光纤测温与半导电缓冲层预警的阻水中压电缆及测试方法与流程

本发明涉及电力电缆，尤其涉及光纤测温与半导电缓冲层预警的阻水中压电缆及测试方法。

背景技术：

1、中压电力电缆是城市配电网、工业园区、市政基础设施、轨道交通及新能源配电系统中的重要输电设备，承担着中压电能的安全稳定输送任务。为提高电缆在地下直埋、电缆沟、综合管廊及潮湿环境中的运行可靠性，现有中压电缆通常在绝缘层外设置阻水带、阻水纱或阻水填充材料，以形成纵向或径向阻水结构，减缓外部水分向电缆内部扩散。当外护套受到机械损伤、接头密封失效、长期浸水或施工外力破坏时，外部水分仍可能沿屏蔽层、填充层及绝缘层之间的微小间隙逐渐渗入电缆内部。随着水分持续侵入，xlpe绝缘层易发生水树老化，导致介电性能下降、局部放电增强及绝缘强度降低，最终可能引起绝缘击穿、线路跳闸甚至大范围停电事故，因此，对阻水中压电缆进行早期受潮监测和故障预警，对于保障配电系统长期安全稳定运行具有重要意义。

2、然而，现有阻水中压电缆仍主要依赖阻水材料进行被动防护，对水分侵入后的状态缺乏实时感知能力，通常需要通过绝缘电阻检测、局部放电检测或定期巡检等方式判断电缆健康状态，常规绝缘检测仅能在绝缘大幅劣化后，仅能在绝缘性能已经明显下降或水树老化发展到一定程度后发现异常，此时水树老化已不可逆，无法及时识别微量进水进行早期故障预判，存在监测滞后性。其次，现有外挂式光纤测温或常规在线监测装置与电缆本体耦合程度较低，难以直接感知阻水结构因吸水膨胀产生的微小变化，且易受到环境温度、季节变化及敷设条件等因素影响，难以准确区分过载发热、环境温升与受潮进水等不同工况，容易产生误报警。此外，外挂光纤还易受地表温度、敷设环境温差、机械损伤、腐蚀及施工破坏等问题，难以区分本体缺陷发热与环境波动，无法与阻水结构深度耦合，不能感知早期微量水分渗入，误报率高，难以满足长期在线监测需求，成为中压阻水电缆安全运行的技术痛点。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供了一种光纤测温与半导电缓冲层预警的阻水中压电缆及测试方法。

2、为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种光纤测温与半导电缓冲层预警的阻水中压电缆，所述阻水中压电缆包括第一电缆结构，所述第一电缆结构包括导体结构、导体屏蔽层、xlpe绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、填充层以及绕包带：

4、所述导体结构采用多根常规铜单线绞合形成一根导体，用于承载中压电流并降低输电过程中的电阻损耗，输配中压功率电力，铜导线电导率高、载流能力强且导电损耗低，所述导体结构外部设置有导体屏蔽层，用于消除导体结构表面的电场集中效应，使导体结构与xlpe绝缘层之间形成均匀连续的径向电场分布；

5、所述xlpe绝缘层包饶在导体屏蔽层的外围，作为阻水中压电缆的主电气绝缘结构，用于隔离高电位导体与外部接地结构，防止电流泄漏和击穿；所述xlpe绝缘层外侧包覆设置有绝缘屏蔽层，该绝缘屏蔽层用于均匀化xlpe绝缘层的外部电场，使xlpe绝缘层外表面保持等电位状态；

6、所述绝缘屏蔽层周围绕包金属屏蔽层，且绝缘屏蔽层同时为金属屏蔽层提供稳定的电气过渡界面；

7、三根所述导体成缆绞合，在所述金属屏蔽层的外侧屏蔽部位缠绕包紧一层可缓冲抗压的绕包带，使得电缆成缆圆整，且金属屏蔽层和绕包带之间的包覆缝隙、空隙预先填充有适量阻水材料，形成一层填充层。

8、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述阻水材料包括阻水纱、阻水带、石油膏以及阻水膏。

9、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述第一电缆结构外部设置有第二电缆结构，所述第二电缆结构包括分布式光纤传感复合阻水层、内衬层、金属护套以及外护套；其中，所述分布式光纤传感复合阻水层由内层半导电阻水带、分布式传感光纤及外层绝缘阻水带三层复合组成。

10、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述内层半导电阻水带紧贴于第一电缆结构的绕包带周围进行包覆，所述外层绝缘阻水带设置于内层半导电阻水带外部，所述分布式传感光纤紧密夹持在内层半导电阻水带和外层绝缘阻水带之间，所述分布式传感光纤连接分布式光纤应变-温度解调仪。

11、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述分布式传感光纤在两层阻水带之间采用轴向s形的往复布局进行铺放，经热压固化工艺组成整体，通过绕包工艺包覆在绕包带外侧。

12、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述外层绝缘阻水带外侧挤包内衬层，所述内衬层外部纵包金属护套，所述金属护套最外层挤包采用聚乙烯或聚氯乙烯的外护套。

13、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述金属护套由铝带加上氩弧焊进行焊接密实形成。

14、本发明第二方面提供了一种光纤测温与半导电缓冲层预警的阻水中压电缆的测试方法，应用于任一项所述的光纤测温与半导电缓冲层预警的阻水中压电缆，具体包括以下步骤：

15、通过将阻水中压电缆部署连接于目标电力场景区域执行输电作业测试，并同步将阻水中压电缆端部引出的分布式传感光缆端口接入光纤应变-温度解调仪进行实时监测；

16、获取阻水中压电缆的原始设计图稿，通过有限元软件对原始设计图稿中的电缆设计参数进行建模解析，构建阻水中压电缆的有限元仿真模型；

17、通过环境传感阵列获取目标电力场景区域处在当前时段区间内的若干实时热湿环境参数以及预设历史时段内采集记录到的多源热湿环境参数，利用多源热湿环境参数及其状态数据依托于空气扩散动力学的理论对区域内热湿环境的耦合扩散传播进行空间建模与动态坐标渲染，生成目标电力场景区域的先验热湿环境拟真场；

