一種電纜絕緣介質譜及絕緣狀態耐壓檢測方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電力設備絕緣介質譜及絕緣狀態耐壓檢測方法及裝置，特別是涉 及一種適用于電力電纜絕緣介質譜及絕緣狀態耐壓檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 近年來，為了改善城市環境，保障電網的安全可靠運行，配電電纜正逐步替代傳統 的架空線，越來越廣泛的應用于配電網建設中。然而隨著近年來我國電纜制造行業技術進 步以及城市輸配電網大量采用地下電力電纜，由于電力電纜本體絕緣制造缺陷、電纜及附 件施工安裝質量缺陷和電纜附件制造質量缺陷導致電纜線路運行故障的現象日益嚴重。由 于電纜埋于地下，一旦出現故障，其故障查找非常困難、耗時長，影響電網的正常運行，造成 較大的經濟損失，對居民的日常生活、生產部門的日常生產以及其他社會非生產部門的照 常運轉造成諸多不便。
[0003] 國內外已有了大量不同種類的電纜絕緣狀態檢測技術。相比較可以看出，超低頻 電壓檢測技術有著其他幾種檢測技術沒有的優點，在保證測試設備體積輕便的基礎上，既 能準確的反映出tanS的變化，更為重要的是，超低頻下電纜的tanS值與其水樹化程度呈 現很好的相關性，而在較高頻率下兩者的關系并不明顯。按照美國電機學會給出的超低頻 試驗導則，適用于配電電纜超低頻檢測的電壓波形有四種：余弦方波，正弦波，雙極性矩形 波，調制的其他正負極性變化的直流階躍波。超低頻正弦波產生或需要調制和解調的過程， 對濾波功能要求較高，要么使用旋轉電機，體積龐大，不夠靈活；而余弦方波產生過程中開 關的控制策略復雜，需要時刻判斷電容峰值。矩形波類似于直流耐壓試驗，僅僅是多了 5s 一次的換向過程，無法很好的等效電纜的正常工作狀態，而調制的直流階躍波需要更加復 雜的工業數字控制技術。

【發明內容】

[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種控制結構簡單，能測試多頻率下介質損耗無 法得到介質譜函數的，對電纜損傷更小的電纜絕緣介質譜及絕緣狀態耐壓檢測方法及裝 置。
[0005] 本發明采用的技術方案如下：一種電纜絕緣介質譜及絕緣狀態耐壓檢測方法，具 體方法為：在被檢測電纜上施加周期變化的指數波形電壓；在指數波的上升沿或下降沿通 過波形電壓和電流的頻域相位關系計算被檢測絕緣電纜的介質損耗正切值曲線；
[0006] 所述周期變化的指數波形電壓的波形滿足以下表達式：
[0007]
[0008] 其中，U。為所述周期變化的指數波形電壓的波形；Vin為預設的電壓幅值；a為指 數波形衰減參數，其值由指數波形激勵源設定參數與被檢測電纜電容容值和絕緣電阻參數 決定；t。~t4依次等時間間隔分布；
[0009] 所述方法還包括耐壓檢測：提高施加電壓等級，直至達到被檢測電纜最高允許施 加電壓值或加壓過程中發現擊穿現象或潛在擊穿風險，并記錄該最高電壓值；隨著電纜壽 命增長重復該耐壓檢測，記錄隨著電纜壽命增長發生的耐壓變化趨勢與數據分散性。
[0010] 作為優選，所述方法還包括：根據介質損耗檢測結果和耐壓檢測結果，利用識別模 擬法對被檢測絕緣電纜的電纜絕緣狀態進行評估。
[0011] 作為優選，所述計算被檢測絕緣電纜的介質損耗正切值曲線的具體方法為：將被 檢測絕緣電纜兩端采樣得到的電壓和電流波形進行信號提取，提取上升沿信號間的電壓電 流波形信號，并對其進行傅里葉變換，得到電壓和電流頻域幅值相位波形，進而計算二者的 相位差8,計算tans即可得到被檢測絕緣電纜的介質損耗正切值曲線（即介質譜函數）。
[0012] 一種電纜絕緣介質譜及絕緣狀態耐壓檢測裝置，其特征在于，包括；
