基于时频域转换法的配网电缆冷缩中间接头受潮诊断研究

马煜，史金刚，佘强，王瑞东

（国网青海省电力公司西宁供电公司，青海 西宁 810000）

配网电缆冷缩中间接头在电网连接中被广泛应用，但是在实际应用的过程中，其通常会出现受潮的情况，为整体运行造成严重的不良影响。针对此情况，为了对故障问题进行分析，提出了基于时频域转换法，其可以在很大程度上诊断具体故障问题所在之处，以便工作人员制定有效的解决措施。

1 配网电缆冷缩中间接头结构研究

根据研究调查显示，现阶段，我国配网电缆接头主要有两种，一种是冷缩型中间接头，另一种是热缩接头。目前大部分应用冷缩型中间接头，其在实际应用的过程中主要是通过应用冷缩硅橡胶件将两段电缆连接在一起，在实际安装的过程中也更加方便、快捷，降低了工作人员的工作难度，同时也在很大程度上降低了整体电网出现多种个管状结构的情况，而且其与热缩接头相比，其可靠性更高。配网电缆单相冷缩中间接头（如图1所示）中最重要的部分是XLPE 和SIR，这两部分对整体接头造成了一定的影响，直接决定了其电气绝缘性能情况，如果这两个部位出现问题，那么也会造成接头出现故障问题，特别是当电缆沟道出现积水的情况，长时间浸泡在积水内会导致接头内进水，且水分会沿着负荷界面向内部扩散，最终降低接头的绝缘性能，影响整体供电系统的正常运行。但是，针对冷缩接头进水是否会导致电容参数以及抗组情况造成影响，现阶段并没有大量数据进行研究和分析。在具体实施过程中，要想确定配网电缆冷缩中间接头的情况，对其是否存在受潮情况进行判断，还需要相关人员能够明确掌握受潮抗阻情况，并能够对其发生异常的基本情况进行掌握，以便于在出现受潮情况时可对其进行及时辨别。根据研究调查显示，如果配网电缆接头位置出现受潮的情况，水分会导致局部电容发生一定的变化，同时浸入水分的相对介电常数与冷缩接头所用的材料不同，在这两个因素的影响下，其会对电容情况造成严重的影响，进而使接头位置的特性阻抗能力发生一定的变化。

图1 冷缩接头典型结构示意图

2 配网电缆冷缩中间接头受潮实验以及电容测量

本文在实际进行研究的过程中，针对配网电缆冷缩中间接头受潮情况进行了相应的实验，然后对实验数据信息等进行整理和统计分析，进而明确在受潮情况下，配网电缆冷缩中间接头受潮电容的变化规律和特征。在实际进行实验的过程中，选用了两个单相接头样本，其长度为1 米，为了进行对比，也制作了一个长度为1 米的电缆本地样本。为了保证实验不受到外部因素的影响，电缆以及接头均选择同一企业生产的产品，同时也需要保证二者型号与仿真实验相同。在进行实验前，为了保证管内水分不会出现泄漏的情况，需要在接头两端电缆本体上缠绕2 ～3 圈密封胶，然后对热缩管进行热缩处理。为了进行对比，对1 号、2 号、3 号样本进行不同的处理，1 号给予管内注水，水位控制以灌满为主；而2 号样本的处理，不需要加水，给予其单一的热老化处理，探究其对接头电容的影响情况；3 号样本不需要进行任何处理；然后将3 个样本用串联的方式连接在发生器上。实验样本连接示意图见图2。

图2 实验样本连接示意图

3 时频域转换法

3.1 频域反射法基本原理

研究人员对传输线理论进行了深入研究和分析，如果电缆长度过长时，为了对电缆进行表示可以应用分布参数模型。此外，当测试频率较高的状态下，也可以应用分布参数模型进行表示，在分布参数模型中，R 代表电缆单位长度电阻，L 代表电感，G 代表电导，C 代表电容。对于不同的电缆情况电容计算公式具有一定的差异性，当电缆属于同轴结构时，电容的计算公式为，其中rs和rc分别代表屏蔽层内径以及缆芯半径；此时，计算电缆特性电缆的公式为，当处于高频状态下时，其计算公式可以简化为，其中Z0代表电缆本体特性阻抗。对于冷缩中间接头来说，其余本体之间在结构上存在一定的差异性，而且还会受到水分的影响，这也会导致其单位电容发生一定的变化，同时也会影响特性电阻，导致特性电阻产生变化。而且接头在受到外部因素的影响，其内部会产生阻抗不匹配点，而此时如果有行波经过，那么就会产生波的折反射。

