CN103344889B - 一种用电容跳线来测量电缆局部放电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用电容跳线来测量电缆局部放电的方法，包括步骤(a)定位待测电缆的电缆头的位置以及该电缆头附近的交叉互联箱的位置；(b)将导电夹分别夹在所述交叉互联箱内待检测的一相的电缆头两端屏蔽线分开的位置，获取待测量的屏蔽线信号；(c)将所获取的屏蔽线信号构成同轴电缆，并将跳线电容桥接在所述交叉互联箱内待测量一相的所述同轴电缆之间；(d)将连接电容跳线的信号线连接到宽频带电流互感器，作为所述宽频带电流互感器的一次侧；(e)将经过所述宽频带电流互感器耦合后的信号输入到放大器进行放大；和(f)将经所述放大器放大后的信号通过检测仪器读取，以判定所述待测电缆是否发生局部放电。

Description

一种用电容跳线来测量电缆局部放电的方法

技术领域

本发明涉及高压电缆长距离输电。具体而言，本发明涉及一种测量高压电缆长距离输电过程中电缆局部放电的方法。

背景技术

随着城镇化和工业化的不断深入，高压电缆的应用越来越广泛。电缆导体由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。因此在常用的电缆结构上增加一层所谓“屏蔽层”，实质上是一种改善电场分布的措施。具体地，在电缆导体的表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电，这一层屏蔽为内屏蔽层；同样在绝缘表面和护套接触处也可能存在间隙，是引起局部放电的因素，故在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电，这一层屏蔽为外屏蔽层；没有金属护套的挤包绝缘电缆，除半导电屏蔽层外，还要增加用铜带或铜丝绕包的金属屏蔽层，这个金属屏蔽层的作用，在正常运行时通过电容电流；当系统发生短路时，作为短路电流的通道，同时也起到屏蔽电场的作用。为了解决高压电缆长距离输电过程中屏蔽线上不断增大的感应电压，现在高压电缆在架设的过程中都采用交叉互联的结构。但是在引入交叉互联箱以后，虽然有助于提高电缆运行的可靠性，但是却给电缆的局部放电检测造成了极大的麻烦。

在以往的检测技术中，通常利用电流互感器在电缆的接地线处获取局部放电的脉冲信号。但是在采用交叉互联技术以后，使得原有的检测技术变得难以实现。主要的难点在于引入交叉互联箱以后，局部放电信号在传播的过程中流经不同的介质。具体说来当信号沿着接地线进入另一个同轴线结构的波导（即图2中A1与A2组成的同轴线）中就发生了变化。因为脉冲波形传播到不同介质的界面处，电磁波将发生反射和折射。在界面上入射波、反射波和投射波之间的关系与界面两侧波导的特征阻抗有关所以难以检测到有效的放电信号。

针对这个问题目前仍然没有很有效的检测手段。有文献资料阐述了一种直接将高频电流互感器套在电缆头两端的屏蔽线出线上进行检测的方法。这种方法在理论上使得局部放电信号确实通过了屏蔽线，但是由于脉冲信号在到达交叉互联箱以后遇到阻抗不匹配导致放电信号反射，因此检测到的是由入射波与反射波相互叠加的放电信号。另一方面屏蔽线在交叉互联箱内只是实现了三相间放电信号的交叉并没有与地相连，使得放电信号没有构成完整的流通回路。因此在这种情况下就更加难以检测到放电信号。

因此，需要一种在使用交叉互联结构的高压电缆中进行局部放电检测的方法，可以有效地检测到局部放电信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用电容跳线来测量电缆局部放电的方法，包括以下步骤：(a)定位待测电缆的电缆头的位置以及该电缆头附近的交叉互联箱的位置；(b)将导电夹分别夹在所述交叉互联箱内待检测的一相的电缆头两端屏蔽线分开的位置，获取待测量的屏蔽线信号；(c)将所获取的屏蔽线信号构成同轴电缆，并将跳线电容桥接在所述交叉互联箱内待测量一相的所述同轴电缆之间；(d)将连接电容跳线的信号线连接到宽频带电流互感器，作为所述宽频带电流互感器的一次侧；(e)将经过所述宽频带电流互感器耦合后的信号输入到放大器进行放大；和(f)将经所述放大器放大后的信号通过检测仪器读取，以判定所述待测电缆是否发生局部放电。

