CN103597365B - 部分放电产生的故障的定位设备和方法 - Google Patents

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Abstract

部分放电产生的故障的定位。一种定位交流配电系统中产生部分放电的初期故障的方法被公开,该方法包括的步骤有:检测由该系统(10)产生的PD图形(pC)中至少一个尖峰(21);获取该系统中交流电源的电压波(kV);检测该尖峰(21)相对于交流电源的电压(kV)的相位定位初期故障(20)在该相位是在预定阈值以下的地方。还公开一种设备,包括:至少一个电脉冲传感器;用于获取与配电系统的电源的同步信号的装置;以及适合实现该方法的模块。

Description

部分放电产生的故障的定位设备和方法
技术领域
[0001] 本发明设及定位产生部分放电的初期故障。
[0002] 尤其是,本发明设及一种在输电系统,尤其在中等电压/高电压的输电系统中,用 于定位产生部分放电的初期故障的方法,W及用于实现该方法的设备。
[0003] 在本说明书和权利要求书中,用语:
[0004] "中等电压"或MV,用于指范围从巧Ij3化V的电压;
[0005] "高电压"或HV,用于指高于35kV的电压;
[0006] "初期故障(incipient fault)"用于指输电系统内的缺陷,尤其是在电缆内不会 引起立刻失效但可W导致可能失效的缺陷;
[0007] "定位"用于指识别含有初期故障的输电系统的某一部分,该部分的长度代表该定 位的精度;
[000引"部分放电(partial discharge)",下文有时缩写为PD,用于指部分地桥接导线之 间的绝缘材料的局部放电,且该局部放电能够或不能够出现在导线附近。
[0009] 部分放电一般是在绝缘材料中或绝缘材料表面上,局部电应力集中的后果。一般 地说,运样的放电是作为具有持续时间远小于化S的脉冲出现。所谓绝缘材料,指的是,例如 包围导线的绝缘层。
[0010] 为了本说明书和所附权利要求书的目的,除非另外指出,在所有例子中,所有W "约"词汇表示的量、数量、百分比如此等等的数字,应当理解为可被修改的。同样,包含被公 开的最大值和最小值点的任何组合,W及包含其中的任何中间范围的所有范围,可W是或 可W不是本文具体地列举的。
[0011] 在本说明书和权利要求书中,凡也可W有热或机械意义的用语"传导的"、"绝缘 的"、"连接脚'和其他用语,除非另外指出,都按电学意义使用。
背景技术
[0012] 来自发电厂的电力,通常借助中等/高电压输电系统传输到用户,诸如城市、工厂 或其他实体,运些输电系统可W是架空的(高架的)、陆地的或海底的。
[0013] 输电系统或电网,能够包括电的导线(它可W是架空的(高架的)导线、绝缘的陆地 导线、或绝缘的海底导线)、汇接点、终端设备、架空电力系统的绝缘子、气体绝缘线路(GIL) 和/或气体绝缘开关化IS)。只要关注架空导线,本发明设及绝缘的架空电缆。
[0014] 部分放电常常开始于在固体或液体电介质内导线-电介质界面上,或者在液体电 介质内的气泡中的固体电介质内的空隙、裂缝、夹杂物或其他缺陷内。部分放电还能够沿不 同绝缘材料之间的边界出现。
[0015] 如所指出的,部分放电常常不会引起电力系统的立刻失效,而是使它逐渐恶化,最 终导致电击穿。
[0016] 在输电系统中,尤其是中等和高电压输线路,对部件,特别是电缆部分,例如导线、 绝缘子、或护套的相对地小的损坏或缺陷,能够导致可察觉的电流损耗。此外,运样的损坏 往往会增大或扩展,并可w成为短路的原因,导致电网有关部分的断开,且在某些情况下, 甚至可W产生对该电网更大损坏的后果,相应地在维修、服务中断等等方面,带来更大的开 支。
