CN102565588A

CN102565588A - 一种用于高压xlpe电缆的在线监测方法

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Publication number: CN102565588A
Application number: CN2012100107989A
Authority: CN
Inventors: 杜伯学; 马宗乐; 高宇; 韩涛; 刘勇; 程欣欣; 胡文佳
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-01-14
Filing date: 2012-01-14
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，内置式电容耦合传感器感应电缆附件中的第一放电信号，通过中间接头金属护壳密封口处的橡胶塞将同轴电缆引出，作为信号线传递第一放电信号；第一放电信号经同轴电缆引出后经过滤波器、放大器、电光转换器、监控中心和采集卡的处理，获取第三放电信号；监控中心对第三放电信号进行处理，统计多个连续工频周波中第三放电信号的相角、幅值以及放电次数；根据第三放电信号的相角、幅值对高压XLPE电缆进行监测，本发明的内置式电容耦合传感器安装不破坏高压XLPE电缆附件本身绝缘结构，不会对高压XLPE电缆运行造成危害，并且不受运行环境的影响；该方法安装简单，校准方便，利于推广。

Description

一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法

技术领域

本发明涉及电力设备绝缘故障检测领域，特别涉及一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法。

背景技术

近年来，随着国内外电缆行业的不断发展，研究人员开发了多种XLPE电力电缆的监测及检测方法，其中有些方法已在运行单位得到了应用。

(1)外置式电容耦合传感器

外置式电容耦合传感器结构如图1(a)所示，将一对电极安装在电缆接头两侧(接头中间的屏蔽层用绝缘垫圈隔开)，再用检测阻抗将两电极相连。其等效电路如图1(b)所示，图中C₁、C₂为金属屏蔽层与线芯导体形成的等效电容，C₃、C₄为金属电极与金属屏蔽层形成的等效电容，Z_d为检测阻抗。

(2)外置式电感耦合传感器

参见图2，M为Rogowski线圈结构电流传感器线圈的互感，Ls为线圈的自感，Cs为线圈的等效杂散电容，Rs为线圈的等效电阻，C0、R0为线圈的取样阻抗。

(3)超声波检测法

超声波技术是在现场条件下较早应用成功的技术之一。超声波检测系统通常采用压电晶体作传感器，其工作频带多取60～300kHz。目前，该技术主要用于电缆接头及附近的局放检测，可以采用传感器固定安装的在线监测方法，也可以采用移动传感器进行便携式检测。

(4)紫外成像技术

紫外成像技术目前已广泛应用于电力设备电晕放电的检测，且发展到了可在白天进行检测的水平。该技术可用于对电缆终端发生的电晕放电信号进行采集，从而发现电缆终端电晕严重部位，并采取相应措施保证高压电缆系统的安全运行。

(5)介质损耗法

参见图3，该方法对零点的检测精度要求高，因此对过零检测器的稳定性(包括长时间工作的稳定性及温度稳定性等)有较高的要求。这种方法对测量信号本身的要求也较高，因为叠加在正弦波电压上的过零点附近的一些干扰，往往会影响过零点检测的准确性，谐波对正确检测过零点也有举足轻重的影响。因此，要使用稳定性很好的滤波器来滤除谐波分量。常用高阻进行分压取得电压信号，之后，与流经电缆绝缘的电流相量进行相位比较，但事先要验证电阻测量时的角差。有关资料提出，当tanδ大于1％时，绝缘可判断为不良。由此法得到的信息是反映绝缘缺陷的平均程度，也有研究者认为该方法只能反映电缆的吸水程度。

(6)光学检测法

随着光学技术的不断发展，国外学者近几年还提出了通过光检测法来获取XLPE电缆绝缘信息的想法。一般来讲，电树枝起始前聚合物中电场强度增高点发射出的光称为场致发光(EL)，这一现象已被加拿大、日本和瑞典等国所认识。由于EL在水树转化为电树之前就发射出来，可以据此察觉聚合物材料的老化状态。EL的强度比局部放电(PD)至少低两个数量级，EL的光谱不同于PD的光谱，为此，采取高灵敏度的光学聚集装置来显示EL光谱的波长、强度和色调等特征，且按不同的EL起始电压测出光谱强度与波长、电树枝起始时间、老化生成范围等的关系，可据此实现电缆绝缘的评价。该方法目前还处在试验室研究阶段，离实用化技术还有很长的一段距离。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足：

