馬煜，史金剛，佘強(qiáng)，王瑞東

（國(guó)網(wǎng)青海省電力公司西寧供電公司，青海 西寧 810000）

配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭在電網(wǎng)連接中被廣泛應(yīng)用，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，其通常會(huì)出現(xiàn)受潮的情況，為整體運(yùn)行造成嚴(yán)重的不良影響。針對(duì)此情況，為了對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了基于時(shí)頻域轉(zhuǎn)換法，其可以在很大程度上診斷具體故障問(wèn)題所在之處，以便工作人員制定有效的解決措施。

1 配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭結(jié)構(gòu)研究

根據(jù)研究調(diào)查顯示，現(xiàn)階段，我國(guó)配網(wǎng)電纜接頭主要有兩種，一種是冷縮型中間接頭，另一種是熱縮接頭。目前大部分應(yīng)用冷縮型中間接頭，其在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中主要是通過(guò)應(yīng)用冷縮硅橡膠件將兩段電纜連接在一起，在實(shí)際安裝的過(guò)程中也更加方便、快捷，降低了工作人員的工作難度，同時(shí)也在很大程度上降低了整體電網(wǎng)出現(xiàn)多種個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的情況，而且其與熱縮接頭相比，其可靠性更高。配網(wǎng)電纜單相冷縮中間接頭（如圖1所示）中最重要的部分是XLPE 和SIR，這兩部分對(duì)整體接頭造成了一定的影響，直接決定了其電氣絕緣性能情況，如果這兩個(gè)部位出現(xiàn)問(wèn)題，那么也會(huì)造成接頭出現(xiàn)故障問(wèn)題，特別是當(dāng)電纜溝道出現(xiàn)積水的情況，長(zhǎng)時(shí)間浸泡在積水內(nèi)會(huì)導(dǎo)致接頭內(nèi)進(jìn)水，且水分會(huì)沿著負(fù)荷界面向內(nèi)部擴(kuò)散，最終降低接頭的絕緣性能，影響整體供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是，針對(duì)冷縮接頭進(jìn)水是否會(huì)導(dǎo)致電容參數(shù)以及抗組情況造成影響，現(xiàn)階段并沒(méi)有大量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析。在具體實(shí)施過(guò)程中，要想確定配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭的情況，對(duì)其是否存在受潮情況進(jìn)行判斷，還需要相關(guān)人員能夠明確掌握受潮抗阻情況，并能夠?qū)ζ浒l(fā)生異常的基本情況進(jìn)行掌握，以便于在出現(xiàn)受潮情況時(shí)可對(duì)其進(jìn)行及時(shí)辨別。根據(jù)研究調(diào)查顯示，如果配網(wǎng)電纜接頭位置出現(xiàn)受潮的情況，水分會(huì)導(dǎo)致局部電容發(fā)生一定的變化，同時(shí)浸入水分的相對(duì)介電常數(shù)與冷縮接頭所用的材料不同，在這兩個(gè)因素的影響下，其會(huì)對(duì)電容情況造成嚴(yán)重的影響，進(jìn)而使接頭位置的特性阻抗能力發(fā)生一定的變化。

圖1 冷縮接頭典型結(jié)構(gòu)示意圖

2 配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭受潮實(shí)驗(yàn)以及電容測(cè)量

本文在實(shí)際進(jìn)行研究的過(guò)程中，針對(duì)配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭受潮情況進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息等進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而明確在受潮情況下，配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭受潮電容的變化規(guī)律和特征。在實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，選用了兩個(gè)單相接頭樣本，其長(zhǎng)度為1 米，為了進(jìn)行對(duì)比，也制作了一個(gè)長(zhǎng)度為1 米的電纜本地樣本。為了保證實(shí)驗(yàn)不受到外部因素的影響，電纜以及接頭均選擇同一企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，同時(shí)也需要保證二者型號(hào)與仿真實(shí)驗(yàn)相同。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，為了保證管內(nèi)水分不會(huì)出現(xiàn)泄漏的情況，需要在接頭兩端電纜本體上纏繞2 ～3 圈密封膠，然后對(duì)熱縮管進(jìn)行熱縮處理。為了進(jìn)行對(duì)比，對(duì)1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)樣本進(jìn)行不同的處理，1 號(hào)給予管內(nèi)注水，水位控制以灌滿為主；而2 號(hào)樣本的處理，不需要加水，給予其單一的熱老化處理，探究其對(duì)接頭電容的影響情況；3 號(hào)樣本不需要進(jìn)行任何處理；然后將3 個(gè)樣本用串聯(lián)的方式連接在發(fā)生器上。實(shí)驗(yàn)樣本連接示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 實(shí)驗(yàn)樣本連接示意圖

