CN103048635A - 高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，该方法是在4种测评信噪比条件下，分别计算装置提取的模拟PD脉冲测量值与脉冲发生器输出的模拟PD脉冲值之间的误差ΔQ及误差率ΔQ/Q_S；最后将ΔQ/Q_S作为4种测评信噪比条件下装置抗干扰性能的量化评价指标。采用该方法可规范统一基于宽频带电磁耦合法的分布式PD在线监测装置的抗干扰性能评价方式方法，填补当前国内外高压电缆局部放电在线监测装置抗干扰性能评价方法缺失的现实问题。

Description

高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法

技术领域

本发明属于高电压试验设备及测量技术领域，涉及一种高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，适用于针对110（66）kV～500 kV电压等级交联聚乙烯电力电缆，采用宽频带电磁耦合法进行分布式局部放电在线监测的装置或设备。

背景技术

随着我国城市电网的快速发展与升级改造，交联聚乙烯（XLPE，以下简称交联）电缆作为电力电缆工程主流产品已经广泛应用于输配电线路中。近十年来，交联电缆的敷设回路长度以超过15%的年平均增长率稳步增长。高压、超高压交联电缆线路已成为我国电网的重要组成部分。相关研究表明，局部放电（Partial Discharge，以下简称PD）作为电缆线路早期绝缘故障的主要表现形式，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量。

电缆线路相比具有单元式结构特征的电力设备如变压器、互感器、环网柜等，其在长度上分布式特征显著。交联电缆线路的分布式参数传输线特性使其内部的PD信号沿线路传播时，幅值呈指数规律衰减，波形发生明显畸变，不再具有陡峭的上升沿及下降沿。研究表明，每km的局部放电信号幅值衰减率达90%，100pC的局部放电信号经过1km电缆的衰减后，其幅值在现场条件下从端头基本就测不到了。因此，基于集总参数模型的IEC60270标准所推荐的脉冲电流法不适用于现场长距离交联电缆线路的局部放电检测。

电网中高压交联电缆线路运行电压下采用分布式PD在线监测技术是国内外密切关注的技术热点与难点，实际应用中一般采用宽频带电磁耦合法，在电缆附件侧（主要是接头）的电缆本体金属套接地引出线或交叉互联线上卡装高频传感器（HFCT）来拾取PD信号，具有在运行工况下实时监测线路接头本身与两侧150~250m范围内电缆PD量值及其变化趋势的技术特点，较好地解决了长距离电缆线路PD信号远距离传播过度衰减不便检测的问题。

由于电缆线路运行现场条件复杂，各种电磁干扰现象严重，外界干扰或背景噪声往往比线路内部PD信号在幅值上高出几个数量级，通过耦合效应极易将微弱的PD信号淹没在其中，导致即使距离监测传感器很近的放电源产生的PD小信号也难以直接检测出。因此，抗干扰性被视为PD在线监测装置的核心技术指标之一，直接决定了装置在现场状态监测应用的有效性与适用性。

当前，国内市场上各类高压电缆局放在线监测装置品牌繁多，产品层出不穷，性能与效用高低有别，再加上相关的IEC62478标准尚在编制之中，没有标准方法规定如何评价判定监测装置的抗干扰性能，致使电力系统用户面对众多产品眼花缭乱，不知如何选取，“应配未配、配而无用”现象时有发生。

有鉴于此，本发明提出一种高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，以填补当前国内外高压电缆局部放电在线监测装置抗干扰性能评价方法缺失的现实问题，实现指导电力系统用户如何采购先进适用的监测装置，同时促进监测装置制造商优化提升产品质量与性能的目标。

发明内容

本发明的目的是填补当前国内外高压电缆局部放电在线监测装置抗干扰性能判定方法缺失的技术空白，提出一种高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，针对在110（66）kV～500 kV电压等级交联聚乙烯电力电缆线路上采用宽频带电磁耦合法进行分布式局部放电在线监测的装置或设备。

本发明的技术方案是：一种高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步骤，评价试验前，在屏蔽实验室内搭建1回长度为200m且一侧端头含绝缘接头的220kV真型交联电缆试品系统；

第二步骤，在试品系统中绝缘接头非端头侧安装1条非同轴结构的电缆金属套引出线，并将引出线接地；

第三步骤，将1支HFCT传感器卡装在接地引出线上，并通过同轴信号缆与接受测评的局部放电在线监测装置的相连；

第四步骤，根据试品系统的长度与结构尺寸计算其特征阻抗值，将输出幅值可调、上升沿时间为T_r、脉宽为T的脉冲发生器通过阻抗适配器和末端带双头铜夹的同轴信号缆与试品系统非接头侧端头的电缆断口相连接，其中同轴信号缆的芯线与电缆线芯相连，屏蔽线与电缆金属套相连；

