周涛 杨进 金宇 吴尉民 张国志
云南电网有限责任公司昆明供电局 云南昆明 650200
摘要：针对目前10kV配电电缆中间接头受潮后导致电缆绝缘性能下降的问题，提出一种10kV配电电缆中间接头受潮定位诊断方法。首先，利用电缆传输线模型(含有中间接头)、时域反射法、小波阈值降噪算法，阐述本文所提方法的基本原理。然后，通过仿真对含有轻度/重度受潮中间接头的10kV电缆进行仿真建模，并将其定位结果与正常接头电缆比较，得到受潮接头的反射特征。接着，考虑噪声对定位效果的影响，叠加高斯白噪声于定位谱图之中，并采用小波阈值降噪算法对染噪信号进行降噪处理。最后，对某500m 10 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene，XLPE)电力电缆进行测试，检验所提方法的测试效果。仿真和实验结果表明：本文所提方法能有效抑制噪声对测试结果的干扰，不仅能实现对中间接头的定位，还能对其受潮情况进行诊断。
关键词：配电电缆；中间接头；受潮电缆；小波阈值降噪；时域反射法
0引言
中间接头作为电缆运行的薄弱环节，其绝缘性能是否良好直接影响到电力系统供电的可靠性[1-3]。而配电电缆大多敷设在常年积水的电缆沟道里，如果中间接头的防水措施未做到位，水分很容易从接头处浸入，危害电缆，造成电缆绝缘性能的下降。
为此，本文结合TDR法与小波变换，提出一种10kV配电电缆中间接头受潮定位诊断方法，运用仿真对含有受潮接头的电缆进行定位与受潮诊断，并利用小波阈值降噪算法对染噪信号进行降噪处理，以提升对中间接头的测试效果，最后通过实验来检验所提方法对中间接头定位与受潮诊断的效果。
1电缆传输线模型及时域反射法
1.1电缆传输线模型
时域反射法是建立在传输线理论上的，高频下或电缆长度较长时，可将电力电缆等效为分布参数网络[16]。电缆分布参数等效电路可由图1所示。其中，R0、L0、G0、C0分别为单位长度的电阻、电感、电导与电容。
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电缆的单位长度电阻R0和电感L0可分别近似为[17]：
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电缆的单位长度电容C0和电导G0为[17]：
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式中，Ui2为负载端的入射电压波，Ur2为负载端的反射电压波，γ为电缆的传播常数，Z0为电缆的特性阻抗。
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1.2时域反射法
若电缆含有中间接头，因接头的结构不同于电缆本体，当入射波经过接头处时会发生折反射，而中间接头的长度远远小于本体长度，故可将中间接头视为阻抗不连续点[15]。
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（2）小波阈值降噪算法原理
小波阈值降噪算法的原理是将染噪信号进行小波分解后，将小于所选阈值的小波系数(视为噪声信号)剔除，保留有用信号，从而达到降噪的目的[19,20]。
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因硬阈值函数在阈值点处的不连续会导致重构信号发生不期望的振荡，使得重构信号失去原有信号的光滑性[20]。因此，本文仅选取在阈值点处连续的软阈值函数进行分析讨论。
软阈值函数的表达式为[20]：
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2仿真分析
（1）电缆中间接头受潮缺陷定位诊断
作为阻抗不连续点的中间接头，在完好状态下，中间接头的电容略小于电缆本体[15]。因水的相对介电常数值约为81远大于电缆绝缘的相对介电常数值[21,22]，由公式(3)知，若接头受潮，接头的电容会增大。
为得到不同受潮程度下的中间接头的反射特征，运用仿真获取500m电缆的TDR定位结果，不同受潮状态下的中间接头在250m处，中间接头的定位结果如图4所示。
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由图4的仿真结果可得，向电缆首端注入脉冲波后，入射波会在阻抗不匹配的中间接头处发生反射。未受潮的正常电缆因为其电容小于电缆本体，使得在接头部分的特性阻抗大于电缆本体，故在接头处为正反射。而中间接头受潮后，因其电容的增大，导致接头处的反射变为了负反射，且中间接头受潮越严重，接头处的反射强度越大。除此之外，还可以发现，TDR法不仅可用于电缆测距，还适用于中间接头的精确定位。
（3）实验及讨论
为了检验本文所提方法对实际现场中10kV配电电缆中间接头定位与受潮诊断的效果，选取某500m 10 kV XLPE电力电缆(型号为YJLV22 8.7/15-1×25)进行TDR测试。
测试时，选择电缆的一端为测试端，即电缆首端。利用信号发生器产生一脉冲波(幅值为5V、脉宽为1μs)作为入射波，注入电缆首端，并通过示波器在电缆首端采集反射信号，即原始信号。
3结论
本文提出了一种10kV配电电缆中间接头受潮定位诊断方法，该方法能准确定位中间接头，有效诊断中间接头的受潮情况，具有较高的信噪比，抗噪性能较好，适合现场复杂噪声环境下的测试。
参考文献：
[1]曹俊平，蒋愉宽，王少华，等．XLPE电力电缆接头缺陷检测关键技术分析与展望[J]．高压电器，2018，54(07)：87-97．
[2]曹雯，张敏，刘倩，等．电缆接头复合界面处水分对其闪络特性的影响[J]．高电压技术，2018，44(11)：3699-3706．