CN103207355B - 电缆局部放电信号检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆局部放电信号检测系统及方法，该系统包括：高压电抗器单元(1)，与待检测的电缆(2)串联组成LC回路；电源控制主机(3)，用于输出频率可调节的正弦电压；变压器及分压器单元(4)，与LC回路并联，用于当正弦电压的频率调节到LC回路的谐振频率时，将待检测的电缆(2)的电压升高至预先设定的试验电压；局部放电检测阻抗传感器(5)，与待检测的电缆(2)并联，用于在待检测的电缆(2)的电压升高至预先设定的试验电压的情况下，检测待检测的电缆(2)的局部放电信号。本发明的电源可以做到重量很轻、体积很小，方便用户的现场使用，还可以保证局部放电信号检测结果准确、可靠。

Description

电缆局部放电信号检测系统及方法

技术领域

本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种电缆局部放电信号检测系统及方法。

背景技术

近十年来，我国城市电网中大量采用XLPE电力电缆输配电。交联电缆在当前中国乃至世界的电力系统中有着至关重要的地位，成为城市内传输电力的主导产品。当它使用到一定年限后局部放电(简称局放)继续发展到一定程度导致绝缘击穿而造成电网严重事故。因此，对交联聚乙烯电缆绝缘缺陷局部放电检测方法的研究就显得尤为迫切，及时、准确地检测到电缆绝缘隐患，就可以及时采取必要的应对措施，减少突发事故等带来的经济损失具有十分重要的现实意义。

局部放电是电力电缆运行中的一个较大的安全隐患，是电缆绝缘劣化的征兆，也是造成绝缘劣化的重要原因之一。因此对电力电缆进行局部放电检测和定位研究有着重要的意义和经济价值。IEC及世界各国都制定了相关的局部放电测试标准，通过对局部放电的检测及时发现绝缘系统中的薄弱环节，找出故障原因，保证电力电缆质量，保障电力系统安全可靠运行。

相关技术中，采用工频电压进行电缆局放检测，但是，其检测设备体积大、设备笨重，不易现场检测电缆局放。

发明内容

本发明提供了一种电缆局部放电信号检测系统及方法，以至少解决相关技术中，采用工频电压进行电缆局放检测，其检测设备体积大、设备笨重，不易现场检测电缆局放的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种电缆局部放电信号检测系统，包括：高压电抗器单元，与待检测的电缆串联组成LC回路；电源控制主机，用于输出频率可调节的正弦电压；变压器及分压器单元，与LC回路并联，用于当正弦电压的频率调节到LC回路的谐振频率时，将待检测的电缆的电压升高至预先设定的试验电压；局部放电检测阻抗传感器，与待检测的电缆并联，用于在待检测的电缆的电压升高至预先设定的试验电压的情况下，检测待检测的电缆的局部放电信号。

优选地，上述系统还包括：内置式信号采集及调理单元，用于根据来自电源控制主机的控制指令，控制变压器及分压器单元执行将待检测的电缆的电压升高至预先设定的试验电压的操作。

优选地，变压器及分压器单元包括：分压器单元，与待检测的电缆并联，用于检测待检测的电缆的电压；传递单元，用于将检测的电压传递给电源控制主机。

优选地，上述系统还包括：内置式信号采集及调理单元，用于根据来自电源控制主机的控制指令，控制分压器单元执行检测待检测的电缆的电压的操作，并控制传递单元执行将检测的电压传递给电源控制主机的操作。

优选地，变压器及分压器单元是无局部放电信号的设备。

优选地，高压电抗器单元是辐射型的铁芯电抗器。

根据本发明的另一方面，提供了一种电缆局部放电信号检测方法，包括：调节电源控制主机输出的正弦电压的频率；当正弦电压的频率调节到由高压电抗器单元与待检测的电缆串联组成的LC回路的谐振频率时，变压器及分压器单元将待检测的电缆的电压升高至预先设定的试验电压；在电源控制主机输出的正弦电压升压至预先设定的试验电压的情况下，局放检测阻抗传感器检测待检测的电缆的局部放电信号。

