本發(fā)明涉及高壓電力電纜絕緣特性老化測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著柔性直流輸電技術(shù)的不斷發(fā)展以及材料制備工藝的不斷提升，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜(簡稱XLPE電纜)以其優(yōu)越的電氣性能和機械物理性能逐漸替代充油電纜，成為應(yīng)用最為廣泛的電纜類型，目前在電壓等級10～220kV的電網(wǎng)中被大量使用。但隨著電力電纜運行時間的增加，在高溫及高電場強度的持續(xù)作用下，電纜絕緣材料會逐漸老化，導致絕緣性能逐漸破壞，給電纜的安全運行帶來了極大的隱患，甚至危及整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行和技術(shù)人員的人身安全。

一般而言，電力電纜的老化可簡單分類為：熱老化，機械老化及電老化。電纜老化一般由電纜結(jié)構(gòu)尺寸(如橫截面積、長度等)和電纜絕緣材料特性決定，對于正常投入運行的電力電纜而言，結(jié)構(gòu)尺寸一般不會變化。因此，電纜發(fā)生老化現(xiàn)象主要由于電纜本體絕緣材料特性發(fā)生變化，進而導致絕緣性能下降。老化可以通過電樹枝和水樹枝表現(xiàn)出來，而電容量測試，介損測量是常規(guī)的測量手段。但目前很多測試方法針對的試驗對象局限于電纜本體切片，若直接對運行段電纜進行測試，最大有效測試長度已成為首要限制因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于脈沖響應(yīng)的高壓電纜老化測試方法及裝置，它可以直接對較長電纜本體進行測量，同時，采用脈沖響應(yīng)頻域分析法，對測試系統(tǒng)脈沖源功率要求較低。它具有很好的工程應(yīng)用價值。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于脈沖響應(yīng)的高壓電纜老化測試方法，包括以下步驟：

a、由脈沖信號發(fā)生器向待測試電纜的首端注入脈沖信號，在待測試電纜的首端和末端接收該脈沖在同一時間段內(nèi)的響應(yīng)信號，待測試電纜的首端所接收的信號為首端脈沖響應(yīng)信號，測試電纜的末端所接收的信號為末端脈沖響應(yīng)信號；將首端脈沖響應(yīng)信號和末端脈沖響應(yīng)信號分別進行濾波放大處理，從而提取出與脈沖信號發(fā)生器所發(fā)出頻率相對應(yīng)的信號，以提高兩個脈沖響應(yīng)信號信噪比和信號的抗干擾性，以形成首端脈沖響應(yīng)預處理信號和末端脈沖響應(yīng)預處理信號；

b、將首端脈沖響應(yīng)預處理信號和末端脈沖響應(yīng)預處理信號分別通過信號采集卡的不同輸入通道進行信號采集儲存；

c、將信號采集卡內(nèi)的首端脈沖響應(yīng)預處理信號和末端脈沖響應(yīng)預處理信號通過計算機進行傅里葉變換運算，得出首端脈沖響應(yīng)預處理信號的頻域幅值Ui(s)和末端脈沖響應(yīng)預處理信號的頻域幅值Uo(s)；

d、將頻域幅值Uo(s)和頻域幅值Ui(s)代入公式得到測試電纜內(nèi)部信號頻域傳遞函數(shù)，通過繪制傳遞函數(shù)衰減曲線，以直觀分析電纜絕緣材料老化特性。

本發(fā)明進一步改進在于：

脈沖信號發(fā)生器所發(fā)射的頻率信號為在100kHz～15MHz范圍內(nèi)由多個預設(shè)頻率組成預設(shè)頻率序列由低至高逐次連續(xù)發(fā)射。

