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CN109406903A - 一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法 - Google Patents

一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法 Download PDF

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CN109406903A
CN109406903A CN201811456647.XA CN201811456647A CN109406903A CN 109406903 A CN109406903 A CN 109406903A CN 201811456647 A CN201811456647 A CN 201811456647A CN 109406903 A CN109406903 A CN 109406903A
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pulse
connector
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何光华
王昱力
卞栋
沈海平
夏荣
何建益
李文杰
张志坚
李烨
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Wuxi Power Supply Branch Jiangsu Electric Power Co Ltd
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Original Assignee
Wuxi Power Supply Branch Jiangsu Electric Power Co Ltd
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance

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Abstract

本发明涉及一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法，包括以下步骤：(1)在电缆中注入具有陡上升沿的脉冲信号；(2)观测首、尾端注入脉冲及其响应信号波形；(3)比较电缆中四个部分的特征阻抗：接头近端电缆特征阻抗Z1、接头特征阻抗Z2、接头远端电缆特征阻抗Z3、电缆末端特征阻抗Z4。本发明采用低压高频时域脉冲注入，尾端增加脉冲触发的高频脉冲源对传输至尾端的信号进行同步放大，通过比较首端注入脉冲波形、首端反射脉冲及末端注入与反射脉冲波形的特征相似性或相异性判断交联电缆接头进水状态，可弥补现有电缆线路离线诊断性试验无法直接检测、诊断电缆接头是否存在进水以及进水程度的缺点，同时克服因线路过长导致信号衰减问题，实现对电缆接头进水状态的检测与诊断。

Description

一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法
技术领域
本发明涉及高电压技术与绝缘测试领域，具体涉及一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法。
背景技术
目前，电缆现场试验中还没有有效检测接头进水缺陷状态的方法手段，只能对电缆线路施加电压后测量介质损耗因数或损耗电流谐波分量来诊断整根电缆中是否存在水树劣化。但介质损耗因数这一状态特征量不仅与电缆或接头进水，产生水树老化有关，而且受绝缘热老化、化学老化等其他因素影响，而且只能反映电缆的整体水树老化水平。损耗电流谐波分量作为状态特征量，在现场试验检测时，需要高压试验电源、电流比较仪电桥等多种装置手段配合，检测过程实施较为复杂、繁琐。
在现有技术CN104458821 A中，公开了一种交联电缆接头进水状态的时域脉冲检测方法，其技术方案基本原理正确，但未考虑到高频脉冲随传输距离的增大而显著衰减，故末端反射波极易无法在首端检出，此外由于测试环境的背景干扰难以保障，而接头进水带来的反射波较小，在背景噪声中可能存在极为相似的信号，上述两点都造成了该方法在应用中存在较大的局限。
因此需要提供一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法，实现对长距离电缆线路电缆接头进水状态的检测与诊断。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用时域脉冲判断电缆接头进水状态的方法，采用低压高频时域脉冲注入，末端同步放大的方式，通过比较首、尾端注入脉冲波形与反射脉冲波形的特征相似性或相异性判断交联电缆接头进水状态，不仅可弥补现有电缆线路离线诊断性试验无法直接检测、诊断电缆接头是否存在进水以及进水程度的缺点，实现对电缆接头进水状态的检测与诊断，同时由于电缆尾端同步放大的引入，理论上至少提升了原方案中(CN104458821 A)一倍的测试距离，同时由于两次脉冲注入带来的发射脉冲信号具有良好的对称性，可帮助检测人员更为便捷的在干扰信号中识别出接头带来的反射波形。
一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法，包括以下步骤：
(1)在电缆中注入具有陡上升沿的脉冲信号，电缆尾端设有同步脉冲信号放大器；
(2)观测注入脉冲及其响应信号波形；
(3)比较电缆中四个部分的特征阻抗：接头近端电缆特征阻抗Z1、接头特征阻抗Z2、接头远端电缆特征阻抗Z3、电缆末端特征阻抗Z4。
其中在注入脉冲信号之前，电缆线路停电且每相电缆金属屏蔽层各自短接。
其中在电缆中注入脉冲信号是在电缆首端从导体线芯与金属屏蔽层之间采用时域脉冲源注入脉冲信号。