[0017] 因此,重要的是,在输电系统中检测和监控部分放电,W便确保该系统可靠地、长 期地工作;预测可W导致供电服务中断的可能的失效;W及在部件失效之前,在合适的位置 定期检查和/或更换产生部分放电活动的部件。
[0018] 由于电网的广大范围和/或其常常是困难的可接入性,特别是当它是地下的或高 架的时候,重要的是,尽可能准确地定位产生部分放电的初期故障的地点。
[0019] 在输电系统中,检测和定位部分放电的技术,本领域是众所周知的。
[0020] 一些技术使用时域反射计量术(Time-Domain Reflectometry(TDR)),它是用于通 过观察被反射波形,W确定电力线路特征的测量技术。TDR是基于进入系统的能量阶跃或脉 冲的注入和传播,W及随后观察被该系统反射的能量。该技术在定位产生部分放电的初期 故障中的精度,一般取决于数个因素,包含链路的长度,被选定用于计算的传播速度值的精 度、W及该脉冲在测量点由于色散的崎变。
[0021] 该精度由此可能不被完全满足,特别是在长的和/或复杂的电力电网中。事实上, 部分放电需要短的被检测的能量脉冲,而长的电缆部分需要长的被贯通的能量脉冲。
[0022] TDR提供缺陷离测量点的距离,该测量点常常是电缆的端点。然而,要知道运样的 点实际上在哪里,一点也不容易,因为该电缆的Ξ维的,常常是不规则的布置。
[0023] 在使用TDR的技术中,例如,US6853196设及一种用于确定电缆中缺陷地点的位置 的方法,该方法包括,在电缆的驱动端,注入有足够电压的短持续时间的入射脉冲,W便在 该缺陷地点引起电击穿。该电击穿接着产生脉冲,沿电缆两个方向离开该缺陷地点传播。至 少一个诊断传感器,能够在该电缆的驱动端上检测该入射脉冲和该击穿导致的反射脉冲。 缺陷地点的位置,从该脉冲的到达时间和该脉冲在电缆中的传播速度之间的时间延时估 算。
[0024] 其他方法,是把操作上连接到沿整个电网各个点的检测传感器进行分配。考虑到 电网的范围,运样的方法终归是相当昂贵的。
[0025] 例如,W02009/013639设及一种用于检测、识别和定位部分放电的方法,该部分放 电出现在沿电设备的放电地点。该方法包括,沿要被评估的整个设备,识别多个检测站的预 先步骤,传感器在那里能够被禪接,用于电信号的检测。部分放电被定位在站上,在该站上, 信号有振幅参数和与该信号频率内容相关的形状参数的最大值。
[0026] W02009/150627公开一种便携式部分放电检测装置,用于检测并测量电学部件和 设备中的部分放电,该装置发出的信号,有十分类似于福射脉冲的形式,且该装置还能够 检测和发出由拾取放电产生源对象(object)的电源电压而获得的同步信号。该装置包括宽 带天线,适合作为电场传感器起作用并包括与第二导体协作的第一平面形导体,该第二导 体的轮廓在一个点上或沿一条线向该第一平面形导体会聚,其中所述第二导体比要检测的 场波长小约两个数量级,因此该宽带天线在从约0.1 MHz到约lOOMHz的频带中是非谐振的。
[0027] US4967158设及一种便携式检测器装置,用于在带电的电压分配电缆和/或装备中 检测部分放电。该装置包括探针,被固定于供该探针手动位移的绝缘便携式手柄。检测器装 置被连接到该探针,用于检测由该部分放电发射的、范围在5到lOMHz的信号。该检测器有被 连接到探针的输入衰减器电路,w使被检测信号的电平下降到需要的电平。变换电路还被 提供,W便使被检测信号改变到预定频率信号,该信号大体上无噪声并代表被检测的部分 放电信号的振幅。放大器电路放大该预定频率的信号,而输出电路产生指示该部分放电的 存在和振幅的信号。为确定部分放电沿电缆或接头(joint)的位置,该探针静静地和缓慢地 在绝缘的区域上通过,而该检测器表头被仔细地观察,W查看在哪里该读数达到最大。