①外置式电容耦合传感器受到外界噪声的干扰，包括广播信号，白噪声信号，以及线路谐波的影响，并且安装后运行环境恶劣，尤其直埋电缆上不能长期使用；②电感耦合传感器法适用于隧道敷设的电缆接头和终端，且抗干扰性能不佳，经常受到电晕放电的干扰；③超声波检测法由于超声信号在电缆中衰减较快，传感器灵敏度不高；④紫外检测法只能检测电缆终端表面放电信号，对于电缆附件内部的缺陷无能为力；⑤光学检测法目前尚处于实验室研究阶段，离实际应用还有一段距离，且该方法难以实现在线监测。

发明内容

本发明提供了一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，本发明消除了外界环境的干扰，提高了抗干扰性；实现了对电缆本体及附件内部缺陷的检测；能准确定位缺陷位置和大小，实现在线监测，详见下文描述：

一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，所述方法包括以下步骤：

(1)在高压XLPE电缆附件中距橡胶件第一预设距离处电缆外半导电层上安装内置式电容耦合传感器；

(2)在所述高压XLPE电缆上施加一个测试信号，测试由所述内置式电容耦合传感器、同轴电缆、滤波器、放大器组成的电路是否能调通；如果是，执行步骤(4)；如果否，执行步骤(3)；

(3)检查由所述内置式电容耦合传感器、所述同轴电缆、所述滤波器、所述放大器组成的电路，重复执行步骤(2)，直到电路调通为止，执行步骤(4)；

(4)所述内置式电容耦合传感器感应所述高压XLPE电缆附件中的第一放电信号，通过中间接头金属护壳密封口处的橡胶塞将所述同轴电缆引出，作为信号线传递所述第一放电信号；

(5)所述第一放电信号经所述同轴电缆引出后经过所述滤波器、所述放大器、电光转换器、监控中心、光电转换器和采集卡的处理，获取第三放电信号；

(6)所述监控中心对所述第三放电信号进行处理，统计多个连续工频周波中所述第三放电信号的相角、幅值以及放电次数，并构建

放电谱图，其中，

为所述第三放电信号发生时所对应的工频周波相角，q为放电量大小，n为放电次数；

(7)判断所述第三放电信号的相角是否同时满足180度特征及信号幅值大于300mV，如果是，执行步骤(8)；如果否，执行步骤(9)；

(8)所述第三放电信号为局部放电信号，观察所述第三放电信号的发展情况，流程结束；

(9)判断所述第三放电信号的幅值是否不满足所述180度特征及信号幅值在100mV-300mV之间，如果是，执行步骤(10)；如果否，执行步骤(11)；

(10)缩短对所述高压XLPE电缆的监测周期，流程结束；

(11)所述高压XLPE电缆工作正常，流程结束。

所述内置式电容耦合传感器具体为：

在电缆外半导电层上缠绕两层宽度为第二预设距离的PVC绝缘胶带，再缠绕一层宽度为第三预设距离的金属电极，并用铜屏蔽线与所述金属电极连接后引出，最后再缠绕两层PVC绝缘胶带，所述金属电极作为所述内置式电容耦合传感器，其中，所述第三预设距离小于所述第二预设距离。

