[发明专利]一种基于边缘电场的城网电缆绝缘缺陷检测方法

说明书

本发明公开了一种基于边缘电场的城网电缆绝缘缺陷检测方法，选用Ansoft仿真软件对电力电缆进行电场仿真分析，基本方法选取有限元分析法，在求解器中选择静电场求解。模拟电缆运行中主要遇到的故障类型(包括具有气隙的电缆，具有水缝隙的电缆，钢钉扎入的电缆和电缆外绝缘层破损)，通过传感器测量实际电场值，计算出电场分布，对照仿真结果来判断是否运行正常或有缺陷。本发明可实现城网电缆绝缘缺陷的检测，降低电缆运行的风险和损耗，提高电力系统输配电的可靠性。

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种基于边缘电场的城网电缆绝缘缺陷检测方法。

背景技术

随着电力系统的不断发展，尤其是城市电网结构变得更加复杂，之前的架空线路形式在如今城市建设中已被逐步替代，电缆已经成为电网建设中的主力军。电缆在电网中的占比逐步提高，其运行的安全稳定性就显得十分重要。但是由于在电缆的生产、安装的过程中不可避免的会发生损伤，导致由电缆绝缘损伤引起的停电事故十分频繁，严重影响了电网的可靠运行。并且电缆长时间、高负荷在地下的恶劣环境下工作，常发生机械损伤、绝缘受潮、绝缘老化、过电压、过热及产品本身缺陷等。因此，对电缆绝缘缺陷的检测显得尤为重要，通过正确高效地检测故障并及时排除，提高了电缆运行的可靠性。

目前，利用状态检修停电时对电缆的常规性试验，此方法存在着一定局限性，主要为两个方面：首先，试验都是在停电情况下进行，而对国网公司现在的供电可靠性的重要性来说，停电的现象是我们极力避免的；其次，试验一般是对全部电缆开展试验，属于破坏性试验，某些原本良好的电缆由于多次在高于额定电压情况下进行试验会导致电缆绝缘的更加快速老化。此类方法降低供电可靠性、脱离运行环境、造成电缆的二次破坏。同理国内缺乏电缆在线监测结构判据，加上现场干扰，方法本身存在一些缺陷及监测装置的精确制约等问题，仅用单一方法通常无法准确进行电缆绝缘状态评估，从而导致评估诊断存在不确定性。

发明内容

因此本发明目的是提出一种基于边缘电场的城网电缆绝缘缺陷检测方法。本方法选用Ansoft仿真软件对10kv电力电缆进行电场仿真分析，基本方法选取有限元分析法，在求解器中选择静电场求解。针对现今的XLPE电缆运行中主要遇到的故障类型(如绝缘老化，针尖扎入等)加以分析，以电缆常见的几种缺陷进行电场仿真。本发明方法通过建立电缆仿真模型，分别对电缆正常运行时以及几种常见缺陷发生时的电场分布进行仿真分析，进而可以对比发现电缆所遇到的绝缘缺陷类型。

具体地，为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：一种基于边缘电场的城网电缆绝缘缺陷检测方法，包括以下步骤：

(1)根据实际电缆建立电缆仿真模型，从内到外依次为：铜芯、绝缘层、半导体层、铜屏蔽层、钢带铠装层和护套；

(2)在电缆仿真模型的基础上选择静电场求解器；电缆导体上加载电压激励，在导体周围将产生电场，由于低频电压下电场随时间变化缓慢，分析时可将其近似看做静电场，静电场的基本方程如下式所示。

∮E·dl＝0

∮D·dS＝0

式中，E为导体周围电场强度,D为电位移矢量,ρ为电荷密度，dl为长度微元，dS为面积微元，为哈密顿算子。

(3)在静电场下，仿真获得无电缆绝缘缺陷的电缆横向电场分布及径向电场分布结果，几种典型绝缘缺陷下的电缆横向电场分布及径向电场分布结果；几种典型绝缘缺陷包括具有气隙的电缆，具有水缝隙的电缆，钢钉扎入的电缆和电缆外绝缘层破损。

(4)采用三维电场传感器探头测量电缆线路中的电场值，获得实测电缆的横向电场分布及径向电场分布结果；

(5)将步骤(4)获得的仿真结果与步骤(3)中的结果进行比较，判断电缆线路是否出现绝缘缺陷。