18、基于大数据获取基于空气扩散动力学理论所预训练的动态环境因子预测模型，将各实时热湿环境参数和先验热湿环境拟真场输入动态环境因子预测模型中进行预测，得到阻水中压电缆位于目标电力场景区域输电作业测试过程中可能受到环境异常扰动的一处或者多处易热湿效应区域；

19、根据电缆维护日志提取阻水中压电缆的金属护套在预设历史时段内出现热潮湿水分渗入事件的破损热进水热点分布图，并从破损热进水热点分布图中剥离出各易热湿效应区域出现预警误差对应的子热点分布，定义为第一热湿预警锚点图；

20、通过光纤应变-温度解调仪对阻水中压电缆测试过程中破损热进水进行温度分布-布里渊频移应变的预警分析，并由有限元仿真模型观测实况预警分布，定义为第二热湿预警锚点图；

21、通过配准获取第一热湿预警锚点图与第二热湿预警锚点图之间的不同锚点的定位配准率，根据定位配准率初步分析阻水中压电缆的不合格测试性能，生成第一测试报告结果，并基于测试时应变-温度双属性的预警响应效能指标对准合格测试品的测试性能继续分析，生成第二测试报告结果。

22、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述通过配准获取第一热湿预警锚点图与第二热湿预警锚点图之间的不同锚点的定位配准率，根据定位配准率初步分析阻水中压电缆的不合格测试性能，生成第一测试报告结果，并基于测试时应变-温度双属性的预警响应效能指标对准合格测试品的测试性能继续分析，生成第二测试报告结果，具体包括以下步骤：

23、叠合配准第一热湿预警锚点图与第二热湿预警锚点图，计算热湿预警锚点之间的定位配准率，若测试过程中至少存在两个及以上的定位偏差率对应的热湿预警锚点，则标定阻水中压电缆为不合格测试品，生成第一测试报告结果；

24、若测试过程中至多存在一个以下的定位偏差率对应的热湿预警锚点，则标定阻水中压电缆为准合格测试品，此时通过光纤应变-温度解调仪获取测试时动态监测第二热湿预警锚点图中描述阻水中压电缆及时挡水与温度变化的应变-温度双属性曲线；

25、根据应变-温度双属性曲线提取阻水中压电缆早期告警该热湿预警锚点出现时的实际预警响应率及其对应的实际响应速率，并根据目标测试需求提取阻水中压电缆产品理想化测温达标的期望预警响应率及理想响应速率；

26、若实际预警响应率均高于期望预警响应率，则标定该准合格测试品的阻水中压电缆为优等测试品，得到一类测试项指标；

27、若实际预警响应率低于期望预警响应率但实际响应速率高于理想响应速率，亦或者实际预警响应率高于期望预警响应率但实际响应速率低于理想响应速率，则标定该准合格测试品的阻水中压电缆为中等测试品，得到二类测试项指标；

28、若实际预警响应率均低于期望预警响应率，则标定该准合格测试品的阻水中压电缆为劣等测试品，得到三类测试项指标；

29、结合一类测试项指标、二类测试项指标以及三类测试项指标形成阻水中压电缆的测试报告，生成第二测试报告结果。

30、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述通过光纤应变-温度解调仪对阻水中压电缆测试过程中破损热进水进行温度分布-布里渊频移应变的预警分析，具体包括以下步骤：

31、通过光纤应变-温度解调仪的连续采集，实时获取测试过程中基于分布式传感光缆复合阻水层以及分布式传感光缆检测阻水中压电缆全线破损热进水的应变值及温度值；

32、当应变值超过预设应变阈值但温度值小于预设温度阈值时，则判定该阻水中压电缆为存在水渗入、护套破损进水，触发解调仪的受潮预警并精确定位热湿预警锚点；

33、当仅温度值升高超出预设温度阈值而应变值低于预设应变阈值时，则判定该阻水中压电缆为电缆线芯过载、负荷发热，排除解调仪的进水误报；

34、当应变值超过预设应变阈值且温度值同步大于预设温度阈值时，判定该阻水中压电缆为存在水侵入、护套破损进水及电缆线芯过载、负荷发热，触发解调仪的受潮预警并精确定位热湿预警锚点。

35、本发明的有益技术效果在于：

36、本发明通过将分布式传感光纤内嵌于复合阻水层内部，并与半导电阻水带、绝缘阻水带形成一体化复合结构，在不改变中压电缆原有电气性能、机械性能及生产工艺的前提下，实现了阻水密封、均匀电场、机械缓冲及在线监测等多种功能的有机融合。当外部水分侵入时，阻水带能够迅速吸水膨胀封堵渗水通道，并同步产生可被分布式光纤感知的微应变信号，使系统能够在绝缘层尚未发生明显水树老化或绝缘性能下降之前完成微量进水检测，实现由传统故障后检测向故障前预警的转变。同时，分布式光纤沿电缆全长度连续监测温度和应变信息，结合双参量融合分析，可有效剔除环境温度变化及负载波动等因素造成的干扰，准确区分常温进水、热水侵入及过载发热等不同工况，显著降低误报警率，提高故障识别准确性，并能够实现受潮点和异常发热点的精准定位，为运行维护提供可靠依据。