[0028] EP800652设及用于定位配电电缆中初期故障的方法和设备,该方法和设备包含把 激发电压应用于电力线路,W便在沿该电力线路的故障上产生部分放电信号脉冲。电力线 路的表面被两个传感器扫描,该两个传感器沿电力线路分开并被布置成邻近电力线路表 面,用于检测该部分放电信号脉冲,W产生离散的检测的脉冲。运些检测的脉冲被组合,W 便当该故障大体上等距地被定位在传感器之间时,产生振幅电平达到极值的组合信号。传 感器沿电力线路移动,直到故障大体上等距地被定位在传感器之间,如由该组合信号的极 值振幅电平所指示的。
[0029] 申请人观察到,后两个方法,要求定量的和比较性的评估,W断定何时信号的振幅 电平是最大。此外,后两个文献的传感器,要环绕该电缆走一圈,因此该电缆当被埋设时,不 能被测试。
[0030] US2009/0177420公开的是,为了检测、定位和解释沿电学装备出现在部分放电地 点中的部分放电,两个测量探针和一同步探针沿该电学装备被安装。测量探针检测在该电 学装备中行进的脉冲,同时该同步探针检测在该电学装备中的相位角并可用于校准目的。 控制单元接收被探针感测的信号并调节它们。施加于该被调节信号上的数字处理,设及它 们的相关、时间频率分布和形式因子估计,允许建立指示部分放电的检测和它沿该电学装 备的定位的诊断。被公开的方法提到来自该两个探针的信号的极性。
发明内容
[0031] 申请人面对的技术问题是,提供一种用于定位输电系统中产生部分放电的初期故 障的方法,该方法是精确和简单的。
[0032] 申请人发现,上述问题能够通过观察PD图形的"尖峰"相对于交流电源电压的相位 而被解决,因为当该初期故障位置被接近时,该相位趋向于零,而当该初期故障位置被超越 时,则趋向于180°。
[0033] 在本发明和所附权利要求书中,用语"PD图形",是指在平面中表示电脉冲的振幅 对相位的图,该相位是相对于配电系统的交流电源电压的相位。
[0034] 确实,申请人在PD数据的收集活动期间,已经观察到该PD图形至少有一个"尖峰", 即,相对于该系统传输的交流电源电压曲线,有大体上相同时间延时的电脉冲的聚集。通过 进一步研究,申请人已经察觉,令人惊讶的是,在改变离产生该PD的初期故障的距离的同 时,该尖峰相位变化,并在该初期故障位置上基本上是零。尤其是,在向该初期故障移动时, 尖峰的相位接近于零,而在离开该初期故障时,该相位接近180°。
[0035] 因此,一方面,本发明设及一种定位交流配电系统中产生部分放电的初期故障的 方法,包括如下步骤:
[0036] -检测由该系统产生的PD图形中的尖峰;
[0037] -获取该系统中交流电源的电压波;
[0038] -检测该尖峰相对于交流电源的电压的相位;
[0039] -定位初期故障在该相位是在预定阔值W下的地方。
[0040] 应当指出,从原理上说,该初期故障是在尖峰相对于电压的相位为零的位置上。因 此,该预定阔值被选择,为的是获得该位置需要的精度,即,该配电系统的要在物理上检验 和修理或替换的部分的合理的长度。
[0041] 在本说明书和权利要求书中,用语"相位"是用于指尖峰的峰值相对于交流电源的 电压信号(波的原点)的时移。
[0042] 最好是,该方法包括提供参考信号的步骤,该参考信号是与交流电源同步的信号, 即,与交流电源有相同频率并同相的信号。
[0043] 该预定阔值可取的是小于或等于10°,更可取的是小于或等于5°。
[0044] 该初期故障被定位于的部分的长度(下文亦称"定位部分"),可取的是小于约2.5m 长,更可取的是小于Im。例如,该定位部分能够是小于约10cm。
[0045] 有利的是,该方法包括步骤:选择开始检测位置,并只要该相位下降,就顺着该配 电系统沿第一方向选择至少一个随后的检测位置,即,顺着该配电系统沿第一方向移动;W 及如果该相位增加,则沿与第一方向相反的第二方向(即,反向移动的方向),选择至少一个 随后的第二检测位置。