优选地，在变压器及分压器单元将待检测的电缆的电压升高至预先设定的试验电压之前，上述方法还包括：内置式信号采集及调理单元根据来自电源控制主机的控制指令，控制变压器及分压器单元执行将待检测的电缆的电压升高至预先设定的试验电压的操作。

优选地，在调节电源控制主机输出的正弦电压的频率之后，上述方法还包括：当正弦电压的频率调节到LC回路的谐振频率时，变压器及分压器单元中的分压器单元检测待检测的电缆的电压，变压器及分压器单元中的传递单元将检测的电压传递给电源控制主机。

优选地，在分压器单元检测待检测的电缆的电压，传递单元将检测的电压传递给电源控制主机之前，上述方法还包括：内置式信号采集及调理单元根据来自电源控制主机的控制指令，控制分压器单元执行检测待检测的电缆的电压的操作，并控制传递单元执行将检测的电压传递给电源控制主机的操作。

本发明基于串联谐振原理，电源可以做到重量很轻、体积很小，方便用户的现场使用。另外，检测阻抗能对试验电压的工频及其谐振的低频信号予以抑制或滤除，可以保证待检测的电缆的局部放电信号检测结果准确、可靠。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的电缆局部放电信号检测系统的结构示意图；

图2是根据本发明优选实施例的电缆局部放电信号检测系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的电缆局部放电信号检测方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

相关技术中，采用工频电压进行电缆局放检测，其检测设备体积大、设备笨重，不易现场检测电缆局放。为此，本发明提供了一种电缆局部放电信号检测系统，图1是根据本发明实施例的电缆局部放电信号检测系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括高压电抗器单元1、待检测的电缆2、电源控制主机3、变压器及分压器单元4和局部放电检测阻抗传感器5。下面对其结构进行详细介绍。

高压电抗器单元1，与待检测的电缆2串联组成LC回路；电源控制主机3，用于输出频率可调节的正弦电压；变压器及分压器单元4，与LC回路并联，用于当正弦电压的频率调节到LC回路的谐振频率时，将待检测的电缆2的电压升高至预先设定的试验电压；局部放电检测阻抗传感器5，与待检测的电缆2并联，用于在待检测的电缆2的电压升高至预先设定的试验电压的情况下，检测待检测的电缆2的局部放电信号。

具体地，电源控制主机3通过输入220V交流电压经整流器转换为直流电压，再经逆变器将直流电压转换为频率、幅值可调节的交流电压。逆变过程的控制以及试验电压测控、试验参数显示、外部输入指令接收和各种保护动作执行均由电源控制主机3内的数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，简称为DSP)来控制完成。另外，本发明利用电源低压侧的IGBT短路变压器一次侧，等效在变压器高压侧短路高压电子开关，使系统产生阻尼振荡波，解决了高压电子开关的问题。

由于局放波形复杂多变，极易被背景噪声和外界电磁干扰噪声淹没，所以为了有效提取不失真的局部放电信号，本发明提供的耦合单元(检测阻抗)灵敏度高、频带宽。局部放电检测阻抗传感器5是电缆局放检测专用高频带传感器，其主要作用是能真实有效地耦合到局部放电信号，对试验电压的工频及其谐振的低频信号则予以抑制或滤除。检测阻抗是连接待检测的电缆2与电源系统主体部分的一个关键部件，局部放电检测阻抗传感器5能够很灵敏地检测到待检测的电缆2上的局放原波信号和反射波信号，方便系统的故障定位。

本发明基于串联谐振原理，电源可以做到重量很轻、体积很小，方便用户的现场使用。另外，检测阻抗能对试验电压的工频及其谐振的低频信号予以抑制或滤除，可以保证待检测的电缆2的局部放电信号检测结果准确、可靠。

