本發(fā)明涉及電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體涉及中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端的運(yùn)行電壓相位定位方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，城市電力電纜線路中發(fā)生了大量的電纜終端絕緣擊穿甚至爆炸事故，電纜終端的絕緣狀態(tài)評(píng)估引起了電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)單位的廣泛關(guān)注和高度重視。針對(duì)實(shí)際運(yùn)行的電纜終端進(jìn)行局部放電的帶電檢測(cè)和絕緣診斷仍有許多關(guān)鍵問(wèn)題尚未解決，比如難以獲得運(yùn)行電壓的相位進(jìn)行局部放電相位分析等問(wèn)題。通過(guò)pd信號(hào)的固有特征提取真實(shí)pd信號(hào)是pd檢測(cè)必須解決的重要問(wèn)題，這些信號(hào)特征包括放電脈沖的時(shí)間相位信息、時(shí)頻特征、持續(xù)時(shí)間等等。對(duì)于在工頻電壓下運(yùn)行的電纜終端，pd通常發(fā)生在工頻電壓的第一三象限，因此，工頻的相位信息成為了幫助判斷信號(hào)是否為pd的重要依據(jù)，傳統(tǒng)pd診斷分析應(yīng)用的相位幅值譜圖也是基于相位信息建立的。因此，獲取待測(cè)設(shè)備的電壓相位信息成為了現(xiàn)場(chǎng)pd檢測(cè)的重要技術(shù)工作。

然而，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)時(shí)獲得待測(cè)高壓設(shè)備的電壓相位并不容易?，F(xiàn)在能采集獲取電壓相位的方法有兩種。他們都有各自的不足之處：

第一，直接在運(yùn)行線路的金屬部分進(jìn)行帶電測(cè)試，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的帶電作業(yè)審查，同時(shí)測(cè)試可能給電力系統(tǒng)供電可靠性造成負(fù)面影響，并對(duì)低壓測(cè)試設(shè)備帶來(lái)安全隱患，這些困難導(dǎo)致直接獲取高壓相位并不現(xiàn)實(shí)。

第二，一些現(xiàn)有pd在線檢測(cè)儀器通常采用儀器自身供電電源的上升沿過(guò)零點(diǎn)作為pd采集的觸發(fā)信號(hào)，也就是使用低壓電源的相位信號(hào)分析pd信號(hào)，這種方法雖然為pd數(shù)據(jù)的采集提供了穩(wěn)定的觸發(fā)信號(hào)，但低壓電源的過(guò)零點(diǎn)并非運(yùn)行電壓的過(guò)零點(diǎn)，這是因?yàn)榈蛪弘娫磁c待測(cè)高壓設(shè)備相互隔離，而現(xiàn)場(chǎng)低壓接線取電方式在多數(shù)情況下并不清楚，直接通過(guò)低壓電源的相位信息對(duì)pd譜圖進(jìn)行相位識(shí)別，將嚴(yán)重影響診斷結(jié)果的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題高可靠性的間接測(cè)量中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端的運(yùn)行電壓相位，目的在于提供中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端的運(yùn)行電壓相位定位方法，解決在線高可靠性檢測(cè)待測(cè)高壓設(shè)備的電壓相位的問(wèn)題。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

在中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端耦合電壓，包括依次進(jìn)行的以下步驟：

a、在中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端頭外護(hù)套表面安裝金屬貼片耦合電壓傳感器，采集金屬貼片耦合電壓傳感器耦合的電壓相位；

b、建立了電纜、金屬貼片耦合電壓傳感器與示波器構(gòu)成的等效電路模型，使用rlc電橋進(jìn)行測(cè)量；通過(guò)測(cè)量結(jié)果計(jì)算耦合電壓與運(yùn)行電壓之間的相位角θ；

c、對(duì)步驟a采集的耦合電壓相位往后移相θ度獲得運(yùn)行電壓的參考相位。

所述的金屬貼片耦合電壓傳感器包括兩個(gè)平行正對(duì)的金屬貼片以及夾在金屬貼片之間的絕緣層構(gòu)成，其中一片金屬貼片接地后制成金屬貼片耦合電壓傳感器。

