CN102385026A - 高压电缆线路局部放电在线定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压电缆线路局部放电在线定位方法及装置，所述装置包括：高频宽带电磁耦合传感器，套接在三相电缆附件接地线或交叉互联线上，用来耦合局部放电信号；一套下位机数据处理及采集单元，用于完成三相电缆附件传感器信号的同步触发采样，包括信号前置调理单元、I/O控制单元、高速数据采集卡、光电转换模块；及上位机监控单元，通过光纤传输网络与下位机相连，用于控制下位机接收采集数据，并以工频电压相位为参照形成局部放电的时域信号显示、视在放电量的显示、放电量-放电相位的放电谱图的实时显示。本发明的优点在于能够根据现场需要，通过对高压电缆线路进行分布式的微秒级同步高速采样，实现局部放电在线定位。

Description

高压电缆线路局部放电在线定位方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电缆设备检测装置，特别是一种高压电缆线路局部放电在线定位的方法和装置，属于电力测量技术领域。

背景技术

目前，高压及超高压交联聚乙烯(XLPE)电力电缆在电力系统中的应用稳步增长，其回路长度年平均增长率超过15%。高压、超高压电缆线路作为城市供电和主网架的重要环节，在我国城市电网中已占据非常重要的地位。如何实现这些电缆线路的状态评估和状态检修，保证电缆线路安全可靠运行，是目前国内外研究的热点。

交联电缆往往材质不良或工艺不良导致微孔、杂质，工艺原因导致半导电层向绝缘层尖端突起，或者附件现场安装不当导致内部电场分布畸变，都极易产生局部放电（PD，Partial discharge）。局部放电作为电缆线路绝缘状况不良的主要表现形式，既是引起绝缘老化的主要原因，又是表征绝缘状况的主要特征参数。电力电缆的局部放电量与其绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘可能存在危害电缆安全运行的缺陷。因此，准确测量电缆的局部放电量是判断电缆绝缘品质最直观、最有效的方法，但也是受外界条件制约、检测难度较大的方法。理论研究表明，XLPE电缆局部放电脉冲包含的频谱很宽，最高可达到GHz数量级。目前国内外已把电缆局部放电测量的焦点转移到高频（3-30MHz）和超高频（300MHz-3GHz）方向。

许多电力公司应用了高压电缆局部放电在线检测装置，但现场测量效果并不理想，两大核心问题（有无局放信号？局放源来自附件还是本体？）未得到根本解决，误判错判情况时有发生。其主要原因是外界强电磁干扰源很多，并且局部放电信号幅值很小，因此极易被背景噪声淹没，目前采用的许多软硬件结合的抗干扰方法效果不理想。

目前，对于电缆线路进行停电的离线试验，可较好的确定局放来源。而对于送电中的高压电缆，其外界干扰复杂多变，局放信号幅值微弱，且传输速度快(约170米/微秒)、存在明显衰减现象，如何在线检测并确定局放源，是目前的研究难点。

有关这方面的文献报道例如申请号为99815427.X的名为确定高压电缆中故障位置的部分放电现场定位系统的发明专利，提供一种脉冲放电现场定位(PDSL)系统，在不要求示波器触发功能的条件下，该系统捕获导电体上的脉冲。PDSL系统包括脉冲放电测量(PDM)系统，并通过编程在参考缓冲器中存储PDM系统捕获的数据，其大小对应于脉冲沿着导电体长度的传播时间。扫描捕获的脉冲样本以定位所选取噪声电平之上的脉冲峰值。这些脉冲与所选数目的样本一起存储在临时工作缓冲器，归一化，然后相加到参考缓冲器中。参考缓冲器提供脉冲活动的统计平均。由于参考缓冲器的大小与电缆长度和电缆传播时间的正比关系,可以确定故障现场与电缆末端之间的距离。然而，上述专利的方法是必须电缆断电后施加信号进行定位的，而不需电缆停电，直接在送电过程中确定局部放电的位置的方法尚没有看到相关报道。

有鉴于此，有必要提供一种高压电缆线路局部放电在线定位方法及装置，可以在微秒级同步误差范围内，根据时差和放电谱图特征确定局布放电来源，以满足工业应用需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对目前电缆线路在线检测定位上述问题，本发明提出一种高压电缆线路局部放电在线定位方法及其装置，通过分布式的检测整条电缆线路的每个附件处的局部放电信号，在微秒级同步误差范围内，根据时差和放电谱图特征确定局放来源。