其中脉冲信号是一个极性已知且具有陡上升沿的脉冲信号Imp。
其中脉冲信号的上升沿时间≤10nS。
其中观测注入脉冲及其响应信号波形是采用高速示波装置OSC。
其中在脉冲信号传播过程中，由于接头在电缆线路中间，且接头特征阻抗Z2与接头近端电缆特征阻抗Z1不匹配，注入脉冲Imp从接头近端电缆特征阻抗Z1传播至接头特征阻抗Z2将发生反射，产生反射脉冲I2ref返回。
其中在脉冲信号传播过程中，由于接头特征阻抗Z2与接头远端电缆特征阻抗Z3不匹配，注入脉冲Imp从接头特征阻抗Z2继续传播至接头远端电缆特征阻抗Z3将发生反射，产生反射脉冲I3ref返回。
其中在脉冲信号传播过程中，注入脉冲Imp从接头远端电缆特征阻抗Z3继续传播至电缆末端，电缆末端设置的同步脉冲信号放大器将注入脉冲Imp传输至末端的信号进行阻抗匹配及信号放大后，远端注入脉冲I4，末端注入脉冲I4波形极性与注入脉冲Imp相同，但幅值增大或保持不变。
末端注入脉冲I4由末端向近端进行传输，由于接头特征阻抗Z2与接头远端电缆特征阻抗Z3不匹配，末端注入脉冲I4从电缆特征阻抗Z3继续传播至接头特征阻抗Z2将发生反射，产生反射脉冲I5ref返回末端，全反射后返回首端(此时尾端同步脉冲信号放大器为开路状态)。
末端注入脉冲I4由于接头在电缆线路中间，且接头特征阻抗Z2与接头近端电缆特征阻抗Z1不匹配，末端注入脉冲I4从接头近端电缆特征阻抗Z1传播至接头特征阻抗Z2将发生反射，产生反射脉冲I6ref返回末端，全反射后返回首端(此时尾端同步脉冲信号放大器为开路状态)。
其中诊断电缆接头未进水的条件为：接头特征阻抗Z2>接头近端电缆特征阻抗Z1，注入脉冲Imp从接头近端电缆特征阻抗Z1传输至接头特征阻抗Z2产生正反射，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相同，但幅值变小。
其中诊断电缆接头未进水的条件为：接头特征阻抗Z2>接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z2传输至接头近端电缆特征阻抗Z1产生负反射，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
其中诊断电缆接头未进水的条件为：接头特征阻抗Z2>接头远端电缆特征阻抗Z3，注入脉冲Imp从接头特征阻抗Z2传输至接头远端电缆特征阻抗Z3产生负反射，反射脉冲I3ref波形极性与Imp相同，但幅值变小。
其中诊断电缆接头未进水的条件为：接头特征阻抗Z2>接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头远端电缆特征阻抗Z3传输至接头特征阻抗Z2产生正反射，反射系数大于1，反射脉冲I5ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
其中诊断电缆接头进水的条件为：接头特征阻抗Z2<接头近端电缆特征阻抗Z1，注入脉冲Imp从接头近端电缆特征阻抗Z1传输至接头特征阻抗Z2产生负反射，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相反，幅值变小。
其中诊断电缆接头进水的条件为：接头特征阻抗Z2<接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z2传输至接头近端电缆特征阻抗Z1产生负正射，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相同，幅值变小。
其中诊断电缆接头进水的条件为：接头特征阻抗Z2<接头远端电缆特征阻抗Z3，注入脉冲Imp从接头特征阻抗Z2传输至接头远端电缆特征阻抗Z3产生正反射，反射脉冲I3ref波形极性与Imp相同，幅值变小。
其中诊断电缆接头进水的条件为：接头特征阻抗Z2<接头近端电缆特征阻抗Z3，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z3传输至接头近端电缆特征阻抗Z3产生负正射，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
其中诊断电缆接头严重进水的条件为：接头特征阻抗Z2<<接头近端电缆特征阻抗Z1，则注入脉冲Imp从接头近端电缆特征阻抗Z1传输至接头特征阻抗Z2产生负的全反射，反射系数为1，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相反，幅值接近，且Imp因为发生全反射不再向前传播。
本发明所提出的方法可在不施加外部试验高压的情况下，利用交联固态绝缘电缆特征阻抗与电缆接头特征阻抗的差异性对时域脉冲信号传输的不同影响规律来判断电缆接头是否存在进水，弥补现有电缆线路离线诊断性试验无法直接检测、诊断电缆接头是否存在进水以及进水程度的缺点，实现对电缆接头进水状态的检测与诊断，同时由于尾端同步放大的引入，理论上至少提升了原方案中(CN104458821 A)一倍的测试距离，同时由于两次脉冲注入带来的发射脉冲信号具有良好的对称性，可帮助检测人员更为便捷的在干扰信号在识别出接头带来的反射波形。
附图说明
图1为本发明中，电缆线路中交联电缆与电缆接头的时域脉冲传播模型示意图；
图2为本发明中，电缆接头未进水的时域脉冲波形特征示意图；
图3为本发明中，电缆接头进水的时域脉冲检测波形特征示意图；
图4为本发明中，电缆接头完全进水的时域脉冲检测波形特征示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参照图1，图1为本发明交联电缆接头进水状态的时域脉冲检测方法所用的检测模型图。如图1所示，图中交联电缆接头3为两根交联电缆的对接处，电缆接头3近端为接头近端电缆4，电缆接头3远端为接头远端电缆5。交联电缆由导体线芯和封闭在所述导体线芯外表面的金属屏蔽层组成。
一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法，具体步骤如下：