在待測試電纜的首端和末端接收該脈沖在同一時間段內(nèi)的響應(yīng)信號時，所采用的接收電路的輸入端與大地之間設(shè)有匹配電阻。

一種基于脈沖響應(yīng)的高壓電纜老化測試裝置，包括首端脈沖響應(yīng)信號接收單元、末端脈沖響應(yīng)信號接收單元、信號采集卡和工控機；

首端脈沖響應(yīng)信號接收單元和末端脈沖響應(yīng)信號接收單元結(jié)構(gòu)相同：包括RC濾波電路，用于接收脈沖響應(yīng)信號并對其進行濾波以提高信號信噪比的RC濾波電路，RC濾波電路信號輸入端通過信號傳輸線與待測試電纜的首端或末端連接；RC濾波電路信號輸入端與大地之間設(shè)有匹配電阻；

交流信號放大電路，信號輸入端與RC濾波電路的信號輸出端連接，以對RC濾波電路輸出信號進行脈沖整形放大，形成首端脈沖響應(yīng)預處理信號或末端脈沖響應(yīng)預處理信號；

信號采集卡，信號輸入端與首端脈沖響應(yīng)信號接收單元和末端脈沖響應(yīng)信號接收單元中的交流信號放大電路的信號輸出端連接，信號采集卡根據(jù)采樣頻率采集并儲存相同時間段內(nèi)首端脈沖響應(yīng)信號接收單元和末端脈沖響應(yīng)信號接收單元所輸出的信號；

工控機用于接收信號采集卡所儲存的首端脈沖響應(yīng)信號和末端脈沖響應(yīng)信號，通過傅里葉變換運算，得出首端脈沖響應(yīng)預處理信號的頻域幅值Ui(s)和末端脈沖響應(yīng)預處理信號的頻域幅值Uo(s)；將頻域幅值Ui(s)和頻域幅值Uo(s)代入公式得到測試電纜內(nèi)部信號頻域傳遞函數(shù)，通過繪制傳遞函數(shù)衰減曲線，以直觀分析電纜絕緣材料老化特性。

本發(fā)明進一步改進在于：

信號采集卡采樣頻率為60Mhz。

信號傳輸線采用同軸雙屏蔽信號傳輸線。

本發(fā)明通過脈沖信號發(fā)生器發(fā)出不同頻率的電壓信號，信號經(jīng)由同軸電纜傳輸，在電纜首尾兩端分別測定不同響應(yīng)信號，經(jīng)濾波放大處理后，對信號進行采集存儲，通過工控機內(nèi)部程序?qū)Σ杉玫降臅r域信號進行傅里葉變換，得到頻域信號，對信號進行圖像處理和數(shù)學運算，得到頻域信號傳遞函數(shù)，進而通過傳遞函數(shù)得出該測試電纜內(nèi)部老化特性。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

本發(fā)明針對較長電纜本體內(nèi)部傳輸?shù)碾p蹤脈沖信號進行交叉傅里葉變換，通過分析頻域傳遞函數(shù)繪制衰減特性曲線，進而分析得到運行段測試電纜老化特性，它可以直接對較長電纜本體進行測量，同時，采用脈沖響應(yīng)頻域分析法，對測試系統(tǒng)脈沖源功率要求較低。它具有很好的工程應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1是本實施例中高壓電纜老化測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實施例中的基于脈沖響應(yīng)法得到的雙蹤信號頻譜曲線；

圖3是實施例中基于本發(fā)明得到的電纜材料衰減特性曲線。

本發(fā)明可對運行長度范圍在100-1km的電纜本體進行老化測試。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。