图2是根据本发明优选实施例的电缆局部放电信号检测系统的结构示意图一，如图2所示，上述系统还包括：内置式信号采集及调理单元6，用于根据来自电源控制主机3的控制指令，控制变压器及分压器单元4执行将待检测的电缆2的电压升高至预先设定的试验电压的操作。

具体地，内置式信号采集及调理单元6包含一台内置式计算机，内置式计算机与信号采集卡及信号调理、放大器控制相连，电源控制主机3中的笔记本通过无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork，简称为WLAN)给内置式计算机发送命令，内置式计算机根据接收到的指令进行放大器控制、信号采集并将采集的数据压缩后传输给电源控制主机3中的笔记本，系统经过数据解压后进行分析处理。

本优选实施例中，电源控制主机3发送命令给内置式信号采集及调理单元6，从而控制变压器及分压器单元4执行变压操作，其实现方式简便、可靠。

具体地，上述系统中的变压器及分压器单元4包括：分压器单元41，与待检测的电缆2并联，用于检测待检测的电缆2的电压；传递单元42，连接至分压器单元41，用于将分压器单元41检测的电压传递给电源控制主机3。本优选实施例中，基于串联谐振原理，电源可以做到重量很轻、体积很小，方便用户的现场使用。

进而，对应于上述变压器及分压器单元4的具体结构，内置式信号采集及调理单元6，用于根据来自电源控制主机3的控制指令，控制分压器单元41执行检测待检测的电缆2的电压的操作，并控制传递单元42执行将检测的电压传递给电源控制主机3的操作。本优选实施例中，通过内置式信号采集及调理单元6控制分压器单元41执行检测电压的操作，控制传递单元42执行传递检测的电压给电源控制主机3的操作，其实现方式简便、可靠。

优选地，变压器及分压器单元4是无局部放电信号的设备。具体而言，变压器及分压器单元4的励磁变压器和分压器单元都为无局放设备，电源控制主机3将输入的220V交流电压转换为频率可调的正弦信号，再通过变压器升压到系统设定的试验电压。分压器为无局放电容串联而成，将待检测的电缆2上的实时电压传递给电源控制主机3，电源控制主机3通过采集分压器输出的模拟信号判断待检测的电缆2上所加载的电压是否达到预设电压值。本优选实施例中，变压器及分压器单元4是无局部放电信号的设备，可以避免对待检测的电缆2造成干扰，从而保证待检测的电缆2的局部放电信号检测结果准确、可靠。

优选地，高压电抗器单元1是辐射型的铁芯电抗器。依据Q＝wL/R来看，要提高Q值，就必须提高L，或降低R。而要提高电感L，电阻R必然也随之增加，这是一对矛盾。本优选实施例中，采用高Q值、低阻值的辐射型的铁芯电抗器，通过对其磁路的改善，降低损耗，使Q值很高。

从上述可以看出，本发明基于串联谐振原理，具体为：高压电抗器单元1与待检测的电缆2串联组成LC回路，系统通过电源控制主机3输出正弦电压再经变压器升压。当高压电抗器单元1与待检测的电缆2组成的LC回路达到谐振时，系统升压至初始设定的电压。高压电抗器的品质因数越高，系统升压越快越简单。

本发明实施例中以待检测的电缆2为测试对象，通过电缆局部放电信号检测系统对该待检测的电缆进行谐振升压，达到预设电压时，可选择试验模式，进行振荡波局放试验，振荡波产生后，系统采集原始数据，分析待检测的电缆2的局放类型和计算故障位置，找出电缆的故障点。需要说明的是，本系统还可以对其他的容性试品进行振荡波局放试验，判断设备的绝缘状态。