电缆线路停电且每相电缆金属屏蔽层各自短接情况下，在电缆首端从导体线芯与金属屏蔽层之间采用时域脉冲源1，注入一个极性已知且具有陡上升沿的脉冲信号Imp(脉冲的上升沿时间≤10nS)；
采用高速示波装置OSC 2观测注入脉冲Imp及其响应信号波形；
由于接头在电缆线路中间，且其接头特征阻抗Z2与接头近端电缆特征阻抗Z1不匹配，注入脉冲Imp从Z1传播至Z2将发生反射，产生反射脉冲I2ref返回；
接头特征阻抗Z2与接头远端电缆特征阻抗Z3不匹配，注入脉冲Imp从Z2继续传播至Z3将发生反射，产生反射脉冲I3ref返回；
注入脉冲Imp从接头远端电缆特征阻抗Z3继续传播至电缆末端，电缆末端设置的同步脉冲信号放大器将注入脉冲Imp传输至末端的信号进行阻抗匹配及信号放大后，远端注入脉冲I4，末端注入脉冲I4波形极性与注入脉冲Imp相同，但幅值增大或保持不变；
末端注入脉冲I4由末端向近端进行传输，由于接头特征阻抗Z2与接头远端电缆特征阻抗Z3不匹配，末端注入脉冲I4从电缆特征阻抗Z3继续传播至接头特征阻抗Z2将发生反射，产生反射脉冲I5ref返回末端，全反射后返回首端(此时尾端同步脉冲信号放大器为开路状态)；
末端注入脉冲I4由于接头在电缆线路中间，且接头特征阻抗Z2与接头近端电缆特征阻抗Z1不匹配，末端注入脉冲I4从接头近端电缆特征阻抗Z1传播至接头特征阻抗Z2将发生反射，产生反射脉冲I6ref返回末端，全反射后返回首端(此时尾端同步脉冲信号放大器为开路状态)。
参照图2，电缆接头未进水的时域脉冲波形特征示意图。
若电缆接头未进水，则其接头特征阻抗大于接头近端电缆特征阻抗，即Z2>Z1，注入脉冲Imp从Z1传输至Z2产生正反射，，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相同，但幅值变小；
若电缆接头未进水，则其接头特征阻抗大于接头远端电缆特征阻抗，即Z2>Z3，注入脉冲Imp从Z2传输至Z3产生负反射，，反射脉冲I3ref波形极性与Imp相同，但幅值变小；
若电缆接头未进水，则接头特征阻抗Z2>接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z2传输至接头近端电缆特征阻抗Z1产生负反射，，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
若电缆接头未进水，接头特征阻抗Z2>接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头远端电缆特征阻抗Z3传输至接头特征阻抗Z2产生正反射，反射系数大于1，反射脉冲I5ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
参照图3，电缆接头进水的时域脉冲检测波形特征示意图。
若电缆接头存在进水，则其接头特征阻抗小于接头近端电缆特征阻抗，即Z2<Z1，注入脉冲Imp从Z1传输至Z2产生负反射，，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相反，幅值变小；
若电缆接头存在进水，则其接头特征阻抗小于接头远端电缆特征阻抗，即Z2<Z3，注入脉冲Imp从Z2传输至Z3产生正反射，，反射脉冲I3ref波形极性与Imp相同，幅值变小；
若电缆接头存在进水，接头特征阻抗Z2<接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z2传输至接头近端电缆特征阻抗Z1产生负正射，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相同，幅值变小。
若电缆接头存在进水，接头特征阻抗Z2<接头近端电缆特征阻抗Z3，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z3传输至接头近端电缆特征阻抗Z3产生负正射，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
参照图4，电缆接头完全进水的时域脉冲检测波形特征示意图。
若接头存在严重进水，导致导体线芯与金属屏蔽层短接，接头阻抗Z2远小于接头近端电缆特征阻抗Z1，即Z2<<Z1，则注入脉冲Imp从Z1传输至Z2产生负的全反射，反射系数为1，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相反，幅值接近，且Imp因为发生全反射不再向前传播。
申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种电缆接头进水缺陷检测与诊断方法，包括以下步骤：
(1)在电缆中注入具有陡上升沿的脉冲信号，电缆尾端设有同步脉冲信号放大器；
(2)观测首、尾端注入脉冲及其响应信号波形；
(3)比较电缆中四个部分的特征阻抗：接头近端电缆特征阻抗Z1、接头特征阻抗Z2、接头远端电缆特征阻抗Z3、电缆末端特征阻抗Z4。
2.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中在注入脉冲信号之前，电缆线路停电且每相电缆金属屏蔽层各自短接。
3.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中在电缆中注入脉冲信号是在电缆首端从导体线芯与金属屏蔽层之间采用时域脉冲源注入脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中脉冲信号是一个极性已知且具有陡上升沿的脉冲信号Imp。
5.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中脉冲信号的上升沿时间≤10nS。
6.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中观测注入脉冲及其响应信号波形是采用高速示波装置OSC。
