本發(fā)明涉及電氣設備絕緣狀態(tài)監(jiān)測技術，具體涉及中壓單相電纜終端的運行電壓相位定位方法。

背景技術：

近年來，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)評估引起了電力系統(tǒng)運行維護單位的廣泛關注和高度重視。針對實際運行的電纜終端進行局部放電的帶電檢測和絕緣診斷仍有許多關鍵問題尚未解決，比如難以獲得運行電壓的相位進行局部放電相位分析等問題。通過pd信號的固有特征提取真實pd信號是pd檢測必須解決的重要問題，這些信號特征包括放電脈沖的時間相位信息、時頻特征、持續(xù)時間等等。對于在工頻電壓下運行的電纜終端，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是否為pd的重要依據，傳統(tǒng)pd診斷分析應用的相位幅值譜圖也是基于相位信息建立的。因此，獲取待測設備的電壓相位信息成為了現(xiàn)場pd檢測的重要技術工作。

然而，在現(xiàn)場測試過時獲得待測高壓設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，直接在運行線路的金屬部分進行帶電測試，需要經過嚴格的帶電作業(yè)審查，同時測試可能給電力系統(tǒng)供電可靠性造成負面影響，并對低壓測試設備帶來安全隱患，這些困難導致直接獲取高壓相位并不現(xiàn)實。

第二，一些現(xiàn)有pd在線檢測儀器通常采用儀器自身供電電源的上升沿過零點作為pd采集的觸發(fā)信號，也就是使用低壓電源的相位信號分析pd信號，這種方法雖然為pd數據的采集提供了穩(wěn)定的觸發(fā)信號，但低壓電源的過零點并非運行電壓的過零點，這是因為低壓電源與待測高壓設備相互隔離，而現(xiàn)場低壓接線取電方式在多數情況下并不清楚，直接通過低壓電源的相位信息對pd譜圖進行相位識別，將嚴重影響診斷結果的可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題高可靠性的間接測量中壓單相電纜終端的運行電壓相位，目的在于提供中壓單相電纜終端的運行電壓相位定位方法，解決在線高可靠性檢測待測高壓設備的電壓相位的問題。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

在中壓單相電纜終端耦合電壓，包括依次進行的以下步驟：

a、在中壓單相電纜終端頭外護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成的等效電路模型，使用rlc電橋進行測量；通過測量結果計算耦合電壓與運行電壓之間的相位角θ；

c、對步驟a采集的耦合電壓相位往后移相θ度獲得運行電壓的參考相位。

所述的金屬貼片耦合電壓傳感器包括兩個平行正對的金屬貼片以及夾在金屬貼片之間的絕緣層構成，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)選在內部銅屏蔽層截斷位置以上，半導電層截斷位置以下。

所述步驟b中計算耦合電壓與運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。

中壓單相電纜終端相位定位方法的實現(xiàn)裝置由金屬貼片耦合電壓傳感器，示波器和rlc檢測電橋構成。

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斷位置以上，半導電層截斷位置以內的區(qū)域所對應的外護套表面。由于只需要將金屬貼片耦合電壓傳感器裝在對應的外護套表面，因此可以在線檢測間接測量中壓單相電纜終端的運行電壓相位。

耦合電壓矯正原理：

為計算耦合電壓與真實電壓的相位差，建立了電纜、金屬貼片耦合電壓傳感器與示波器構成的等效電路模型。u0為電纜運行電壓。對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，根據等效電路模型可知金屬電極上的耦合電壓u1計算公式為：

z1的計算公式為：

z2的計算公式為：

進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:

進而，有：

由于在實際電力系統(tǒng)中，r1遠大于r2，其比值近似為0，進一步化簡式(4)、式(5)與式(8)：

結合a和b的值，通過式(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，耦合電壓值越大。

進而分析耦合電壓與運行電壓之間的相位角θ，由于金屬貼片的耦合電容c1遠小于傳輸線電容c2，式(11)進一步化簡為：

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

1、本發(fā)明中壓單相電纜終端的運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，而且具有安全性高，簡單易操作，可靠性能好等優(yōu)點；

2、本發(fā)明中壓單相電纜終端的運行電壓相位定位方法，不需要在運行線路的一次側進行直接帶電測試，免去了嚴格的帶電作業(yè)審查，相對而言更加安全和方便；

3、本發(fā)明中壓單相電纜終端的運行電壓相位定位方法，經過移相后的耦合電壓，能夠較為準確的判斷運行電壓的真實相位，為局部放電的診斷提供可靠的依據。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為金屬貼片耦合電壓傳感器裝置結構示意圖

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為高壓端運行電壓相位與耦合電壓相位對比圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例

如圖1至圖3所示，本發(fā)明在中壓單相電纜終端耦合電壓，包括依次進行的以下步驟：

a、在中壓單相電纜終端頭外護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電橋進行測量；通過測量結果計算耦合電壓與運行電壓之間的相位角θ；

c、對步驟a采集的耦合電壓相位往后移相θ度獲得運行電壓的參考相位。

所述的金屬貼片耦合電壓傳感器包括兩個平行正對的金屬貼片(2)以及夾在金屬貼片(2)之間的絕緣層(1)構成，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)選在內部銅屏蔽層截斷位置以上，半導電層截斷位置以下。

所述步驟b中計算耦合電壓與運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。

在以下參數下進行測量：

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，可認為無窮大，實驗使用數字式兆歐表進行測試，在5kv的測試電壓下超過1000gω；

2、r2為示波器的輸入阻抗，1mω檔位；

3、使用th2816b型rlc電橋進行測試，在50hz下c1約1pf；

4、c2為金屬貼片耦合電壓傳感器與檢測系統(tǒng)接地之間的電容，主要為同軸電纜(3)信號傳輸線的電容，使用th2816b型rlc電橋對10米長同軸電纜(3)進行測量，在50hz下測得c2約為850pf。

通過帶入c1＝1pf，c2＝850pf，r1＝∞，r2＝1mω，計算得出θ＝75.1°。即通過理論計算得出耦合的電壓超前電纜運行電壓75.1°。

實測在定位35kv電纜終端頭運行電壓的相位時，將金屬貼片耦合電壓傳感器安裝在半導電層截斷位置以下區(qū)域，耦合的三相電壓相對于電纜本體電壓相移角度平均為73°，基于這個相位角規(guī)律可以對pd帶電測量時的運行電壓相位進行估算。

綜上所述，在單相電纜終端頭表面通過金屬貼片耦合電壓傳感器獲取耦合電壓時，為了減少空間電場的相互干擾，需要采用雙層式金屬貼片耦合電壓的方式。針對單相電纜終端取耦合電壓時，應盡量在銅屏蔽層截斷位置以上，半導電層截斷位置以內的區(qū)域安裝金屬貼片耦合電壓傳感器。單相電纜實測角度相移度數與理論值相比誤差較小，可將計算值75.1°作為判斷運行電壓的參考量，即將測得的耦合電壓滯后75.1°后作為運行電壓的參考相位。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。