本发明所采用的技术方案是：一种高压电缆线路局部放电在线定位装置，其特征在于，其包括：

高频宽带电磁耦合传感器，套接在三相电缆附件接地线或交叉互联线上，用来耦合局部放电信号；

一套下位机数据处理及采集单元，用于完成三相电缆附件传感器信号的同步触发采样，包括信号前置调理单元、I/O控制单元、高速数据采集卡、光电转换模块；信号前置调理单元对传感器耦合的信号先进行调理，提取工频电压信号和局部放电信号；I/O控制单元完成采集的控制；高速数据采集卡完成对调理后的信号进行采集，并存储到下位机的ROM内，光电转换模块将采集数据传送到上位机单元；及

上位机监控单元，通过光纤传输网络与下位机相连，用于控制下位机接收采集数据，并以工频电压相位为参照形成局部放电的时域信号显示、视在放电量的显示、放电量-放电相位的放电谱图的实时显示。

本发明还提供一种高压电缆线路局部放电在线定位方法，采用如上所述的高压电缆线路局部放电在线定位装置，其特征在于，包括如下步骤： 

1）在整条电缆线路每个电缆附件接地线或交叉互联线上套接高频宽带电磁耦合传感器；

2）利用光纤准确授时机制，同步触发每组附件处的下位机单元，使得多组信号在1微秒以下的同步误差范围内同步触发采集20ms信号，并经采集后将数字信号存储于下位机ROM中；

3）在电缆本体上套接50Hz工频电流传感器，通过信号调理后也接入高速数据采集卡的通道上进行采样，用于局部放电信号采集通道的触发，以确定局部放电信号的工频电压相位；

4）下位机内包括有信号调理模块、光电转换模块、高速数据采集卡、I/O卡，用来完成局部放电信号的触发采集、数据存储；

5）光纤传输网络将每个下位机监测单元连接至上位机监控单元；

6）上位机监控单元完成对下位机的硬件控制，采集数据的接收、局放原始时域信号的显示、视在放电量的显示、放电量-放电相位的放电谱图的显示；

7）通过对临近附件放电量的的时差和放电谱图比较，判断局放信号来源，从而掌握整条电缆线路绝缘运行状况。

本发明的有益效果是：本发明的优点在于能够根据现场需要，通过对高压电缆线路进行分布式的微秒级同步高速采样，实现局部放电在线定位。本装置宽频高速采集的方式可获取完整的局部放电信号波形，根据信号时延和放电谱图特征，来区分放电来源，为电缆设备的状态维修提供强有力的技术支撑。

附图说明

图1是本发明实施例高压电缆线路局部放电在线定位方法及装置的功能原理框图。

图2是本发明实施例高压电缆线路局部放电在线定位方法及装置的具体实施示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

本发明提供的高压电缆线路局部放电在线定位装置，包括：高频宽带电磁耦合传感器、一套下位机数据处理及采集单元及上位机监控单元。

高频宽带电磁耦合传感器，套接在三相电缆附件接地线或交叉互联线上，用来耦合局部放电信号。

下位机数据处理及采集单元，用于完成三相电缆附件传感器信号的同步触发采样，包括信号前置调理单元、I/O控制单元、高速数据采集卡、光电转换模块；信号前置调理单元对传感器耦合的信号先进行调理，提取工频电压信号和局部放电信号；I/O控制单元完成采集的控制；高速数据采集卡完成对调理后的信号进行采集，并存储到下位机的ROM内，光电转换模块将采集数据传送到上位机单元。

上位机监控单元，通过光纤传输网络与下位机相连，用于控制下位机接收采集数据，并以工频电压相位为参照形成局部放电的时域信号显示、视在放电量的显示、q-φ(放电量-放电相位)的放电谱图的实时显示。

下面对每个部件进行详细说明。

1）高频宽带电磁耦合传感器

高频宽带信号传感器采用镍锌铁氧体，频率范围为20kHz-25MHz，测量时套接在三相附件接地线或交叉互联线上组成传感器对，耦合的信号包括局部放电信号、干扰、背景噪声。

50Hz工频信号传感器用于耦合电缆本体的工频电流信号，用作触发采集，并确定放电信号所在的工频相位。

2）下位机数据处理及采集单元

下位机安装在传感器附近，对传感器输出的信号进行硬件滤除部分干扰，使得后续放大单元对局部放电信号进行放大，以提高检测灵敏度。下位机单元包括包括信号前置调理单元、I/O控制单元、高速数据采集卡、光电转换模块。