一種基于脈沖響應(yīng)的高壓電纜老化測試方法，包括以下步驟：

a、由脈沖信號發(fā)生器向待測試電纜的首端注入脈沖信號，脈沖信號發(fā)生器所發(fā)射的頻率信號為在100kHz～15MHz范圍內(nèi)由多個預設(shè)頻率(500kHz,1MHz,3MHz,6MHz,9MHz,12MHz,15Mhz)組成預設(shè)頻率序列由低至高逐次連續(xù)發(fā)射，在長度為400m的待測試電纜的首端和末端接收該脈沖在同一時間段內(nèi)的響應(yīng)信號，在待測試電纜的首端和末端接收該脈沖在同一時間段內(nèi)的響應(yīng)信號時，所采用的接收電路的輸入端與大地之間設(shè)有匹配電阻，匹配阻抗一端與大地保持等電位，匹配阻抗可減少脈沖測試信號發(fā)生衰減和畸變，待測試電纜的首端所接收的信號為首端脈沖響應(yīng)信號，測試電纜的末端所接收的信號為末端脈沖響應(yīng)信號；將首端脈沖響應(yīng)信號和末端脈沖響應(yīng)信號分別進行濾波放大處理，從而提取出與脈沖信號發(fā)生器所發(fā)出頻率相對應(yīng)的信號，以提高兩個脈沖響應(yīng)信號信噪比和信號的抗干擾性，以形成首端脈沖響應(yīng)預處理信號和末端脈沖響應(yīng)預處理信號；脈沖信號從待測試電纜首端注入經(jīng)過一定長度的電纜本體傳輸?shù)臅r間不同，從待測試電纜末端采集到的響應(yīng)信號也不同，因此，采集的第一響應(yīng)信號和第二響應(yīng)信號可以反映出高壓電纜對間隔注入的脈沖信號的不同響應(yīng)。

b、將首端脈沖響應(yīng)預處理信號和末端脈沖響應(yīng)預處理信號分別通過信號采集卡的不同輸入通道進行信號采集儲存；

c、將信號采集卡內(nèi)的首端脈沖響應(yīng)預處理信號和末端脈沖響應(yīng)預處理信號通過計算機進行傅里葉變換運算，得出首端脈沖響應(yīng)預處理信號的頻域幅值Ui(s)和末端脈沖響應(yīng)預處理信號的頻域幅值Uo(s)；圖2為運算得出的雙蹤信號頻譜曲線，

d、將頻域幅值Uo(s)和頻域幅值Ui(s)代入公式得到測試電纜內(nèi)部信號頻域傳遞函數(shù)，通過繪制傳遞函數(shù)衰減曲線，以直觀分析電纜絕緣材料老化特性；圖3為運算得出的電纜材料衰減特性曲線。

一種基于脈沖響應(yīng)的高壓電纜老化測試裝置，參見圖1，包括首端脈沖響應(yīng)信號接收單元、末端脈沖響應(yīng)信號接收單元、信號采集卡(型號：凌華PCIe-9852；采樣頻率為60Mhz)和工控機；

首端脈沖響應(yīng)信號接收單元和末端脈沖響應(yīng)信號接收單元結(jié)構(gòu)相同：包括RC濾波電路，用于接收脈沖響應(yīng)信號并對其進行濾波以提高信號信噪比的RC濾波電路(從現(xiàn)有技術(shù))，RC濾波電路信號輸入端通過同軸雙屏蔽信號傳輸線與待測試電纜的首端或末端連接；RC濾波電路信號輸入端與大地之間設(shè)有匹配電阻；

交流信號放大電路(從現(xiàn)有技術(shù))，信號輸入端與RC濾波電路的信號輸出端連接，以對RC濾波電路輸出信號進行脈沖整形放大，形成首端脈沖響應(yīng)預處理信號或末端脈沖響應(yīng)預處理信號；

信號采集卡，信號輸入端與首端脈沖響應(yīng)信號接收單元和末端脈沖響應(yīng)信號接收單元中的交流信號放大電路的信號輸出端連接，信號采集卡根據(jù)采樣頻率采集并儲存相同時間段內(nèi)首端脈沖響應(yīng)信號接收單元和末端脈沖響應(yīng)信號接收單元所輸出的信號；

工控機用于接收信號采集卡所儲存的首端脈沖響應(yīng)信號和末端脈沖響應(yīng)信號，通過傅里葉變換運算，得出首端脈沖響應(yīng)預處理信號的頻域幅值Ui(s)和末端脈沖響應(yīng)預處理信號的頻域幅值Uo(s)；將頻域幅值Ui(s)和頻域幅值Uo(s)代入公式得到測試電纜內(nèi)部信號頻域傳遞函數(shù)，通過繪制傳遞函數(shù)衰減曲線，以直觀分析電纜絕緣材料老化特性。

采用本裝置測試時，所采用的脈沖信號發(fā)生器型號為：JLD-301校準脈沖發(fā)生器。