所述测试信号为方波信号。

所述第一放电信号经所述同轴电缆引出后经过所述滤波器、所述放大器、所述电光转换器、监控中心、光电转换器和采集卡的处理，获取第三放电信号具体为：

1)所述第一放电信号经所述同轴电缆引出后经过所述滤波器进行滤波，将频率低于预设范围的信号滤掉，获取滤波后第一放电信号；

2)所述放大器对所述滤波后第一放电信号进行放大，获取放大后第一放电信号；

3)所述电光转换器将所述放大后第一放电信号转换为光信号，通过光纤将所述光信号传输到所述监控中心；

4)所述监控中心接收所述光信号，并经所述光电转换器将所述光信号转换为第二放电信号；

5)所述采集卡对所述第二放电信号进行采集，获取所述第三放电信号。

所述180度特征具体为所述第三放电信号的相角在0-90°和180-270°之间。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供了一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，与电感耦合传感器法和外置式电容耦合传感器相比，本发明所提供的监测方法具有较高的抗干扰性能，由于高压XLPE电缆附件内的屏蔽效应可以消除大部分干扰，大大提高检测可靠性，适用于工程现场测试；本发明的内置式电容耦合传感器安装不破坏高压XLPE电缆附件本身绝缘结构，不会对高压XLPE电缆运行造成危害，并且不受高压XLPE电缆运行环境的影响；内置式电容耦合传感器灵敏度高，对于监测微小局放信号敏感；该方法安装简单，校准方便，利于推广。

附图说明

图1(a)为现有技术提供的外置式电容耦合传感器结构示意图；

图1(b)为现有技术提供的外置式电容耦合传感器的等效电路图；

图2为现有技术提供的Rogowski线圈传感器的等效电路图；

图3为现有技术提供的tanδ在线检测法的原理示意图；

图4为本发明提供的一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法的流程图；

图5为本发明提供的用于高压XLPE电缆的在线监测的结构示意图；

图6为本发明提供的放电量与相角关系的示意图。

附图中各标号所代表的部件列表如下：

1：橡胶件； 2：外半导电层；

3：内置式电容耦合传感器； 4：PVC绝缘胶带；

5：金属电极； 6：同轴电缆；

7：金属护壳； 8：橡胶塞；

9：高压XLPE电缆； 10：导体；

11：应力锥； 12：滤波器；

13：放大器； 14：电光转换器；

15：监控中心； 16：光电转换器；

17：采集卡。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了消除外界环境的干扰，提高抗干扰性；实现对电缆本体及附件内部缺陷的检测；能准确定位缺陷位置和大小，实现在线监测，参见图4和图5，本发明实施例提供了一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，详见下文描述：

本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：利用电容耦合传感器对高频信号敏感的原理，将电容耦合传感器装设在电缆中间接头，由于不破坏电缆附件本身绝缘结构，因此不会对电缆运行造成危害，并且不受电缆运行环境的影响，而且还可对接头中的局部放电信号进行在线监测。沿电缆线路敷设内置式电容耦合传感器还可对接头中的局放进行定位。

绝缘体中只有局部区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，这种现象称之为局部放电。内置式电容耦合传感器3，一般安装在半导体屏蔽层上，对于电缆接头，也可以利用应力锥11或接头周围的半导体层直接作为检测电极；而外置式是直接将金属电极贴附于电缆或接头的护套外表面，无需接触电缆或接头内部的任何部件，故不影响原有的绝缘性能，而且安装也非常简单，适合于现场及在线检测。

101：在高压XLPE电缆9附件中距橡胶件1第一预设距离处电缆外半导电层2上安装内置式电容耦合传感器3；

其中，具体实现时，第一预设距离通常选取10cm左右，本发明实施例对此不做限制。

其中，参见图5，内置式电容耦合传感器3具体为：在电缆外半导电层2上缠绕两层宽度为第二预设距离的PVC绝缘胶带4，再缠绕一层宽度为第三预设距离的金属电极5，并用铜屏蔽线与金属电极5连接后引出，最后再缠绕两层PVC绝缘胶带4，此金属电极5作为内置式电容耦合传感器3，其中，第三预设距离小于第二预设距离。

其中，具体实现时，第二预设距离通常选取9cm左右，第三预设距离通常选取5cm左右，本发明实施例对此不做限制。

本发明实施例中得金属电极5采用铜电极，具体实现时，还可以为其他金属材料，本发明实施例对此不做限制。

102：在高压XLPE电缆9上施加一个测试信号，测试由内置式电容传感器3、同轴电缆6、滤波器12、放大器13组成的电路是否能调通；如果是，执行步骤104；如果否，执行步骤103；