3 時(shí)頻域轉(zhuǎn)換法

3.1 頻域反射法基本原理

研究人員對(duì)傳輸線理論進(jìn)行了深入研究和分析，如果電纜長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，為了對(duì)電纜進(jìn)行表示可以應(yīng)用分布參數(shù)模型。此外，當(dāng)測(cè)試頻率較高的狀態(tài)下，也可以應(yīng)用分布參數(shù)模型進(jìn)行表示，在分布參數(shù)模型中，R 代表電纜單位長(zhǎng)度電阻，L 代表電感，G 代表電導(dǎo)，C 代表電容。對(duì)于不同的電纜情況電容計(jì)算公式具有一定的差異性，當(dāng)電纜屬于同軸結(jié)構(gòu)時(shí)，電容的計(jì)算公式為，其中rs和rc分別代表屏蔽層內(nèi)徑以及纜芯半徑；此時(shí)，計(jì)算電纜特性電纜的公式為，當(dāng)處于高頻狀態(tài)下時(shí)，其計(jì)算公式可以簡(jiǎn)化為，其中Z0代表電纜本體特性阻抗。對(duì)于冷縮中間接頭來(lái)說(shuō)，其余本體之間在結(jié)構(gòu)上存在一定的差異性，而且還會(huì)受到水分的影響，這也會(huì)導(dǎo)致其單位電容發(fā)生一定的變化，同時(shí)也會(huì)影響特性電阻，導(dǎo)致特性電阻產(chǎn)生變化。而且接頭在受到外部因素的影響，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生阻抗不匹配點(diǎn)，而此時(shí)如果有行波經(jīng)過(guò)，那么就會(huì)產(chǎn)生波的折反射。

3.2 不同受潮狀況接頭時(shí)域波形特征

從上文的實(shí)驗(yàn)和研究中不難發(fā)現(xiàn)，10kV 冷縮接頭在初始狀態(tài)下時(shí)，其單位阻抗明顯大于本體阻抗情況，但是如果接頭出現(xiàn)受潮情況，出現(xiàn)滲水問(wèn)題時(shí)，此時(shí)受潮情況越嚴(yán)重，那么阻抗值越低，受潮情況與阻抗值變化之間呈現(xiàn)反比關(guān)系，如果受潮情況愈發(fā)嚴(yán)重，達(dá)到一定峰值后，就會(huì)導(dǎo)致單位阻抗值低于本體阻抗值。這時(shí)以發(fā)射法基本原理為基礎(chǔ)，對(duì)接頭首端反射系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，接頭首端指的是信號(hào)注入方向，其計(jì)算公式為，其中Zj代表接頭特性阻抗。研究人員針對(duì)接頭受潮情況下的阻抗值進(jìn)行探究和分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)接頭沒(méi)有滲入水分或者是受潮情況較輕時(shí)，在接頭首端會(huì)產(chǎn)生正的反射系數(shù)（Zj＞Z0），在此情況下，也會(huì)得到一個(gè)時(shí)域反射波形，此時(shí)其波形為正值；反之，如果接頭末端產(chǎn)生的反射系數(shù)為負(fù)的，時(shí)域反射波形也為負(fù)值；而如果冷縮中間接頭受潮情況較為嚴(yán)重（Zj＜Z0），那么，此時(shí)接頭首端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)極性波形。

當(dāng)處于正常情況下，即冷縮中間接頭沒(méi)有滲入水分的情況下，其時(shí)域波形呈現(xiàn)出“左正右負(fù)”的特征；當(dāng)冷縮中間接頭輕度受潮的情況下，其時(shí)域波形依然呈現(xiàn)出“左正右負(fù)”的特征，但是與正常情況進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，其波形明顯減弱；但是當(dāng)冷縮中間接頭受潮情況嚴(yán)重時(shí)，其時(shí)域波形呈現(xiàn)出“左負(fù)右正”的特征。

3.3 時(shí)頻域轉(zhuǎn)換分析法

為了對(duì)配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭受潮情況進(jìn)行探究和分析，保證其診斷的準(zhǔn)確性以及可靠性，提出了基于時(shí)頻域轉(zhuǎn)換法，研究人員針對(duì)相關(guān)方面的文獻(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入分析和研究，從中發(fā)現(xiàn)時(shí)域特征波形恢復(fù)技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，其主要是利用頻域進(jìn)行掃頻測(cè)量，對(duì)其數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)引入虛擬的時(shí)域入射波形s（t）中，然后再計(jì)算此時(shí)虛擬時(shí)域反射波形y（t），其計(jì)算公式為y（t）=FIFFT（FFFT（s(t）·Γ），其中FFFT代表快速傅里葉變換，F(xiàn)IFFT代表快速反傅里葉變換。在實(shí)際進(jìn)行探究分析的過(guò)程中，相關(guān)研究人員應(yīng)用此種方法的過(guò)程中可以直接應(yīng)用FDR 的測(cè)試結(jié)果，并將其進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成為時(shí)域波形譜圖，且此時(shí)域波形譜圖內(nèi)可以看出阻抗變化情況。