所述步驟a中金屬貼片耦合電壓傳感器的安裝位置優(yōu)選在內(nèi)部銅屏蔽層截?cái)辔恢靡陨?，半?dǎo)電層截?cái)辔恢靡韵隆?/p>

所述步驟b中計(jì)算耦合電壓與運(yùn)行電壓之間的相位角θ的方法是所述r1為金屬貼片耦合電壓傳感器與電纜線芯之間的絕緣電阻、r2為示波器的輸入阻抗、c1為步驟c中rlc電路的電容、c2為金屬貼片耦合電壓傳感器與大地之間的電容。

中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端相位定位方法的實(shí)現(xiàn)裝置由金屬貼片耦合電壓傳感器，示波器和rlc檢測(cè)電橋構(gòu)成。

金屬貼片耦合電壓傳感器的安裝位置盡量選在銅屏蔽層截?cái)辔恢靡陨?，半?dǎo)電層截?cái)辔恢靡詢?nèi)的區(qū)域所對(duì)應(yīng)的外護(hù)套表面。由于只需要將金屬貼片耦合電壓傳感器裝在對(duì)應(yīng)的外護(hù)套表面，因此可以在線檢測(cè)間接測(cè)量中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端的運(yùn)行電壓相位。

耦合電壓矯正原理：

為計(jì)算耦合電壓與真實(shí)電壓的相位差，建立了電纜、金屬貼片耦合電壓傳感器與示波器構(gòu)成的等效電路模型。u0為電纜運(yùn)行電壓。對(duì)于電纜這類電容性元件，使用阻容并聯(lián)模型描述z1和z2，令高壓電極與金屬電極之間的阻抗為z1，金屬電極與地電極之間的阻抗為z2，根據(jù)等效電路模型可知金屬電極上的耦合電壓u1計(jì)算公式為：

z1的計(jì)算公式為：

z2的計(jì)算公式為：

進(jìn)一步可以求出式形如u1＝au0+j·bu0的算式，其中：

那么，耦合電壓的幅值|u1|為:

u1與u0間的相位角θ為:

進(jìn)而，有：

由于在實(shí)際電力系統(tǒng)中，r1遠(yuǎn)大于r2，其比值近似為0，進(jìn)一步化簡(jiǎn)式(4)、式(5)與式(8)：

結(jié)合a和b的值，通過(guò)式(6)分析耦合電壓幅值，耦合電壓的幅值主要受取樣電阻大小影響，取樣電阻值越大時(shí)，耦合電壓值越大。

進(jìn)而分析耦合電壓與運(yùn)行電壓之間的相位角θ，由于金屬貼片的耦合電容c1遠(yuǎn)小于傳輸線電容c2，式(11)進(jìn)一步化簡(jiǎn)為：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端的運(yùn)行電壓相位定位方法，可以方便的采集單相電纜終端的電壓相位為局放判斷提供較為可靠的依據(jù)，而且具有安全性高，簡(jiǎn)單易操作，可靠性能好等優(yōu)點(diǎn)；

2、本發(fā)明中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端的運(yùn)行電壓相位定位方法，不需要在運(yùn)行線路的一次側(cè)進(jìn)行直接帶電測(cè)試，免去了嚴(yán)格的帶電作業(yè)審查，相對(duì)而言更加安全和方便；

3、本發(fā)明中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端的運(yùn)行電壓相位定位方法，經(jīng)過(guò)移相后的耦合電壓，能夠較為準(zhǔn)確的判斷運(yùn)行電壓的真實(shí)相位，為局部放電的診斷提供可靠的依據(jù)。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為金屬貼片耦合電壓傳感器裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1、絕緣層，2、金屬貼片，3、同軸電纜。