其中，具体实现时，为了方便测试，本发明实施例优选测试信号为方波信号，即可以通过方波盒产生方波信号，或采用其他的实现手段，本发明实施例对此不做限制。

103：检查由内置式电容耦合传感器3、同轴电缆6、滤波器12、放大器13组成的电路，重复执行步骤102，直到电路调通为止，执行步骤104；

104：内置式电容耦合传感器3感应电缆附件中的第一放电信号，通过中间接头金属护壳7密封口处的橡胶塞8将同轴电缆6引出，作为信号线传递第一放电信号；

其中，橡胶塞8用树脂浇注，保证电缆接头密封性良好。

105：第一放电信号经同轴电缆6引出后经过滤波器12、放大器13、电光转换器14、监控中心15、光电转换器16和采集卡17的处理，获取第三放电信号；

其中，该步骤具体为：

(1)第一放电信号经同轴电缆6引出后经过滤波器12进行滤波，将频率低于预设范围的信号滤掉，获取滤波后第一放电信号；

其中，预设频率范围为小于1MHz和大于30MHz。

(2)放大器13对滤波后第一放电信号进行放大，获取放大后第一放电信号；

其中，本发明实施例以放大器13的放大倍数为30dB为例进行说明，具体实现时，根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例对此不做限制。

(3)电光转换器14将放大后第一放电信号转换为光信号，通过光纤将光信号传输到监控中心15；

(4)监控中心15接收光信号，并经光电转换器16将光信号转换为第二放电信号；

(5)采集卡17对第二放电信号进行采集，获取第三放电信号；

其中，采集卡17采集的频率通常为100MKz，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

106：监控中心15对第三放电信号进行处理，统计多个连续工频周波中第三放电信号的相角、幅值以及放电次数，并构建

放电谱图；

其中，参见图6，为第三局放电信号发生时所对应的工频周波相角，q为放电量大小(mV)，n为放电次数。

107：判断第三放电信号的相角是否同时满足180度特征及信号幅值大于300mV，如果是，执行步骤108；如果否，执行步骤109；

其中，180度特征具体为第三放电信号的相角在0-90°和180-270°之间。

108：第三放电信号为局部放电信号，观察第三放电信号的发展情况，流程结束；

参见表1，当监测到的第三放电信号的相角在0-90°和180-270°时，即

放电谱图具有明显180度特征，认为第三放电信号为局部放电信号，应引起注意，观察其发展情况，必要时停电检修。

表1

109：判断第三放电信号的幅值是否不满足180度特征及信号幅值在100mV-300mV之间，如果是，执行步骤110；如果否，执行步骤111；

110：缩短对高压XLPE电缆9的监测周期，流程结束；

缩短对高压XLPE电缆9的监测周期，对于发展较快的异常应给予足够的重视。

111：高压XLPE电缆9工作正常，流程结束。

综上所述，本发明实施例提供了一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，与电感耦合传感器法和外置式电容耦合传感器相比，本发明实施例所提供的监测方法具有较高的抗干扰性能，由于高压XLPE电缆附件内的屏蔽效应可以消除大部分干扰，大大提高检测可靠性，适用于工程现场测试；本发明实施例中的内置式电容耦合传感器安装不破坏高压XLPE电缆附件本身绝缘结构，不会对高压XLPE电缆运行造成危害，并且不受高压XLPE电缆运行环境的影响；内置式电容耦合传感器灵敏度高，对于监测微小局放信号敏感；该方法安装简单，校准方便，利于推广。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(6)所述监控中心对所述第三放电信号进行处理，统计多个连续工频周波中所述第三放电信号的相角、幅值以及放电次数，并构建放电谱图，其中，为所述第三放电信号发生时所对应的工频周波相角，q为放电量大小，n为放电次数；

(10)缩短对所述高压XLPE电缆的监测周期，流程结束；

(11)所述高压XLPE电缆工作正常，流程结束。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，其特征在于，所述内置式电容耦合传感器具体为：

3.根据权利要求1所述的一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，其特征在于，所述测试信号为方波信号。

4.根据权利要求1所述的一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，其特征在于，所述第一放电信号经所述同轴电缆引出后经过所述滤波器、所述放大器、所述电光转换器、监控中心、光电转换器和采集卡的处理，获取第三放电信号具体为：

5.根据权利要求1所述的一种用于高压XLPE电缆的在线监测方法，其特征在于，所述180度特征具体为所述第三放电信号的相角在0-90°和180-270°之间。