7.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中在脉冲信号传播过程中，由于接头在电缆线路中间，且接头特征阻抗Z2与接头近端电缆特征阻抗Z1不匹配，注入脉冲Imp从接头近端电缆特征阻抗Z1传播至接头特征阻抗Z2将发生反射，产生反射脉冲I2ref返回。
8.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中在脉冲信号传播过程中，由于接头特征阻抗Z2与接头远端电缆特征阻抗Z3不匹配，注入脉冲Imp从接头特征阻抗Z2继续传播至接头远端电缆特征阻抗Z3将发生反射，产生反射脉冲I3ref返回。
9.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中在脉冲信号传播过程中，注入脉冲Imp从接头远端电缆特征阻抗Z3继续传播至电缆末端，末端设置的同步脉冲信号放大器将注入脉冲Imp传输至末端的信号进行阻抗匹配及信号放大后，在末端注入脉冲I4，末端注入脉冲I4波形极性与注入脉冲Imp相同，但幅值增大或保持不变。
10.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中末端注入脉冲I4由末端向近端进行传输，由于接头特征阻抗Z2与接头远端电缆特征阻抗Z3不匹配，末端注入脉冲I4从电缆特征阻抗Z3继续传播至接头特征阻抗Z2将发生反射，产生反射脉冲I5ref返回末端，全反射后返回首端，此时电缆尾端的同步脉冲信号放大器为开路状态。
11.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中由于接头在电缆线路中间，且接头特征阻抗Z2与接头近端电缆特征阻抗Z1不匹配，末端注入脉冲I4从接头近端电缆特征阻抗Z1传播至接头特征阻抗Z2将发生反射，产生反射脉冲I6ref返回末端，全反射后返回首端，此时电缆尾端的同步脉冲信号放大器为开路状态。
12.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头未进水的条件为：接头特征阻抗Z2>接头近端电缆特征阻抗Z1，注入脉冲Imp从接头近端电缆特征阻抗Z1传输至接头特征阻抗Z2产生正反射，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相同，但幅值变小。
13.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头未进水的条件为：接头特征阻抗Z2>接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z2传输至接头近端电缆特征阻抗Z1产生负反射，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
14.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头未进水的条件为：接头特征阻抗Z2>接头远端电缆特征阻抗Z3，注入脉冲Imp从接头特征阻抗Z2传输至接头远端电缆特征阻抗Z3产生负反射，反射脉冲I3ref波形极性与Imp相同，但幅值变小。
15.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头未进水的条件为：接头特征阻抗Z2>接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头远端电缆特征阻抗Z3传输至接头特征阻抗Z2产生正反射，反射系数大于1，反射脉冲I5ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
16.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头进水的条件为：接头特征阻抗Z2<接头近端电缆特征阻抗Z1，注入脉冲Imp从接头近端电缆特征阻抗Z1传输至接头特征阻抗Z2产生负反射，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相反，幅值变小。
17.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头进水的条件为：接头特征阻抗Z2<接头近端电缆特征阻抗Z1，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z2传输至接头近端电缆特征阻抗Z1产生负正射，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相同，幅值变小。
18.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头进水的条件为：接头特征阻抗Z2<接头远端电缆特征阻抗Z3，注入脉冲Imp从接头特征阻抗Z2传输至接头远端电缆特征阻抗Z3产生正反射，反射脉冲I3ref波形极性与Imp相同，幅值变小。
19.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头进水的条件为：接头特征阻抗Z2<接头近端电缆特征阻抗Z3，末端注入脉冲I4从接头特征阻抗Z3传输至接头近端电缆特征阻抗Z3产生负正射，反射脉冲I6ref波形极性与末端注入脉冲I4相反，幅值变小。
20.根据权利要求1所述的检测与诊断方法，
其中诊断电缆接头严重进水的条件为：接头特征阻抗Z2<<接头近端电缆特征阻抗Z1，则注入脉冲Imp从接头近端电缆特征阻抗Z1传输至接头特征阻抗Z2产生负的全反射，反射系数为1，反射脉冲I2ref波形极性与Imp相反，幅值接近，且Imp因为发生全反射不再向前传播。
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