本發(fā)明屬于局部放電檢測，具體為一種多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法。

背景技術(shù)：

1、在電纜運行過程中，電纜需要承受交流電壓和操作沖擊電壓疊加的多元電應力。多元電壓對電纜接頭會產(chǎn)生復雜的作用效果，對電纜內(nèi)部可能存在的缺陷具有激發(fā)和促進作用。因此，在實際運行中，多次出現(xiàn)電纜在遭受操作沖擊電壓后發(fā)生故障的案例。例如某110kv變電站在某110kv電纜線路合閘操作時發(fā)生開關(guān)縱差保護動作跳閘，后經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)生a相一電纜中間接頭發(fā)生擊穿故障，進一步分析事故原因發(fā)現(xiàn)該電纜中間接頭在運行過程中產(chǎn)生了電樹，由于受到合閘操作過電壓的情況下電樹發(fā)展迅速，導致絕緣擊穿。總的來說，這類故障的根本原因在于高幅值的沖擊電壓會導致局部放電的產(chǎn)生，而局部放電在持續(xù)的運行電壓下不斷發(fā)展，最終導致電纜絕緣材料的擊穿，從而引發(fā)嚴重的電力事故。

2、電纜接頭是電纜系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，其電氣性能和機械性能直接關(guān)系到整個電纜線路的安全可靠性。電纜接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，絕緣層、導體層和半導體層之間的界面容易產(chǎn)生電場畸變，導致局部電場強度增加，進而常常引發(fā)局部放電現(xiàn)象。在電纜長期運行過程中，局部放電現(xiàn)象會不斷累積，如若受到疊加操作沖擊電壓的作用，會快速損傷電纜絕緣材料，最終導致絕緣擊穿。因此，研究電纜接頭在疊加電壓下的局部放電特性，掌握疊加電壓對電纜缺陷的激發(fā)和促進作用，是確保電纜安全運行的理論關(guān)鍵。

3、在測量層面，為了更加準確地掌握電纜在疊加電壓下的狀態(tài)，研發(fā)能夠同時測量暫態(tài)電壓和局部放電的新型傳感器顯得尤為重要。這類傳感器不僅能捕捉到電纜在不同工況下的電壓變化，還能檢測到微小的局部放電信號，為疊加電壓與局部放電之間的關(guān)聯(lián)分析提供有力的工具。通過這些高精度的測量手段，可以實現(xiàn)對在運電纜實際應力下的狀態(tài)的準確感知，及時有效評斷電纜接頭的運行狀態(tài)，避免電纜事故的發(fā)生。

4、目前國內(nèi)外研究人員在各類外部條件和內(nèi)部條件作用下，圍繞電纜及終端的局部放電特性開展了大量研究，但相關(guān)研究主要針對的是單一電壓應力，包括低頻、方波、沖擊等特殊應力，而圍繞交流疊加沖擊的多元應力下的局部放電特性研究尚未見相關(guān)報道，目前圍繞這一特殊應力下的電纜及終端的局部放電特性有待進一步研究開展。當前對于電纜中的局部放電檢測以高頻脈沖電流法最為常用，對于電纜上承受的操作過電壓尚未見相關(guān)檢測手段，尤其是尚無手段可以實現(xiàn)局部放電信號和過電壓信號的同步測量，無法支撐交流疊加操作沖擊這一多元應力作用下的電纜和終端絕緣狀態(tài)檢測分析。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：常規(guī)檢測方法難以對多元應力下電纜接頭的局部放電進行有效檢測。

2、為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，該方法利用融合傳感器在電纜接頭接地線同時進行暫態(tài)電壓-局部放電測量；所述融合傳感器采用雙繞組結(jié)構(gòu)，所述雙繞組結(jié)構(gòu)包括左半磁芯和右半磁芯，其中左半磁芯的匝數(shù)多于右半磁芯，在左半磁芯的匝間并聯(lián)有阻尼電阻，所述左半磁芯測量低頻信號，所述右半磁芯測量高頻信號；兩邊繞線的輸出接入三同軸bnc頭，形成兩路輸出，兩路輸出的采樣電阻均為貼片電阻。