优选地，所述宽频带电流互感器的一次侧通过连接匹配阻抗与所述同轴电缆相连。

优选地，所述电容跳线的电容值为0.1nF到100nF之间。

优选地，所述匹配阻抗为50欧姆。

优选地，所述电缆为110kV及以上。

优选地，所述放大器为宽频带高增益放大器。

优选地，所述检测仪器为局部放电仪。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用电容跳线来测量电缆局部放电的系统，所述系统包括电容跳线、与电容跳线匹配的阻抗、宽频带电流互感器、放大器和检测仪器，其中所述电容跳线桥接在交叉互联箱内待测量一相的所述同轴电缆之间，以便为所述放电的脉冲信号构造放电通道，其中所述同轴电缆是由导电夹分别在所述交叉互联箱内的待检测的一相的电缆头两端屏蔽线分开的位置上获取的待测量屏蔽线信号构成的；所述阻抗连接在所述同轴电缆和所述宽频带电流互感器的一次侧之间；所述宽频带电流互感器的一次侧连接电容跳线，用以对所述放电的脉冲信号进行电磁耦合；所述放大器用于对经过所述宽频带电流互感器耦合后的信号进行放大；所述检测仪器用于对经所述放大器放大后的信号进行读取检测，以判定所述待测电缆是否发生局部放电。

优选地，所述电容跳线的电容值为0.1nF到100nF之间。

优选地，所述放大器为宽频带高增益放大器。

根据本发明构造的局部放电脉冲信号的放电回路，可以显著增加检测回路中局部放电信号的能量，大大提高了检测灵敏度。而且由于数据采集的实时性和有效性，能够及时地反映高压电缆的绝缘损伤情况，提高系统运行的可靠性。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

结合附图详细描述了本发明的上述和其他方面，附图中：

图1为采用应用本发明的局部放电检测方法的三相三线制的电缆敷设方案。

图2示出了将应用本发明的局部放电检测方法的三相电缆引入交叉互联箱的结构示意图。

图3示出了根据本发明的测量局部放电脉冲信号的放电回路系统示意图。

图4(a)-(c)示出了利用本发明的方法对110kV电缆的交叉互联进行检测的试验结果。

图5(a)-(c)示出了对检测到的放电信号进行进一步处理的谱图。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

本发明的检测方法主要针对高压电缆现场配备交叉互联箱的情况，解决难以检测到放电信号的问题。具体要实现三个方面的目的，首先是为局部放电的脉冲信号设置一个通路，这样可以大大增强放电电流；其次在为局部放电信号搭建一个通路的同时不能改变原有高压电缆的线路结构，也就是要保证在人为设置的这个放电通路中不应该有工频感应电流流过；最后要利用这个回路在来实现局部放电的测量。根据本发明的实现对局部放电的测量方法基于宽频带传感器系统来实现对这种高压电缆的带电检修。

图1示出了应用本发明的局部放电测量方法的高压输电电缆所采用三相三线制的敷设方案。根据本发明的高压输电电缆的输电电压通常为110KV及以上。如图1所示，三相分为A相、B相和C相，每相电缆由内到外分别是导电层、绝缘层、屏蔽层和外皮。为了清楚简明起见，图1中仅示出了作为导电层的芯线110a、110b和110c以及屏蔽线111a、111b和111c。如图1所示，以A相为示例，屏蔽线111a在电缆的首端引出接地线112，而在每一个电缆头113a两侧分别引出，即图1中的A1和A2。而后将A1、A2线制作成同轴电缆的样式接入交叉互联箱（见图2）。

图2示出了将应用本发明的局部放电检测方法的三相电缆引入交叉互联箱的结构示意图。如图2所示，每一相的屏蔽线220a、220b和220c构成的同轴电缆，即A1和A2、B1和B2以及C1和C2,以如图所示的方式接入到交叉互联箱200中形成内导体，即A相的A1连接到B相的B2,B相的B1连接到C相的C2，C相的C1连接到A相的A2,然后各自通过避雷针210接地。本发明的局部放电检测方法主要针对于发生于绝缘层中的高压电缆的局部放电，而且在绝缘层中发生放电以后会在屏蔽层220a、220b和220c中产生放电脉冲信号。放电信号会沿着屏蔽层220a、220b和220c传播至交叉互联箱200。由于交叉互联箱200内导体，即图2中的a1-b段、b1-c段和c1-a段，分别与屏蔽线220a、220b和220c的阻抗并不匹配，这样就会导致局部放电信号在传播到a1、b1或c1的时候反射回去,导致无法检测到局部放电。

