史俊,楊全仁,李衛(wèi),謝照祥,李文亮,吳治軍,張建,王天兵

（1.普洱供電局，云南普洱，665000；2.成都高斯電子技術(shù)有限公司，四川成都，610108）

電力電纜的老化可簡(jiǎn)單分類為：熱老化，機(jī)械老化及電老化。老化可以通過電樹枝和水樹枝表現(xiàn)出來，而電容量測(cè)試，介損測(cè)量是常規(guī)的測(cè)量手段，其他方法有波速測(cè)量和電容頻譜測(cè)量。本篇提出一種通過等效阻抗模型的方法建立阻抗元素關(guān)聯(lián)的頻譜特性模型曲線。通過模擬老化因素對(duì)阻抗元素的影響，并通過模型研究阻抗頻譜變化趨勢(shì)及幅度特征來分析老化程度及誘因。

1 電纜等效阻抗模型

影響波速特性的主要參數(shù)有單位長(zhǎng)度等效電阻R、等效電感L、等效電容C和等效電導(dǎo)G值，電纜傳輸阻抗模型如下

式中，d為電纜遠(yuǎn)部端點(diǎn)，或故障點(diǎn)到電纜首端的距離。

當(dāng)電纜本體發(fā)生故障及老化現(xiàn)象時(shí)，直接影響的是RLGC等效參數(shù)，由于和頻率特性相關(guān)，直接準(zhǔn)確測(cè)試RLGC參數(shù)難度較大，而阻抗測(cè)試相對(duì)容易。

2 RLGC建模分析

由（2）可知，電纜的波速和頻率及傳輸函數(shù)的虛部參數(shù)有關(guān)。獲得的相關(guān)特性，則需要通過等效阻抗RLGC模型進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)環(huán)境溫度為20度，同軸電纜的單位長(zhǎng)度等效阻抗參數(shù)如下：

電感 -0.26e-7（單位 H/m）；電容 -7.99e-12（單位 F/m）；電抗=0；電阻：6.92e-3(單位Ω/m)；其他關(guān)聯(lián)參數(shù)：頻率步進(jìn)1000Hz；掃頻點(diǎn)數(shù)1000；電纜總長(zhǎng)度：1000m。

獲得的波速特性如圖2所示

除了波速特性以外，可以通過模型阻抗頻譜計(jì)算電容量頻譜及電感頻譜特性，設(shè)電纜負(fù)載阻抗為零，根據(jù)RLGC參數(shù)獲得的阻抗模型如下：

圖2：電纜的波速頻譜模型曲線

圖3 電纜阻抗頻譜特性曲線

3 故障特征模擬

3.1 模擬水樹

設(shè)單位電容量增大到9.99e-12

圖4 電容量變化與頻域阻抗的關(guān)系

3.2 模擬整體老化

整體老化通過漏電抗增大趨勢(shì)進(jìn)行描述，在漏電抗影響下其頻域阻抗特征圖譜如下

圖5 漏電抗變化與頻域阻抗變化（g=0.0000008）

由于漏電抗增大意味著電纜老化特征明顯，通過頻域阻抗及其相位特征可以顯著得知整個(gè)圖譜呈現(xiàn)低頻移動(dòng)趨勢(shì)，且頻域阻抗峰值和相位峰值出現(xiàn)減少趨勢(shì)。漏電抗變化與阻抗峰值的變換關(guān)系如圖6所示。

圖6 漏抗與阻抗峰值的關(guān)系

3.3 高溫老化模擬

電纜老化的直接因素之一是高溫影響，為模擬該現(xiàn)象，設(shè)電纜運(yùn)行溫度由20度增大到150度以上，模擬的電導(dǎo)率變化導(dǎo)致的直流電阻影響，從而影響頻域阻抗及相位的峰值特性，如圖7所示，高溫與阻抗峰值影響基本呈現(xiàn)線性關(guān)系。

圖7 直流電阻與阻抗峰值關(guān)系

隨著直流電阻增大，阻抗頻譜的峰值呈現(xiàn)線性衰減趨勢(shì)。

圖8展示了漏抗及電阻變化對(duì)相位偏移特性的誤差統(tǒng)計(jì)特征。通過仿真結(jié)果表明，兩者均出現(xiàn)了負(fù)相位偏差。

3.4 討論

由以上仿真可見，漏電抗和電容的變化會(huì)直接導(dǎo)致頻域阻抗的諧振頻率點(diǎn)偏移，并且會(huì)影響頻域阻抗及其振蕩相位的峰值。當(dāng)漏抗增大或直流電阻增大后，相位均出現(xiàn)負(fù)偏差。因此通過建立頻域阻抗作為初始參考圖譜，與后期測(cè)量參數(shù)進(jìn)行比較分析，能直觀得到電纜老化嚴(yán)重程度。

4 結(jié)論

本篇提出了基于頻域阻抗模型用于分析電纜老化特性計(jì)算方法，并對(duì)相關(guān)老化影響量對(duì)頻域阻抗及其相位的峰值阻抗及其誤差進(jìn)行了描述。由于頻域阻抗可以通過低電壓模式測(cè)量獲得，因此本篇提出了一種非破壞性的電纜老化研究思路，另外，本篇的試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪腔陔娎|遠(yuǎn)端短路狀態(tài)進(jìn)行，因此本篇分析方法適用于含局部高阻和低阻類故障的老化分析。

圖8 誤差分析（漏抗及電阻對(duì)相位影響誤差分析）

[1]李宏博，XLPE電纜空間電荷檢測(cè)與老化評(píng)估方法研究，天津大學(xué)，2010年，碩士論文

[2]王樂，孫穎，汪輝平，曹曉瓏，絕緣材料水樹產(chǎn)生及發(fā)展機(jī)理的研究現(xiàn)狀，《電線電纜》2006年06期

[3]楊震，水樹老化XLPE電纜絕緣溫度特性的研究，《電線電纜》 2003年01期