另外，本发明系统中电源控制主机3装载有振荡波检测系统(OscillatingWaveTestSystem，简称为OWTS)，电缆现场脉冲宽度(PulseDuration，简称为PD)检测及故障定位系统软件，采用图形化的编程语言LabVIEW作为开发平台。与其他语言相比，LabVIEW是一种真正意义上的可视化图形编程语言，而且具有开发难度低、开发周期短、形式比较灵活等特点。系统分为参数设置模块、信号采集模块、数据分析及谱图显示、数据存储等功能。系统软件在以前的基础上增加了PD椭圆谱图、放电次数与故障位置谱图、简单PD信号类型判断、相位谱图。通过大量的模型试验和数据分析，本系统能够完成多种谱图显示和PD类型的模式识别，增强判断局放信号的依据。

电源控制主机3装载的软件分析功能具体如下：首先打开数据分析模块，按需求选择要查询线路电缆生成的数据文件进行分析，软件后台会对数据进行分析处理计算，然后绘制出二维谱图(Q-φ，N-L，Q-L)、椭圆谱图(Q-φ)，谱图包含放电幅值(Qm)，相位，次数，故障位置等参数；这些参数直接反映出局部放电信号的能量强度、以及对应的故障位置。根据谱图的特征判断局部放电类型，谱图特征只需要简单的学习就可掌握，不需要专业的人员判断。打开谱图查询模块，按条件选择查看某个试品在不同电压下，局放的故障谱图，从故障谱图的局放值大小、密集度、放电次数等综合判断可以确定确切的故障位置。系统可以根据需求生成相应的谱图数据报表，方便存储、打印。

由上述，本发明基于变频谐振的阻尼振荡波产生的原理，在对电缆进行交流耐压后再进行局放检测，既省时又节省资源，并且可以对电缆的绝缘状态做出更全面的评估。由于测试过程没有直流加压，在交流电压下进行局放的测量，和电缆的运行电压一致，不会对电缆造成损伤，并且测量数据的可信度高；由于不受开关器件耐压的限制，试验电压可以做得很高，理论上讲，目前电力系统所有电压等级都适用。另外该系统不仅能测量局部放电，还能准确定位缺陷点的位置，为更准确地判断电缆及其接头绝缘状况提供参考依据。本发明采用串联谐振的原理，电源可以做到重量很轻、体积很小，方便用户的现场使用，另外，本发明不但可以做电缆振荡波局放试验，也可以现场完成电缆试品的耐压试验，一举两得，节约成本。

本发明实施例提供了一种电缆局部放电信号检测方法，该电缆局部放电信号检测方法是基于上述电缆局部放电信号检测系统实现的。图3是根据本发明实施例的电缆局部放电信号检测方法的流程图，如图3所示，包括如下的步骤S302至步骤S306。

步骤S302，调节电源控制主机3输出的正弦电压的频率。

步骤S304，当正弦电压的频率调节到由高压电抗器单元1与待检测的电缆2串联组成的LC回路的谐振频率时，变压器及分压器单元4将待检测的电缆2的电压升高至预先设定的试验电压。

步骤S306，在电源控制主机3输出的正弦电压升压至预先设定的试验电压的情况下，局放检测阻抗传感器5检测待检测的电缆2的局部放电信号。

优选地，在步骤S304之前，上述方法还包括：内置式信号采集及调理单元6根据来自电源控制主机3的控制指令，控制变压器及分压器单元4执行将待检测的电缆2的电压升高至预先设定的试验电压的操作。

优选地，在步骤S302之后，上述方法还包括：当正弦电压的频率调节到LC回路的谐振频率时，变压器及分压器单元4中的分压器单元41检测待检测的电缆2的电压，变压器及分压器单元4中的传递单元42将检测的电压传递给电源控制主机3。

优选地，在分压器单元41检测待检测的电缆2的电压，传递单元42将检测的电压传递给电源控制主机3之前，上述方法还包括：内置式信号采集及调理单元6根据来自电源控制主机3的控制指令，控制分压器单元41执行检测待检测的电缆2的电压的操作，并控制传递单元42执行将检测的电压传递给电源控制主机3的操作。