4、作為優(yōu)選，所述貼片電阻通過焊接方式接入，所述貼片電阻焊接在bnc接頭上作為采樣電阻。

5、作為優(yōu)選，通過以下步驟對所述融合傳感器進行優(yōu)化，再進行暫態(tài)電壓-局部放電測量：根據(jù)磁感應強度計算得到互感系數(shù)，而后，將傳感器等效成具有分布參數(shù)的傳輸線模型，再通過求解傳輸線模型的頻率方程獲得傳感器的傳遞阻抗，建立線圈結(jié)構(gòu)、尺寸、材料參數(shù)和傳感器響應特性的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

6、作為優(yōu)選，在所述傳輸線模型中，分布互感采用考慮位移電流的計算結(jié)果，分布電感考慮漏電感的影響，繞組阻抗考慮集膚效應，分布電容考慮雜散電容的影響。

7、作為優(yōu)選，該方法還包括以下步驟：以融合傳感器構(gòu)建融合檢測系統(tǒng)，利用所述融合檢測系統(tǒng)進行暫態(tài)電壓-局部放電測量。

8、作為優(yōu)選，所述融合檢測系統(tǒng)包括寬頻信號采集系統(tǒng)、檢測分析系統(tǒng)、通信系統(tǒng)；所述寬頻信號采集系統(tǒng)包括融合傳感器、量程動態(tài)調(diào)節(jié)單元、信號調(diào)理單元以及數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；所述檢測分析系統(tǒng)為微處理器。

9、作為優(yōu)選，該方法還包括以下步驟：構(gòu)建工頻疊加沖擊電壓實驗平臺，利用所述實驗平臺對實際電纜設備進行試驗，確定工頻疊加操作沖擊電壓下電纜接頭局部放電特性。

10、作為優(yōu)選，所述工頻疊加沖擊電壓實驗平臺的電路包括沖擊回路、工頻試驗系統(tǒng)、測量設備以及高壓球隙同步觸發(fā)器。

11、作為優(yōu)選，在所述雙繞組結(jié)構(gòu)中采用羅氏線圈，當載流導體中流過的待測電流發(fā)生變化時，導體周圍產(chǎn)生變化的磁場，使羅氏線圈發(fā)生電磁感應，在輸出端產(chǎn)生感應電動勢。

12、作為優(yōu)選：

13、當穿過羅氏線圈中心的載流導體為一匝，且待測電流為i(t)時：

14、∮h·dl＝i(t)