所述I/O控制单元用来上下位机间控制命令的发送接收。

所述高速数据采集卡最高采样率为60MS/s，模拟带宽为30MHz，A/D分辨率为12位，高速采集的信号存储到ROM中。

所述光电转换模块用于同步多路信号，使得其在微秒级误差范围内触发采集，并将下位机采集数据高速传输至上位机监控单元。

所述光电转换模块采用带钢凯套光纤，其中一根作为备用。每根光纤16芯，在每个节点的光纤集线器中将光纤截断熔接并引出一路光纤连接至一个下位机单元。光电转换模块采用授时同步机制，同步多路附件处的下位机单元进行同步触发采样。

 3)上位机监控单元

上位机对下位机数据处理及采集单元进行控制，接收采集数据后进行抗干扰处理，显示局放时域信号、放电视在放电量，以及q-φ等放电谱图。对多路信号的时延和放电谱图特征分析，从而确定放电源。

上位机单元用于控制下位机数据采集、设置程控信号调理单元、以及控制接收下位机ROM中存储的采集数据。

对各相同步信号进行综合抗干扰处理后，上位机单元提取出局部放电信号原始时域波形、局部放电视在放电量、以及q-φ等放电谱图。

整条电缆线路的同步触发采集的局部放电原始信号时延比较和放电谱图特征分析，可有效确定放电源的位置，对绝缘劣化进行前期预报和评估，积极有效地预防电缆系统突发运行故障。

本发明实施例还提供一种高压电缆线路局部放电在线定位方法，采用上述高压电缆线路局部放电在线定位装置，其包括如下步骤：

1）在整条电缆线路每个电缆附件接地线或交叉互联线上套接高频宽带电磁耦合传感器；

2）利用光纤准确授时机制，同步触发每组附件处的下位机单元，使得多组信号在1微秒以下的同步误差范围内同步触发采集20ms信号，并经采集后将数字信号存储于下位机ROM中；

3）在电缆本体上套接50Hz工频电流传感器，通过信号调理后也接入高速数据采集卡的通道上进行采样，用于局部放电信号采集通道的触发，以确定局部放电信号的工频电压相位；

4）下位机内包括有信号调理模块、光电转换模块、高速数据采集卡、I/O卡，用来完成局部放电信号的触发采集、数据存储；

5）光纤传输网络将每个下位机监测单元连接至上位机监控单元；

6）上位机监控单元完成对下位机的硬件控制，采集数据的接收、局放原始时域信号的显示、视在放电量的显示、放电量-放电相位的放电谱图的显示；

7）通过对临近附件放电量的的时差和放电谱图比较，判断局放信号来源，从而掌握整条电缆线路绝缘运行状况。 

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (2)

1.一种高压电缆线路局部放电在线定位装置，其特征在于，其包括：

高频宽带电磁耦合传感器，套接在三相电缆附件接地线或交叉互联线上，用来耦合局部放电信号；

一套下位机数据处理及采集单元，用于完成三相电缆附件传感器信号的同步触发采样，包括信号前置调理单元、I/O控制单元、高速数据采集卡、光电转换模块；信号前置调理单元对传感器耦合的信号先进行调理，提取工频电压信号和局部放电信号；I/O控制单元完成采集的控制；高速数据采集卡完成对调理后的信号进行采集，并存储到下位机的ROM内，光电转换模块将采集数据传送到上位机单元；及

上位机监控单元，通过光纤传输网络与下位机相连，用于控制下位机接收采集数据，并以工频电压相位为参照形成局部放电的时域信号显示、视在放电量的显示、放电量-放电相位的放电谱图的实时显示。

2.一种高压电缆线路局部放电在线定位方法，采用如权利要求1所述的高压电缆线路局部放电在线定位装置，其特征在于，包括如下步骤： 

1）在整条电缆线路每个电缆附件接地线或交叉互联线上套接高频宽带电磁耦合传感器；

2）利用光纤准确授时机制，同步触发每组附件处的下位机单元，使得多组信号在1微秒以下的同步误差范围内同步触发采集20ms信号，并经采集后将数字信号存储于下位机ROM中；

3）在电缆本体上套接50Hz工频电流传感器，通过信号调理后也接入高速数据采集卡的通道上进行采样，用于局部放电信号采集通道的触发，以确定局部放电信号的工频电压相位；

4）下位机内包括有信号调理模块、光电转换模块、高速数据采集卡、I/O卡，用来完成局部放电信号的触发采集、数据存储；

5）光纤传输网络将每个下位机监测单元连接至上位机监控单元；

6）上位机监控单元完成对下位机的硬件控制，采集数据的接收、局放原始时域信号的显示、视在放电量的显示、放电量-放电相位的放电谱图的显示；

7）通过对临近附件放电量的的时差和放电谱图比较，判断局放信号来源，从而掌握整条电缆线路绝缘运行状况。

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