CN103558514B - 基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统与方法。该系统包括：主设备、从设备及分析子站，其中，与所述电力电缆的一端相连的振荡波电压发生模块和脉冲发生模块；所述主设备至少包含主设备局部放电采集模块；所述从设备至少包含从设备局部放电采集模块；所述分析子站利用所述电力电缆的长度及预先测定的局部放电传播速度对所述电力电缆的两端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时间基的双端信号，通过对所述双端局部放电信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达所述主设备与所述从设备的时间差，进而定位局部放电位置。采用本发明，可以便捷、低成本地对长、短电缆进行精确局部放电点定位。

Description

基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统与方法

技术领域

本发明涉及放电检测技术，特别是涉及基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统与方法。

背景技术

电力电缆作为重要的供电媒介，其安全、可靠性直接关系到电网的稳定运行。电缆的局部放电信号与其绝缘状态具有紧密的联系，因此已成为目前国内外权威机构一直推荐的评估电缆绝缘状态的最佳方法。

振荡波局部放电检测是目前应为最为广泛的一种局部放电测量与定位方法。该方法利用内置高压电抗器与被测电力电缆组成LC振荡回路产生阻尼振荡电压，激发电力电缆缺陷部分产生局部放电，然后利用时域反射法进行局部放电点定位。目前该方法普遍采用的是单端测量方法，对于长电缆，由于局部放电衰减等特性，往往无法观察到振荡波局部放电定位所需的反射波，因此造成局部放电点定位不准确甚至是无法定位的情况。

目前对于局部放电测量，还存在采用双端测量方法，该方法往往采用同步测量。为了实现时基同步，目前采用的方法往往是采用GPS同步、原子时钟同步等方法。GPS双端同步测量、原子时钟同步都是通过对采集的信号标识时间点获取时间同步的信号，通过对双端信号的分析寻找同一局放点产生的传入两端的局部放电信号，求取其时间差进而获取局部放电点位置。但是这些方法都需要付出昂贵的代价，并且GPS同步方法接收会因所处位置的不同，接收信号的强弱会有所不同，原子时钟则需要定期进行校准。故而，双端局部放电测量及定位方法中利用GPS及原子时钟的方法造价成本太高，维护较繁琐。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统与方法，能够便捷、低成本地对长、短电缆进行精确局部放电点定位。

一种基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统，包括：

主设备、从设备及分析子站，其中，所述主设备和所述从设备分别连接在待检测的电力电缆的两端；

与所述电力电缆的一端相连的振荡波电压发生模块和脉冲发生模块，其中，所述振荡波电压发生模块，还包括与所述脉冲发生模块相连的高压电子开关，在该高压电子开关闭合的瞬间将所述脉冲发生模块产生的高脉冲信号注入所述电力电缆中；

所述主设备至少包含主设备局部放电采集模块；所述从设备至少包含从设备局部放电采集模块；

所述分析子站利用所述电力电缆的长度及预先测定的局部放电传播速度对所述电力电缆的两端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时间基的双端局部放电信号，通过对所述双端局部放电信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达所述主设备与所述从设备的时间差，进而定位局部放电位置。

相应地，一种基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统的应用方法，所述基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统包含主设备、从设备及分析子站，其中，所述应用方法包括：

从待检测的电力电缆的一端施加阻尼振荡电压；

向所述电力电缆注入高脉冲信号，激发主设备及从设备两端进行局部放电信号采集；

利用所述电力电缆的长度及预先测定的局部放电传播速度对所述电力电缆的两端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时基的双端局部放电信号，通过对所述双端局部放电信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达所述主设备与所述从设备的时间差，进而定位局部放电位置。

实施本发明，具有如下有益效果：

通过主设备振荡波发生模块产生阻尼振荡波施加于电力电缆中，激发电缆缺陷位置产生局部放电信号，利用脉冲发生模块产生的高脉冲信号触发主设备及从设备的局部放电采集模块进行信号采集，分析子站利用被测电缆的长度L及预先测定的局部放电传播速度V对双端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时间基的双端信号，进而求出局放信号到达主设备及从设备的时间差，定位局部放电点。故而，本发明可以对短电缆、长电缆进行精确的局部放电定位，无需昂贵同步设备，即能获取同时间基的双端信号，进行双端局部放电定位。

附图说明

图1为本发明基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统的示意图；

图2为本发明主设备中振荡波发生模块原理图；

图3为本发明基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统的应用方法流程图；

图4为对双端采集的局部放电信号进行截取获取同时基信号的操作图；

图5为本双端局部放电定位的基本原理图。

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作进一步地详细描述。

图1为本发明基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统的示意图，包括：

主设备、从设备及分析子站，其中，所述主设备和所述从设备分别连接在待检测的电力电缆的两端；

与所述电力电缆的一端相连的振荡波电压发生模块和脉冲发生模块；

所述主设备至少包含主设备局部放电采集模块；所述从设备至少包含从设备局部放电采集模块；

所述分析子站利用所述电力电缆的长度及预先测定的局部放电传播速度对所述电力电缆的两端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时间基的双端信号，通过对所述双端局部放电信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达所述主设备与所述从设备的时间差，进而定位局部放电位置。