15、當環(huán)內(nèi)磁場強度處處相等時，在距離載流導體半徑r處的磁場強度為：

16、

17、由磁感應強度b與磁場強度h的關(guān)系為b＝μ0·h，得到磁感應強度b為：

18、

19、式中：μr是骨架材料的相對磁導率；μ0是真空磁導率；

20、當線圈骨架截面積s上的磁場處處相等時，線圈總匝數(shù)為n，線圈交鏈的總磁鏈ψ為：

21、

22、在上式中，線圈兩端的感應電動勢與待測電流的微分成比例，此比例系數(shù)為待測載流導體和線圈之間的互感系數(shù)m；

23、當滿足自積分條件時，忽略感應電動勢在線圈內(nèi)阻和采樣電阻上產(chǎn)生的電壓降，得到：

24、

25、當線圈匝數(shù)為n時：

26、

27、此時線圈中流過的電流i(t)為：

28、

29、聯(lián)立得：

30、

31、即線圈的輸出電壓波形與原電流波形成線性關(guān)系。

32、本發(fā)明提供了一種多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法。該方法針對電纜操作沖擊電壓對其絕緣狀態(tài)的影響，研究交流疊加操作沖擊電壓多元應力下的電纜中間接頭局部放電演變特性，并進一步研制能夠?qū)崿F(xiàn)電纜接頭局部放電和操作沖擊電壓同時同地測量的一體化傳感器，開發(fā)檢測裝置，實現(xiàn)實際電纜復雜工況下的絕緣狀態(tài)檢測和評估，實現(xiàn)對其健康狀況的準確評估，這對于早期發(fā)現(xiàn)和預防電纜故障，避免可能的停電事故，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，該方法利用融合傳感器在電纜接頭接地線同時進行暫態(tài)電壓-局部放電測量；所述融合傳感器采用雙繞組結(jié)構(gòu)，所述雙繞組結(jié)構(gòu)包括左半磁芯和右半磁芯，其中左半磁芯的匝數(shù)多于右半磁芯，在左半磁芯的匝間并聯(lián)有阻尼電阻，所述左半磁芯測量低頻信號，所述右半磁芯測量高頻信號；兩邊繞線的輸出接入三同軸bnc頭，形成兩路輸出，兩路輸出的采樣電阻均為貼片電阻。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，所述貼片電阻通過焊接方式接入，所述貼片電阻焊接在bnc接頭上作為采樣電阻。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，通過以下步驟對所述融合傳感器進行優(yōu)化，再進行暫態(tài)電壓-局部放電測量：根據(jù)磁感應強度計算得到互感系數(shù)，而后，將傳感器等效成具有分布參數(shù)的傳輸線模型，再通過求解傳輸線模型的頻率方程獲得傳感器的傳遞阻抗，建立線圈結(jié)構(gòu)、尺寸、材料參數(shù)和傳感器響應特性的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，在所述傳輸線模型中，分布互感采用考慮位移電流的計算結(jié)果，分布電感考慮漏電感的影響，繞組阻抗考慮集膚效應，分布電容考慮雜散電容的影響。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟：以融合傳感器構(gòu)建融合檢測系統(tǒng)，利用所述融合檢測系統(tǒng)進行暫態(tài)電壓-局部放電測量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，所述融合檢測系統(tǒng)包括寬頻信號采集系統(tǒng)、檢測分析系統(tǒng)、通信系統(tǒng)；所述寬頻信號采集系統(tǒng)包括融合傳感器、量程動態(tài)調(diào)節(jié)單元、信號調(diào)理單元以及數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；所述檢測分析系統(tǒng)為微處理器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟：構(gòu)建工頻疊加沖擊電壓實驗平臺，利用所述實驗平臺對實際電纜設備進行試驗，確定工頻疊加操作沖擊電壓下電纜接頭局部放電特性。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，所述工頻疊加沖擊電壓實驗平臺的電路包括沖擊回路、工頻試驗系統(tǒng)、測量設備以及高壓球隙同步觸發(fā)器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于，在所述雙繞組結(jié)構(gòu)中采用羅氏線圈，當載流導體中流過的待測電流發(fā)生變化時，導體周圍產(chǎn)生變化的磁場，使羅氏線圈發(fā)生電磁感應，在輸出端產(chǎn)生感應電動勢。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種多元應力下電纜接頭局部放電檢測方法，屬于局部放電檢測技術(shù)領(lǐng)域。該方法針對電纜操作沖擊電壓對其絕緣狀態(tài)的影響，研究交流疊加操作沖擊電壓多元應力下的電纜中間接頭局部放電演變特性，并進一步研制能夠?qū)崿F(xiàn)電纜接頭局部放電和操作沖擊電壓同時同地測量的一體化傳感器，開發(fā)檢測裝置，實現(xiàn)實際電纜復雜工況下的絕緣狀態(tài)檢測和評估，實現(xiàn)對其健康狀況的準確評估，這對于早期發(fā)現(xiàn)和預防電纜故障，避免可能的停電事故，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：劉權(quán)琦,趙中奇,鄭永燕,韓雪梅,趙榮全,祁小林,王一博,王福杰,楊俊俊,孫永發(fā)
受保護的技術(shù)使用者：國網(wǎng)青海省電力公司海北供電公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30