[0013] 指數波形電壓激勵源，用于產生周期變化的指數波形電壓，并施加在被檢測絕緣 電纜上；
[0014] 耦合采樣單元，在指數波的上升沿或下降沿采集指數波波形電壓和電流；
[0015] 介質譜計算模塊，通過所采集的波形電壓和電流的頻域相位關系計算被檢測絕緣 電纜的介質損耗正切值曲線；
[0016] 作為優選，還包括：絕緣狀態評估模塊，根據介質損耗檢測結果和耐壓檢測結果， 利用識別模擬法對被檢測絕緣電纜的電纜絕緣狀態進行評估。
[0017] 作為優選，所述指數波形電壓激勵源包括交流變壓器、半導體開關模塊、波形適應 模塊和總控單元；所述交流變壓器的兩個輸入端通過一次側切斷裝置與交流電源相連；所 述變壓器的兩個輸出端，一端通過保護電阻與半導體開關模塊相連，另一端接地；所述半導 體開關模塊通過高壓硅堆與波形適應模塊相連；所述半導體開關模塊包括第一半導體開關 模塊和第二半導體開關模塊；所述第一半導體開關模塊僅在正向充電回路與反向放電回 路中工作；所述第二半導體開關模塊僅在正向放電回路與反向充電回路中工作；所述波形 適應模塊包括，與高壓娃堆相連的第一輸入端和與交流變壓器另一輸出端相連的第二輸入 端；所述波形適應模塊還包括與被檢測絕緣電纜線芯相連的第一輸出端和與被檢測絕緣電 纜接地線極相連的第二輸出端；所述總控單元與控制一次切斷裝置相連，在放電階段切斷 電源，同時短路變壓器一次側；所述總控單元與第一和第二半導體開關模塊相連，來調節施 加于被檢測絕緣電纜上的指數電壓的頻率；所述總控單元與波形適應模塊相連，來調節施 加于被檢測絕緣電纜上的指數電壓的波形形狀；
[0018] 所述交流變壓器的輸出電壓為0到30kV。
[0019] 作為優選，所述第一或第二半導體開關模塊包括10個以上IGBT開關單元串聯結 構的電子電力開關，每個IGBT開關單元結構包括依次相連的隔離變壓器、IGBT驅動電路、 IGTB芯片和緩沖保護電路；總控單元與IGBT驅動電路相連。
[0020] 作為優選，所述波形適應模塊包括連接于兩個輸入端或兩個輸出端之間的隔離電 容；還包括串聯與第一輸入端和第一輸出端之間的兩個以上的IGBT模塊；所述IGBT模塊 包括第一IGBT晶體管和第二IGBT晶體管兩個IGBT晶體管和一個參數調節電阻；所述第一 IGBT晶體管的發射極連接于參數調節電阻一端，集電極連接于參數電阻的另一端；所述第 二IGBT晶體管的集電極連接于所述參數調節電阻一端，發射極連接于所述參數電阻的另 一端；總控單元與所有IGBT晶體管的門極相連，控制每個IGBT晶體管的開斷。
[0021] 作為優選，所述耦合采樣單元包括電流采樣電阻和電阻分壓器；所述電流采樣電 阻一端與被檢測絕緣電纜的金屬屏蔽層相連，另一端接地；所述電阻分壓器的一端與被檢 測絕緣電纜的線芯相連，另一端接地。
[0022] 作為優選，所述電阻分壓器包括串聯的高壓電阻阻隔電阻和低壓電阻阻隔電阻， 所述高壓電阻阻隔電阻的一端與被檢測絕緣電纜的線芯相連。
[0023] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：1、采用指數波形電壓激勵，檢測設備體積 小，更加輕便；激勵源設備體積小，試驗回路包含的功能單元數量少，通過設計合理結構的 電力電子開關還能夠進一步縮小體積，減小重量；2、指數波形交流電壓存在電壓換向，不存 在電荷累積效應；3、指數波電壓換向過程比余弦方波更慢，比正弦波快，是一種對電纜損 傷更小的檢測電壓；4、激勵源波形形狀能夠隨被檢測絕緣電纜不同而發生適應性變化，激 勵電壓等級可調，能夠充分、全面的對試品電纜進行絕緣狀態評估，具有重要的工程實用價 值；5、指數波電壓包含的頻域分量更多，通過探索ta