第五步骤，采用脉冲发生器对装置从最小测量值到最大测量值范围进行全量程自校准，在关闭校准脉冲后记录装置自身的系统噪声最大值Q；

第六步骤，将电磁耦合传感器卡装在接地引出线上，且位于HFCT的上方，并通过高频信号缆与任意波函数发生器的输出通道相连接；

第七步骤，设置脉冲发生器输出幅值为Q_S的模拟PD脉冲，Q_S=10Q，设置任意波函数发生器输出幅值为Q_N的白噪声干扰信号，Q_N/Q_S定义为测评信噪比，其值取1、10、100与1000，使HFCT所测信号为模拟PD脉冲与干扰信号的混叠；

第八步骤，开启在线监测装置的全部干扰抑制功能，使其在4种测评信噪比条件下分别连续采集30S时长的数据，经数据分析处理后分别记录装置提取的模拟PD脉冲测量值Qs₁、Qs₂、Qs₃与Qs₄；

第九步骤，在4种测评信噪比条件下，分别计算装置提取的模拟PD脉冲测量值与脉冲发生器输出的模拟PD脉冲值之间的误差ΔQ及误差率ΔQ/Q_S，即Qs₁-Q_S、Qs₂-Q_S、Qs₃-Q_S、Qs₄-Q_S与（Qs₁-Q_S）/Q_S、（Qs₂-Q_S）/Q_S、（Qs₃-Q_S）/Q_S、（Qs₄-Q_S）/Q_S；

第十步骤，将ΔQ/Q_S作为4种测评信噪比条件下装置抗干扰性能的量化评价指标，ΔQ/Q_S越小，装置抗干扰性能越好；

第十一步骤，在同一试品系统上，设置任意波函数发生器分别输出窄带干扰信号、固定相位脉冲干扰信号与随机脉冲干扰信号，分别重复步骤七至十。

如上所述的高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，其特征在于：所述脉冲发生器的上升沿时间T_r≤5pC、脉宽T≤50pC，脉冲之间时间间隔为20mS。 

如上所述的高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，其特征在于：所述电磁耦合传感器的通频带宽为F，F≥60MHz，所述任意波函数发生器的频带宽度为M，M≥60MHz；最大波形长度为L，L≥64MB。

本发明的有益效果是：本发明提出一种高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，以填补当前国内外高压电缆局部放电在线监测装置抗干扰性能判定方法缺失的现实问题，适用于针对110（66）kV～500 kV电压等级交联聚乙烯电力电缆，采用宽频带电磁耦合法进行分布式局部放电在线监测的装置或设备。采用该方法可规范统一基于宽频带电磁耦合法的分布式PD在线监测装置的抗干扰性能评价方式方法，补充完善相关IEC62478标准，指导电力系统用户如何采购先进适用的PD在线监测装置，同时促进监测装置制造商优化提升产品质量与性能。

附图说明

图1为本发明的高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法示意图。

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。

图中标记说明，1-220kV交联电缆，2-220kV绝缘接头，3-电缆金属套接地引出线，4-HFCT传感器，5-同轴信号缆，6-PD在线监测装置，7-末端带双铜夹的同轴信号缆，8-阻抗适配器，9-同轴信号缆，10-脉冲发生器，11-电磁耦合传感器，12-高频信号缆，13-任意波函数发生器。

本发明实施例提供的高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，其具体实施方法是：

第一步骤，评价试验前，在屏蔽实验室内搭建1回长度为200m且一侧端头含绝缘接头的220kV真型交联电缆试品系统；

第二步骤，在试品系统中绝缘接头非端头侧安装1条非同轴结构的电缆金属套引出线，并将引出线接地；

第三步骤，将1支HFCT传感器卡装在接地引出线上，并通过同轴信号缆与接受测评的局部放电在线监测装置的相连；

第四步骤，根据试品系统的长度与结构尺寸计算其特征阻抗值，将输出幅值可调、上升沿时间为T_r、脉宽为T的脉冲发生器（T_r≤5pC、T≤50pC，脉冲之间时间间隔为20mS）通过同轴信号缆、阻抗适配器和末端带双铜夹的同轴信号缆与试品系统非接头侧端头的电缆断口相连接，其中同轴信号缆的芯线铜夹与电缆线芯相连，屏蔽线铜夹与电缆金属套相连；

第五步骤，采用脉冲发生器对装置从最小测量值到最大测量值范围进行全量程自校准，在关闭校准脉冲后记录装置自身的系统噪声最大值Q；

第六步骤，将电磁耦合传感器（通频带宽为F，F≥60MHz）卡装在接地引出线上，且位于HFCT的上方，并通过高频信号缆与任意波函数发生器的输出通道相连接（发生器的通频带宽为M，M≥60MHz；最大波形长度为L，L≥64MB）；

第七步骤，设置脉冲发生器输出幅值为Q_S的模拟PD脉冲（Q_S=10Q），设置任意波函数发生器输出幅值为Q_N的白噪声干扰信号（Q_N/Q_S定义为测评信噪比，其值取1、10、100与1000），使HFCT所测信号为模拟PD脉冲与干扰信号的混叠；

