前頻域微分法的應(yīng)用受到一定限制,筆者建議除了開展專門的老化評估測試外,還可將頻域微分技術(shù)與破壞性試驗結(jié)合應(yīng)用,在破壞性試驗前后進(jìn)行對比測試,評估其破壞性并提供有損傷的位置信息。同時從原理分析,頻域微分方法移植到在線運行設(shè)備領(lǐng)域仍然具有可行性,筆者將繼續(xù)開展該領(lǐng)域的研究。參考文獻(xiàn)1張建,張方榮,尹娟,高興瓊,王蘇.一種電纜故障檢測分析方法發(fā)明專利z.國家知識產(chǎn)權(quán)局,2011.2岳城亮.基于tdr和tdc的航空電纜故障檢測儀設(shè)計d.燕山大學(xué),2014.3陳善海.脈沖-回波電纜故障檢測儀j.電子技術(shù),1990(01).4lira700 simulate射頻波譜老化仿真系統(tǒng)z.成都高斯電子技術(shù)有限公司,2014.5楊孝志,陸巍,吳少雷,俞飛.電力電纜故障

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