3.2 不同受潮状况接头时域波形特征

从上文的实验和研究中不难发现，10kV 冷缩接头在初始状态下时，其单位阻抗明显大于本体阻抗情况，但是如果接头出现受潮情况，出现渗水问题时，此时受潮情况越严重，那么阻抗值越低，受潮情况与阻抗值变化之间呈现反比关系，如果受潮情况愈发严重，达到一定峰值后，就会导致单位阻抗值低于本体阻抗值。这时以发射法基本原理为基础，对接头首端反射系数进行计算，接头首端指的是信号注入方向，其计算公式为，其中Zj代表接头特性阻抗。研究人员针对接头受潮情况下的阻抗值进行探究和分析，发现当接头没有渗入水分或者是受潮情况较轻时，在接头首端会产生正的反射系数（Zj＞Z0），在此情况下，也会得到一个时域反射波形，此时其波形为正值；反之，如果接头末端产生的反射系数为负的，时域反射波形也为负值；而如果冷缩中间接头受潮情况较为严重（Zj＜Z0），那么，此时接头首端会产生一个负极性波形。

当处于正常情况下，即冷缩中间接头没有渗入水分的情况下，其时域波形呈现出“左正右负”的特征；当冷缩中间接头轻度受潮的情况下，其时域波形依然呈现出“左正右负”的特征，但是与正常情况进行对比可以发现，其波形明显减弱；但是当冷缩中间接头受潮情况严重时，其时域波形呈现出“左负右正”的特征。

3.3 时频域转换分析法

为了对配网电缆冷缩中间接头受潮情况进行探究和分析，保证其诊断的准确性以及可靠性，提出了基于时频域转换法，研究人员针对相关方面的文献以及实验进行了深入分析和研究，从中发现时域特征波形恢复技术在应用的过程中，其主要是利用频域进行扫频测量，对其数据结果进行统计，并将统计后的数据引入虚拟的时域入射波形s（t）中，然后再计算此时虚拟时域反射波形y（t），其计算公式为y（t）=FIFFT（FFFT（s(t）·Γ），其中FFFT代表快速傅里叶变换，FIFFT代表快速反傅里叶变换。在实际进行探究分析的过程中，相关研究人员应用此种方法的过程中可以直接应用FDR 的测试结果，并将其进行相对应的转换，转换成为时域波形谱图，且此时域波形谱图内可以看出阻抗变化情况。

配网电缆冷缩中间接头容易受到其他因素的影响，导致其长度存在不易，无法满足使用需求。在此过程中，对其长度进行测量，需要尽量避免相关因素的影响，可以将频域反射法进行应用，其可将单一包络峰位置进行展示，保证位图谱的准确性，为人员提供参考数据。针对恢复的时域波形谱图来说，其结果可将冷缩中间接头的两端阻抗情况进行反映，表明及时其位置不匹配，也不会对信号波形造成影响，可避免极性相反信号波形的发生，其数量为2。此时的时域波形是经过频域测量结果恢复得到的，因此，时域与频域定位谱图两者位置呈现对应关系，且关系良好，便于观察。因此，研究人员在进行探究的过程中也要考虑到这一点，首先需要明确接头的具体位置，此过程中通常会使用频域测量的方法，然后再将频域结果转换为时域结果，进而得到时域波形，且其也可以实现时域波形恢复的目的。此时，在对接头左右位置的时域波形的特征进行探究可以分析，就可以判断出接头阻抗变化情况，最终明确配网电缆冷缩中间接头受潮情况。

3.4 受潮冷缩接头时域频域转换法定位诊断仿真

为了对配网电缆冷缩中间接头实际受潮情况进行探究和分析，本文以电缆型号为YJV8.7/10-240 实际电缆为基础，搭建了仿真模型，进而保证实验的准确性以及可靠性。本仿真模型之中，选择长度为300 米的电缆，在电缆100 米以及200 米的位置各安装1 个冷缩型中间接头，其中1 号冷缩型中间接头为正常接头，2 号冷缩型中间接头为受潮接头，以电容的实际情况为基础设置方针电容数据（如表1 所示）。

表1 仿真模型参数设置

在实际进行实验的过程中，电缆本体、1 号接头以及2 号接头的状态进行记录，并进行谱图转换，从中发现1 号接头和2 号接头的峰值数据相似，但是，2 号接头的峰值出现轻微的变化，即轻微减小情况，但是由于其变化较好，可能是由于信号不稳定造成，还有可能是由于其受潮情况较弱造成，因此，这种情况下，如果以单一频域反射结果作为诊断依据，那么无法准确判断出冷缩型接头受潮的实际情况，并且也无法判断受潮程度情况，对后续一系列工作造成了严重的影响。

对此情况，提出了时频域转换法，主要是将频域结果转换为时域结果，最终得到时域反射波形，其波形完整性和全面性更强，然后以波形为基础进行位置对应，明确接头位置，最终得到“左负右正”的波形特征。以行波理论为基础进行探究，其结果表明，2 号接头位置特性阻抗值值较低，在与本体抗阻值进行比较时，两者之间存在明显差异，而且2 号接头存在单位电容数值较高的情况，明显高于本体电容数值。

4 结语

综上所述，在应用时频域转换法对配网电缆冷缩中间接头受潮情况进行诊断，其有效性更高，同时也可以准确地判断冷缩中间接头受潮严重程度，保证提供有效的参考价值，如果在进行测量时，其对应的电缆的长度较长，则可以采用两端测量，分别测量后，对数据进行整合，得出可靠数据，这样也可以在很大程度上保证其准确性，并为后期运维检修提供技术支持。