综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种电缆局部放电信号检测系统及方法。本发明基于串联谐振原理，电源可以做到重量很轻、体积很小，方便用户的现场使用。另外，检测阻抗能对试验电压的工频及其谐振的低频信号予以抑制或滤除，可以保证待检测的电缆的局部放电信号检测结果准确、可靠。另外，该系统能够现场对电缆进行局放检测和故障定位，并且能够对电缆进行交流耐压试验，检测电缆的内部绝缘和耐压状况，具有抗干扰效果好，安全性高，方便易用的特点。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种电缆局部放电信号检测系统，其特征在于包括：

高压电抗器单元(1)，与待检测的电缆(2)串联组成LC回路；

电源控制主机(3)，用于输出频率可调节的正弦电压；

变压器及分压器单元(4)，与所述LC回路并联，用于当所述正弦电压的频率调节到所述LC回路的谐振频率时，将所述待检测的电缆(2)的电压升高至预先设定的试验电压；

局部放电检测阻抗传感器(5)，与所述待检测的电缆(2)并联，用于在所述待检测的电缆(2)的电压升高至预先设定的试验电压的情况下，检测所述待检测的电缆(2)的局部放电信号，

其中，所述系统还包括：内置式信号采集及调理单元(6)，用于根据来自所述电源控制主机(3)的控制指令，控制所述变压器及分压器单元(4)执行将所述待检测的电缆(2)的电压升高至预先设定的试验电压的操作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变压器及分压器单元(4)包括：

分压器单元(41)，与所述待检测的电缆(2)并联，用于检测所述待检测的电缆(2)的电压；

传递单元(42)，用于将所述检测的电压传递给所述电源控制主机(3)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：内置式信号采集及调理单元(6)，用于根据来自所述电源控制主机(3)的控制指令，控制所述分压器单元(41)执行检测所述待检测的电缆(2)的电压的操作，并控制传递单元(42)执行将所述检测的电压传递给所述电源控制主机(3)的操作。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述变压器及分压器单元(4)是无局部放电信号的设备。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述高压电抗器单元(1)是辐射型的铁芯电抗器。

6.一种电缆局部放电信号检测方法，其特征在于包括：

调节电源控制主机(3)输出的正弦电压的频率；

当所述正弦电压的频率调节到由高压电抗器单元(1)与待检测的电缆(2)串联组成的LC回路的谐振频率时，变压器及分压器单元(4)将所述待检测的电缆(2)的电压升高至预先设定的试验电压；

在所述电源控制主机（3）输出的正弦电压升压至预先设定的试验电压的情况下，局放检测阻抗传感器(5)检测所述待检测的电缆(2)的局部放电信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在变压器及分压器单元(4)将所述待检测的电缆(2)的电压升高至预先设定的试验电压之前，还包括：内置式信号采集及调理单元(6)根据来自所述电源控制主机(3)的控制指令，控制所述变压器及分压器单元(4)执行将所述待检测的电缆(2)的电压升高至预先设定的试验电压的操作。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在调节电源控制主机(3)输出的正弦电压的频率之后，还包括：当所述正弦电压的频率调节到所述LC回路的谐振频率时，变压器及分压器单元(4)中的分压器单元(41)检测所述待检测的电缆(2)的电压，变压器及分压器单元(4)中的传递单元(42)将所述检测的电压传递给所述电源控制主机(3)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述分压器单元(41)检测所述待检测的电缆(2)的电压，所述传递单元(42)将所述检测的电压传递给所述电源控制主机(3)之前，还包括：内置式信号采集及调理单元(6)根据来自所述电源控制主机(3)的控制指令，控制所述分压器单元(41)执行检测所述待检测的电缆(2)的电压的操作，并控制传递单元(42)执行将所述检测的电压传递给所述电源控制主机(3)的操作。