为了解决上述无法检测到局部放电的问题，本发明提出了一种检测局部放电的测量系统。图3示出了根据本发明的检测局部放电的测量系统。根据本发明的测量系统300利用了电容跳线作为传感器进行测量，从而在发生阻抗不匹配之前构建出局部放电的放电通路，令放电信号沿着根据本发明设计的放电通路传播以便能够进行检测，同时不允许工频感应电流流入该通路。

如图3所示，根据本发明的检测局部放电的测量系统300包括电容跳线301、与电容跳线301匹配的阻抗302、宽频带电流互感器303、放大器304和检测仪器305。在测量局部放电时，利用导电夹307a和307b在交叉互联箱306内截取要测量的一相的信号。这里以A相为例，导电夹307a和307b分别截取A相的屏蔽线构成的同轴电缆A2和A1在介入到交叉互联箱306中B相和C相之前的信号。然后将所截取的屏蔽线信号构成同轴电缆308，连接到根据本发明的检测局部放电的测量系统300中。

电容跳线301的目的是为了避免放电脉冲信号在交叉互联箱306内发生由阻抗不匹配造成的能量损失。如图3所示，将跳线电容301桥接在交叉互联箱306内待测量一相的屏蔽线同轴电缆之间。电容跳线301实现的功能就是为局部放电的脉冲信号构造一个放电通道，同时隔绝了屏蔽线上流过的工频感应电流。为了达到这个目的，使用的电容的大小须在纳法（nF）数量级上，一般为0.1nF到100nF之间，优选为30nF的电容。，而且优选地，为了减少电容连接线的电感采用多个电容并联的连接方式，例如，将三个10nF的电容进行并联，从而使得改回路对工频信号的阻抗达到兆欧级别，而对高频局部放电脉冲信号的阻抗仅有几个欧姆。

在构造放电脉冲信号的通流回路之后，测量在该回路中的电信号。如图3所示，利用宽频带电流互感器303，采用了电磁耦合技术来测量放电电流，而且传感器与检测仪器与检测人员完全在电气上隔离，保证了检测的安全性。作为本发明的一个优选实施例，宽频带电流互感器303采用NXO-100H37型环形磁芯材料，其外径37mm，内径23mm，高7mm，相对磁导率为100。宽频带电流互感器303的一次侧为两匝，二次侧为20匝。获取局部放电信号的电容跳线301为宽频带电流互感器303的一次侧。优选地，可以将电容跳线301与宽频带电流互感器303一次侧绕组通过焊接的方式连接固定。为了实现阻抗匹配，优选地，宽频带电流互感器303的一次绕组的另一端可以通过连接匹配阻抗302与同轴电缆308相连。优选地，匹配阻抗302的阻值约为50欧姆。

经过宽频带电流互感器303耦合后的信号输入到放大器304中。优选地，由于宽频带电流互感器303的灵敏度比较低，为了能够尽量准确地获取放电量，优选地，放大器304可采用宽频带高增益放大器。更优选地，可采用同相放大电路，运放芯片采用德州仪器的OPA656U芯片，其单位增益带宽为500MHz，工作电压在正负5伏。经放大器304放大后的信号可通过检测仪器305，例如局部放电仪进行检测。

利用上述如图3所示的检测局部放电的测量系统300可以对高压电缆中的局部放电进行检测。具体方法如下：

首先，由于高压电缆通常都埋在地底下，因此在检测的时候先根据电缆安装图纸定位到待测电缆的电缆头的位置，然后定位并打开该电缆头附近的交叉互联箱对放电信号进行检测。

然后，将两个导电夹夹在交叉互联箱内待检测的一相的电缆头两端屏蔽线分开的位置。导电夹的导电层的波阻抗选择为尽量与屏蔽线的波阻抗相近。此时若高压电缆中发生局部放电，其放电脉冲就会沿着屏蔽线传播流入交叉互联箱内，再从电容跳线处流入根据本发明的测量系统中。放电脉冲被宽频带电流互感器感测到，并转化为电压信号，然后经放大器放大以后就可以用局部放电仪进行检测了。