圖2為電纜本體與金屬貼片耦合電壓傳感器及示波器構(gòu)成的分壓等效電路原理圖

9、高壓電極，10、金屬電極，11、接地電極，12、等效阻抗z1，13等效阻抗z2。

圖3為高壓端運(yùn)行電壓相位與耦合電壓相位對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例

如圖1至圖3所示，本發(fā)明在中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端耦合電壓，包括依次進(jìn)行的以下步驟：

a、在中壓?jiǎn)蜗嚯娎|終端頭外護(hù)套表面安裝金屬貼片耦合電壓傳感器，采集金屬貼片耦合電壓傳感器耦合的電壓相位；

b、建立了電纜、金屬貼片耦合電壓傳感器與示波器構(gòu)成的等效電路模型，等效電路模型包括高壓電極(9)、金屬電極(10)和接地電極(11)以及連接在高壓電極(9)和金屬電極(10)之間的等效阻抗z1(12)、連接在金屬電極(10)和接地電極(11)之間的等效阻抗z2(13)使用rlc電橋進(jìn)行測(cè)量；通過(guò)測(cè)量結(jié)果計(jì)算耦合電壓與運(yùn)行電壓之間的相位角θ；

c、對(duì)步驟a采集的耦合電壓相位往后移相θ度獲得運(yùn)行電壓的參考相位。

所述的金屬貼片耦合電壓傳感器包括兩個(gè)平行正對(duì)的金屬貼片(2)以及夾在金屬貼片(2)之間的絕緣層(1)構(gòu)成，其中一片金屬貼片(2)接地后制成金屬貼片耦合電壓傳感器。

所述步驟a中金屬貼片耦合電壓傳感器的安裝位置優(yōu)選在內(nèi)部銅屏蔽層截?cái)辔恢靡陨希雽?dǎo)電層截?cái)辔恢靡韵隆?/p>

所述步驟b中計(jì)算耦合電壓與運(yùn)行電壓之間的相位角θ的方法是所述r1為金屬貼片耦合電壓傳感器與電纜線芯之間的絕緣電阻、r2為示波器的輸入阻抗、c1為步驟c中rlc電路的電容、c2為金屬貼片耦合電壓傳感器與大地之間的電容。

在以下參數(shù)下進(jìn)行測(cè)量：

1、r1為金屬貼片耦合電壓傳感器與電纜線芯之間的絕緣電阻，可認(rèn)為無(wú)窮大，實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字式兆歐表進(jìn)行測(cè)試，在5kv的測(cè)試電壓下超過(guò)1000gω；

2、r2為示波器的輸入阻抗，1mω檔位；

3、使用th2816b型rlc電橋進(jìn)行測(cè)試，在50hz下c1約1pf；

4、c2為金屬貼片耦合電壓傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)接地之間的電容，主要為同軸電纜(3)信號(hào)傳輸線的電容，使用th2816b型rlc電橋?qū)?0米長(zhǎng)同軸電纜(3)進(jìn)行測(cè)量，在50hz下測(cè)得c2約為850pf。

通過(guò)帶入c1＝1pf，c2＝850pf，r1＝∞，r2＝1mω，計(jì)算得出θ＝75.1°。即通過(guò)理論計(jì)算得出耦合的電壓超前電纜運(yùn)行電壓75.1°。

實(shí)測(cè)在定位35kv電纜終端頭運(yùn)行電壓的相位時(shí)，將金屬貼片耦合電壓傳感器安裝在半導(dǎo)電層截?cái)辔恢靡韵聟^(qū)域，耦合的三相電壓相對(duì)于電纜本體電壓相移角度平均為73°，基于這個(gè)相位角規(guī)律可以對(duì)pd帶電測(cè)量時(shí)的運(yùn)行電壓相位進(jìn)行估算。

綜上所述，在單相電纜終端頭表面通過(guò)金屬貼片耦合電壓傳感器獲取耦合電壓時(shí)，為了減少空間電場(chǎng)的相互干擾，需要采用雙層式金屬貼片耦合電壓的方式。針對(duì)單相電纜終端取耦合電壓時(shí)，應(yīng)盡量在銅屏蔽層截?cái)辔恢靡陨?，半?dǎo)電層截?cái)辔恢靡詢?nèi)的區(qū)域安裝金屬貼片耦合電壓傳感器。單相電纜實(shí)測(cè)角度相移度數(shù)與理論值相比誤差較小，可將計(jì)算值75.1°作為判斷運(yùn)行電壓的參考量，即將測(cè)得的耦合電壓滯后75.1°后作為運(yùn)行電壓的參考相位。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。