主设备对电力电缆施加阻尼振荡电压的同时，脉冲发生模块向电力电缆注入高脉冲信号，激发主设备局部放电采集模块及从设备局部放电采集模块进行局部放电信号采集，每进行下步操作时，主设备与从设备相互通信，分析子站利用电缆长度及局部放电传播速度等参数，对双端局部放电信号进行截取处理，获取同时基的双端局部放电信号，通过对截取信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达主设备与从设备的时间差，进而定位局部放电位置。

图2为本发明主设备中振荡波发生模块原理图；在其中一个实施例当中，所述振荡波电压发生模块，包括：高压电抗器，该高压电抗器与待检测的所述电力电缆构成LC回路。还可以包括高压直流电源、高压电抗器、程控校准器等。该振荡波发生模块用于与电力电缆构成LC振荡回路，产生阻尼振荡电压激发被测电缆绝缘缺陷位置产生局部放电。

在其中一个实施例当中，所述振荡波电压发生模块，还包括：

与所述脉冲发生模块相连的高压电子开关，在该高压电子开关闭合的瞬间将所述脉冲发生模块产生的高脉冲信号注入所述电力电缆中。

所述主设备局部放电采集模块由注入所述电力电缆中的高脉冲触发，从设备上的从设备局部放电采集模块由主设备产生的高脉冲触发。

所述振荡波电压发生模块与电力电缆连接，利用模块内的高压电抗器与所测电缆构成LC回路产生阻尼振荡电压，施加于被测电缆上。所述脉冲发生模块在振荡波电压发生模块中的高压电子开关闭合瞬间产生一高脉冲信号注入电缆中。所述主设备的通信模块通过WIFI、3G或在电力电缆上自定义通信协议与从设备进行通信，告知从设备信号主设备将要进行的活动。

在其中一个实施例当中，与所述电力电缆的一端相连的主设备局部放电采集模块，采集并存储从所述电力电缆传入所述主设备的高脉冲信号；

与所述电力电缆的另一端相连的从设备局部放电采集模块，在预设的震荡波周期时间及预设的采样率下，采集局部放电信号。

优选地，从设备局部放电采集模块采集局部放电信号的时间为1个振荡波周期，采样率为100Mhz。

图3为本发明基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统的应用方法流程图，所述基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统包含主设备、从设备及分析子站，其中，所述应用方法包括：

S101：从待检测的电力电缆的一端施加阻尼振荡电压；

S102：向所述电力电缆注入高脉冲信号，激发主设备及从设备两端进行局部放电信号采集；

S103：利用所述电力电缆的长度及预先测定的局部放电传播速度对所述电力电缆的两端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时基的双端局部放电信号；

S104：通过对所述双端局部放电信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达所述主设备与所述从设备的时间差，进而定位局部放电位置。

首先，主设备及从设备分别连接电缆两端，主设备与从设备相互通信确定两端准备工作完成。然后，主设备通知从设备断开对端，主设备发射足以辨识反射脉冲的校准脉冲信号，测试局部放电信号在该电缆中产生的速度，对端断开使局部放电校准脉冲能够实现全反射。接着，主设备通知从设备与电缆连接，进行局部放电量的校准，校准时主设备进行信号采集，从设备不进行信号采集。

主设备通知从设备进行加压测试，当主设备获取从设备的确认加压信号后，进行加压测试。当主设备振荡波发生模块闭合高压电子开关产生阻尼振荡电压瞬间，主设备脉冲发生模块产生一高脉冲信号注入被测电缆，触发主设备采集局部放电信号，高脉冲传播至从设备时触发从设备进行局部放电信号采集。分析子站根据电缆长度，局部放电传播速度截取主设备采集的局部放电信号从开始后的T/4～3T/4时间段内的局部放电信号，截取从设备采集局部放电信号T/4-2L/V到3T/4时间段内的局部放电信号,并进行同时基处理，获取同时基的双端局部放电信号。最后，通过截取获取双端同时基局部放电信号，获取同一局部放电源传入主设备及从设备的局部放电信号时间差，调用公式X＝(L+V*Δt)/2获取局部放电定。

图4为对双端采集的局部放电信号进行截取获取同时基信号的操作图。获取同时基的双端局部放电信号的步骤，包括：

主设备采集的局部放电信号将被截取T/4到3T/4时间段内的信号；

从设备采集的局部放电信号将会被截取T/4-2L/V到3T/4时间段内的信号；

将截取后主设备采集的局部放电信号时间划为0到T/2，将截取后从设备采集的局部放电信号时间划为-L/V到T/2+L/V，其中，T为一个振荡波周期，L为被测电缆的长度，V为局部放电信号在被测电缆中的传播速度。