通过局部放电仪检测出的三相的放电相位谱图如图4所示。图4所示是在现场对110kV电缆的交叉互联进行检测的试验结果。A、B、C三相的检测到的放电相位谱图如图4（a）、4（b）和4（c）分别表示。从图4中可以看到A相没有明显的放电信息，C相中的放电点关于横坐标对称，可以判断是现场的干扰，而B相出现了比较明显的一个放电信号。初步判断是B相发生了放电，为了确定B相的放电情况，对检测到的B相放电信号进行进一步处理，处理谱图如图5(a)-(c)所示。其中图5(a)示出了绘制的B相放电信号的TF分离分类谱图，图5(b)和5(c)分别示出了分析放电脉冲信号的时域脉冲波形和频域脉冲波。

针对以上频谱信息可以做出相应的放电分析。从相位来看，B相放电主要为一、三象限分布。从TF分离分类谱图来看，B相信号中疑似放电信号的频率最高，只可能是从B相向其它两相传播。从时域脉冲波形的频谱分析来看，B相对应的高频分量也最为丰富。由此可判断放电应该发生于B相，经地线耦合到A、C两相。上述仅以测量B相的局部放电为例，可以理解的是，A相和C相的局部放电信号测量的方式是类似的，再次不赘述。

根据本发明的测量高压电缆局部放电的方法和系统的优点如下：

1、可以在屏蔽线与交叉互联箱内发生阻抗不匹配之前的位置上取信号，避免了放电信号发生反射。

2、在交叉互联箱处为局部放电脉冲信号搭接了一个流通回路，而从大大增强了局部放电信号。

3、使用电容跳线隔绝工频感应电流，确保测量不影响原有的电缆系统；但同时不阻碍高频局部放电信号。

4、放电通路中采用宽频带电流互感器，有效地保护了测量系统。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是显而易见的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种用电容跳线来测量电缆局部放电的方法，包括以下步骤：

(a)定位待测电缆的电缆头的位置以及该电缆头附近的交叉互联箱的位置；

(b)将导电夹分别夹在所述交叉互联箱内待检测的一相的电缆头两端屏蔽线分开的位置，获取待测量的屏蔽线信号；

(c)将所获取的屏蔽线信号构成同轴电缆，并将跳线电容桥接在所述交叉互联箱内待测量一相的所述同轴电缆之间；

(d)将连接电容跳线的信号线连接到宽频带电流互感器，作为所述宽频带电流互感器的一次侧；

(e)将经过所述宽频带电流互感器耦合后的信号输入到放大器进行放大；和

(f)将经所述放大器放大后的信号通过检测仪器读取，以判定所述待测电缆是否发生局部放电。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述宽频带电流互感器的一次侧通过连接匹配阻抗与所述同轴电缆相连。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述电容跳线的电容值为0.1nF到100nF之间。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述匹配阻抗为50欧姆。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述电缆为110kV及以上。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述放大器为宽频带高增益放大器。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述检测仪器为局部放电仪。

8.一种用电容跳线来测量电缆局部放电的系统，所述系统包括电容跳线、与电容跳线匹配的阻抗、宽频带电流互感器、放大器和检测仪器，其中：

所述电容跳线桥接在交叉互联箱内待测量一相的同轴电缆之间，以便为所述放电的脉冲信号构造放电通道，其中所述同轴电缆是由导电夹分别在所述交叉互联箱内的待检测的一相的电缆头两端屏蔽线分开的位置上获取的待测量屏蔽线信号构成的；

所述阻抗连接在所述同轴电缆和所述宽频带电流互感器的一次侧之间；

所述宽频带电流互感器的一次侧连接电容跳线，用以对所述放电的脉冲信号进行电磁耦合；

所述放大器用于对经过所述宽频带电流互感器耦合后的信号进行放大；

所述检测仪器用于对经所述放大器放大后的信号进行读取检测，以判定待测电缆是否发生局部放电。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述电容跳线的电容值为0.1nF到100nF之间。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述放大器为宽频带高增益放大器。