第八步骤，开启在线监测装置的全部干扰抑制功能，使其在4种测评信噪比条件下分别连续采集30S时长的数据，经数据分析处理后分别记录装置提取的模拟PD脉冲测量值Qs₁、Qs₂、Qs₃与Qs₄；

第九步骤，在4种测评信噪比条件下，分别计算装置提取的模拟PD脉冲测量值与脉冲发生器输出的模拟PD脉冲值之间的误差ΔQ及误差率ΔQ/Q_S，即Qs₁-Q_S、Qs₂-Q_S、Qs₃-Q_S、Qs₄-Q_S与（Qs₁-Q_S）/Q_S、（Qs₂-Q_S）/Q_S、（Qs₃-Q_S）/Q_S、（Qs₄-Q_S）/Q_S；

第十步骤，将ΔQ/Q_S作为4种测评信噪比条件下装置抗干扰性能的量化评价指标，ΔQ/Q_S越小，装置抗干扰性能越好；

第十一步骤，在同一试品系统上，设置任意波函数发生器分别输出窄带干扰信号、固定相位脉冲干扰信号与随机脉冲干扰信号，分别重复步骤七至十。

本实施例设置脉冲发生器输出幅值Q_S=10Q的模拟PD脉冲，在实际操作中，脉冲发生器输出幅值Q_S可根据装置自身的系统噪声Q最大值灵活调配，一般应该取Q_S值10或10以上为佳。

本发明提供的高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，与现有技术的主要区别在于：国内外现有的电缆局部放电测试系统检定方法仅适用于采用IEC60270所推荐的脉冲电流法离线PD检测设备，不适用于基于宽频带电磁耦合法的分布式PD在线监测装置。IEC62478标准虽提及可采用宽频带电磁耦合法进行电缆分布式PD在线监测，但标准本身仍处于编制之中，如何评价基于宽频带电磁耦合法的分布式PD在线监测装置的抗干扰性能一片空白，评价的方法及措施完全缺失。

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 (3)

1.一种高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步骤，评价试验前，在屏蔽实验室内搭建1回长度为200m且一侧端头含绝缘接头的220kV真型交联电缆试品系统；

第二步骤，在试品系统中绝缘接头非端头侧安装1条非同轴结构的电缆金属套引出线，并将引出线接地；

第三步骤，将1支HFCT传感器卡装在接地引出线上，并通过同轴信号缆与接受测评的局部放电在线监测装置的相连；

第四步骤，根据试品系统的长度与结构尺寸计算其特征阻抗值，将输出幅值可调、上升沿时间为T_r、脉宽为T的脉冲发生器通过阻抗适配器和末端带双头铜夹的同轴信号缆与试品系统非接头侧端头的电缆断口相连接，其中同轴信号缆的芯线与电缆线芯相连，屏蔽线与电缆金属套相连；

第五步骤，采用脉冲发生器对装置从最小测量值到最大测量值范围进行全量程自校准，在关闭校准脉冲后记录装置自身的系统噪声最大值Q；

第六步骤，将电磁耦合传感器卡装在接地引出线上，且位于HFCT的上方，并通过高频信号缆与任意波函数发生器的输出通道相连接；

第七步骤，设置脉冲发生器输出幅值为Q_S的模拟PD脉冲，Q_S=10Q，设置任意波函数发生器输出幅值为Q_N的白噪声干扰信号，Q_N/Q_S定义为测评信噪比，其值取1、10、100与1000，使HFCT所测信号为模拟PD脉冲与干扰信号的混叠；

第八步骤，开启在线监测装置的全部干扰抑制功能，使其在4种测评信噪比条件下分别连续采集30S时长的数据，经数据分析处理后分别记录装置提取的模拟PD脉冲测量值Qs₁、Qs₂、Qs₃与Qs₄；

第九步骤，在4种测评信噪比条件下，分别计算装置提取的模拟PD脉冲测量值与脉冲发生器输出的模拟PD脉冲值之间的误差ΔQ及误差率ΔQ/Q_S，即Qs₁-Q_S、Qs₂-Q_S、Qs₃-Q_S、Qs₄-Q_S与（Qs₁-Q_S）/Q_S、（Qs₂-Q_S）/Q_S、（Qs₃-Q_S）/Q_S、（Qs₄-Q_S）/Q_S；

第十步骤，将ΔQ/Q_S作为4种测评信噪比条件下装置抗干扰性能的量化评价指标，ΔQ/Q_S越小，装置抗干扰性能越好；

第十一步骤，在同一试品系统上，设置任意波函数发生器分别输出窄带干扰信号、固定相位脉冲干扰信号与随机脉冲干扰信号，分别重复步骤七至十。

2.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，其特征在于：所述脉冲发生器的上升沿时间T_r≤5pC、脉宽T≤50pC，脉冲之间时间间隔为20mS。

3.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线监测装置的抗干扰性能评价方法，其特征在于：所述电磁耦合传感器的通频带宽为F，F≥60MHz，所述任意波函数发生器的频带宽度为M，M≥60MHz；最大波形长度为L，L≥64MB。

Images