图5为本双端局部放电定位的基本原理图。

利用阈值参数、局部放电时域特征参数识别局部放电信号，获取主设备同时基局部放电信号数据下对应的时间位置tA′；

获取从设备同时基局部放电信号数据中的tA′-L/V到tA′+L/V数据段内寻找与主设备截取的信号中tA′时刻同源的局部放电信号及其时间位置tB′；

调用X＝(L+V*Δt)/2，计算同源局部放电信号到达主设备与从设备的时间差，确定局部放电点位置，其中，Δt＝tA′-tB′。

结合图4、图5，所述分析子站的双端局部放电信号截取及定位方法如下：

(1)主设备采集的局部放电信号长度为0～T，从设备采集的局部放电信号长度也为0～T，二者时基相差L/V；

(2)主设备采集的局部放电信号截取的信号长度为T/4～3T/4；从设备采集的局部放电信号为T/4-2L/V～3T/4；截取后获得的主设备局部放电信号长度为T/2，截取后的从设备局部放电信号T/2+2L/V，为使信号同时基，做同时基处理，截取后的主设备局部放电信号数据时间划为0～T/2，设为数据A，截取后的从设备局部放电信号数据时间划为-L/V～L/V+T/2，设为数据B，此时数据A与数据B是同时基信号；

(3)在主设备确定的数据A中，利用阈值、局部放电脉冲特征等参数识别局部放电信号及该局部放电信号的在数据A中的时间点tA′，此时在对应的从设备确定的数据B中的tA′-L/V～tA′+L/V中寻找同一局部放电源产生的局部放电信号对应的时间点tB′，获取同一局部放电到达主设备及从设备的时间差Δt＝tA′-tB′；利用公式X＝(L+V*Δt)/2获取局部放电点的位置X。

该方法能够实现主从设备的通信，实现对被测电缆施加阻尼振荡波电压，能够进行双端电缆局部放电信号采集，实现长短电缆局部放电检测并快速准确定位局部放电点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统，其特征在于，包括：

主设备、从设备及分析子站，其中，所述主设备和所述从设备分别连接在待检测的电力电缆的两端；

与所述电力电缆的一端相连的振荡波电压发生模块和脉冲发生模块，其中，所述振荡波电压发生模块，还包括与所述脉冲发生模块相连的高压电子开关，在该高压电子开关闭合的瞬间将所述脉冲发生模块产生的高脉冲信号注入所述电力电缆中；

所述主设备至少包含主设备局部放电采集模块；所述从设备至少包含从设备局部放电采集模块；

所述分析子站利用所述电力电缆的长度及预先测定的局部放电传播速度对所述电力电缆的两端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时间基的双端局部放电信号，通过对所述双端局部放电信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达所述主设备与所述从设备的时间差，进而定位局部放电位置。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统，其特征在于，所述振荡波电压发生模块，包括：

高压电抗器，该高压电抗器与待检测的所述电力电缆构成LC回路。

3.根据权利要求1所述的基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统，其特征在于：

与所述电力电缆的一端相连的主设备局部放电采集模块，采集并存储从所述电力电缆传入所述主设备的高脉冲信号；

与所述电力电缆的另一端相连的从设备局部放电采集模块，在预设的震荡波周期时间及预设的采样率下，采集局部放电信号。

4.根据权利要求3所述的基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统，其特征在于：

从设备局部放电采集模块采集局部放电信号的时间为1个振荡波周期，采样率为100Mhz。

5.一种基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统的应用方法，所述基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统包含主设备、从设备及分析子站，其中，所述应用方法包括：

从待检测的电力电缆的一端施加阻尼振荡电压；

向所述电力电缆注入高脉冲信号，激发主设备及从设备两端进行局部放电信号采集；

利用所述电力电缆的长度及预先测定的局部放电传播速度对所述电力电缆的两端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时基的双端局部放电信号；

通过对所述双端局部放电信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达所述主设备与所述从设备的时间差，进而定位局部放电位置。

6.根据权利要求5所述的基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统的应用方法，其特征在于，利用所述电力电缆的长度及预先测定的局部放电传播速度对所述电力电缆的两端采集的局部放电信号进行信号截取，获取同时基的双端局部放电信号的步骤，包括：

主设备采集的局部放电信号将被截取T/4到3T/4时间段内的信号；

从设备采集的局部放电信号将会被截取T/4-2L/V到3T/4时间段内的信号；

将截取后主设备采集的局部放电信号时间划为0到T/2，将截取后从设备采集的局部放电信号时间划为-L/V到T/2+L/V，其中，T为一个振荡波周期，L为被测电缆的长度，V为局部放电信号在被测电缆中的传播速度。

7.根据权利要求5或6所述的基于脉冲注入的双端电缆振荡波局部放电定位系统的应用方法，其特征在于，通过对所述双端局部放电信号的分析获取同一局部放电源产生的局部放电信号到达所述主设备与所述从设备的时间差，进而定位局部放电位置的步骤，包括：

利用阈值参数、局部放电时域特征参数识别局部放电信号，获取主设备同时基局部放电信号数据下对应的时间位置tA′；

获取从设备同时基局部放电信号数据中的tA′-L/V到tA′+L/V数据段内寻找与主设备截取的信号中tA′时刻同源的局部放电信号及其时间位置tB′；

调用X＝(L+V*Δt)/2，计算同源局部放电信号到达主设备与从设备的时间差，确定局部放电点位置，其中，Δt＝tA′-tB′。