配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭容易受到其他因素的影響，導(dǎo)致其長(zhǎng)度存在不易，無(wú)法滿足使用需求。在此過(guò)程中，對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，需要盡量避免相關(guān)因素的影響，可以將頻域反射法進(jìn)行應(yīng)用，其可將單一包絡(luò)峰位置進(jìn)行展示，保證位圖譜的準(zhǔn)確性，為人員提供參考數(shù)據(jù)。針對(duì)恢復(fù)的時(shí)域波形譜圖來(lái)說(shuō)，其結(jié)果可將冷縮中間接頭的兩端阻抗情況進(jìn)行反映，表明及時(shí)其位置不匹配，也不會(huì)對(duì)信號(hào)波形造成影響，可避免極性相反信號(hào)波形的發(fā)生，其數(shù)量為2。此時(shí)的時(shí)域波形是經(jīng)過(guò)頻域測(cè)量結(jié)果恢復(fù)得到的，因此，時(shí)域與頻域定位譜圖兩者位置呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，且關(guān)系良好，便于觀察。因此，研究人員在進(jìn)行探究的過(guò)程中也要考慮到這一點(diǎn)，首先需要明確接頭的具體位置，此過(guò)程中通常會(huì)使用頻域測(cè)量的方法，然后再將頻域結(jié)果轉(zhuǎn)換為時(shí)域結(jié)果，進(jìn)而得到時(shí)域波形，且其也可以實(shí)現(xiàn)時(shí)域波形恢復(fù)的目的。此時(shí)，在對(duì)接頭左右位置的時(shí)域波形的特征進(jìn)行探究可以分析，就可以判斷出接頭阻抗變化情況，最終明確配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭受潮情況。

3.4 受潮冷縮接頭時(shí)域頻域轉(zhuǎn)換法定位診斷仿真

為了對(duì)配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭實(shí)際受潮情況進(jìn)行探究和分析，本文以電纜型號(hào)為YJV8.7/10-240 實(shí)際電纜為基礎(chǔ)，搭建了仿真模型，進(jìn)而保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性以及可靠性。本仿真模型之中，選擇長(zhǎng)度為300 米的電纜，在電纜100 米以及200 米的位置各安裝1 個(gè)冷縮型中間接頭，其中1 號(hào)冷縮型中間接頭為正常接頭，2 號(hào)冷縮型中間接頭為受潮接頭，以電容的實(shí)際情況為基礎(chǔ)設(shè)置方針電容數(shù)據(jù)（如表1 所示）。

表1 仿真模型參數(shù)設(shè)置

在實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，電纜本體、1 號(hào)接頭以及2 號(hào)接頭的狀態(tài)進(jìn)行記錄，并進(jìn)行譜圖轉(zhuǎn)換，從中發(fā)現(xiàn)1 號(hào)接頭和2 號(hào)接頭的峰值數(shù)據(jù)相似，但是，2 號(hào)接頭的峰值出現(xiàn)輕微的變化，即輕微減小情況，但是由于其變化較好，可能是由于信號(hào)不穩(wěn)定造成，還有可能是由于其受潮情況較弱造成，因此，這種情況下，如果以單一頻域反射結(jié)果作為診斷依據(jù)，那么無(wú)法準(zhǔn)確判斷出冷縮型接頭受潮的實(shí)際情況，并且也無(wú)法判斷受潮程度情況，對(duì)后續(xù)一系列工作造成了嚴(yán)重的影響。

對(duì)此情況，提出了時(shí)頻域轉(zhuǎn)換法，主要是將頻域結(jié)果轉(zhuǎn)換為時(shí)域結(jié)果，最終得到時(shí)域反射波形，其波形完整性和全面性更強(qiáng)，然后以波形為基礎(chǔ)進(jìn)行位置對(duì)應(yīng)，明確接頭位置，最終得到“左負(fù)右正”的波形特征。以行波理論為基礎(chǔ)進(jìn)行探究，其結(jié)果表明，2 號(hào)接頭位置特性阻抗值值較低，在與本體抗阻值進(jìn)行比較時(shí)，兩者之間存在明顯差異，而且2 號(hào)接頭存在單位電容數(shù)值較高的情況，明顯高于本體電容數(shù)值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在應(yīng)用時(shí)頻域轉(zhuǎn)換法對(duì)配網(wǎng)電纜冷縮中間接頭受潮情況進(jìn)行診斷，其有效性更高，同時(shí)也可以準(zhǔn)確地判斷冷縮中間接頭受潮嚴(yán)重程度，保證提供有效的參考價(jià)值，如果在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其對(duì)應(yīng)的電纜的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則可以采用兩端測(cè)量，分別測(cè)量后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，得出可靠數(shù)據(jù)，這樣也可以在很大程度上保證其準(zhǔn)確性，并為后期運(yùn)維檢修提供技術(shù)支持。