[0046] 尤其是,该方法包括相继的步骤:
[0047] -选择第一位置;
[0048] -在所述第一位置上,记下部分放电分布的至少一个尖峰,所述尖峰有第一相位;
[0049] -顺着该配电系统沿第一方向,选择作为所述第一位置后面的位置的第二位置;
[0050] -在所述第二位置上,记下有第二相位的至少一个尖峰;
[0051] -如果该第二相位小于该第一相位,顺着该配电系统沿第一方向,选择所述第二位 置后面的又一个位置;如果该第二相位大于该第一相位,顺着该配电系统沿第一方向,选择 所述第二位置前面的又一个位置。
[0052] 第一和第二位置上的尖峰,是由于与该配电系统中PD相联系的相同的物理现象产 生的。
[0053] 在一个实施例中,该方法包括随着相位下降,降低接连的位置之间的距离的步骤。
[0054] 在另一个实施例中,该方法包括,当彼此接连的连续位置所顺着的方向被反转时, 降低接连的位置之间的距离的步骤。
[0055] 最好是,接连的位置之间的距离,初始被选为约2m。
[0056] 最好是,该方法包括借助不同的常用技术,尤其借助TDR,粗略地定位配电系统一 部分中初期故障的预先步骤,且其中运些位置位于所述部分内。
[0057] 最好是,本发明的方法,包括提供至少一个,而更可取的是多个PD图形的步骤,所 述步骤包括在每一检测位置中,检测可能表示部分放电的电脉冲。
[0058] 该检测最好持续一段选定的运行时间,W便检测许多电脉冲,足W使PD图形有至 少一个完全可识别的尖峰。
[0059 ] 该检测时间最好是从10到60秒,最好从15到30秒。
[0060]更可取的是,该方法包括在每一位置上通过设备,甚至更为可取的是,通过便携式 设备检测电脉冲的步骤。
[0061] 更可取的是,在每一位置上检测电脉冲的步骤,是通过无触点传感器实现的。
[0062] 该便携式设备适合获取,最好是通过无触点探针获取与配电系统的电源的同步信 号。
[0063] 在一实施例中,本发明的方法是在带电的配电系统中实现的。
[0064] 在另一个实施例中,本发明的方法是在测试条件下实现的,例如,借助向电缆提供 测试电压,W便例如在该电缆的交付期间进行质量控制。
[0065] 部分放电的分析和相位的记录,最好由人工操作员完成。
[0066] 然而,上面的步骤也可W例如通过提供适合于:识别尖峰和存储和/或输出与之 关联的相位值;和/或评估测量位置之间的相位的变化;和/或根据运样的评估,指示操作员 移动应当沿着的方向的硬件、软件、或固件模块,实现自动化。
[0067] 上面的模块,最好适合于对在每一相位值上或每一窄范围的相位上的点进行计 数,并找出该计数的最大值。
[0068] 因此,另一方面,本发明设及一种用于定位配电系统中产生部分放电的初期故障 的设备,该设备包括:至少一个电脉冲(可能表示部分放电)传感器;用于获取与配电系统的 电源的同步信号的装置;W及适合实现上面方法的步骤的模块。
[0069] 最好是,该用于获取同步信号的装置,是无触点探针。
[0070] 另一方面,本发明设及一种定位交流配电系统中产生部分放电的初期故障的方 法,该方法包括如下步骤:
[0071] -提供多个PD图形,各在沿配电系统的对应的多个位置之一上,
[0072] -检测每一 PD图形的尖峰相对于交流电源的电压的相位;和
[0073] -定位该配电系统在相位绝对值为极小的位置附近的初期故障。
附图说明
[0074] 本发明的特性和优点,将从下面本发明一些示例性实施例的详细描述变得明白, 运些实施例仅仅作为非限制性例子被提供,描述将参考附图进行,附图中:
[007引-图1示出本发明方法的实施例的流程图;
[0076] _图2示出图巧法一个步骤的实施例的流程图;
[0077] -图3用图解方式示出配电系统和应用于其中的本发明方法的实施例;
[0078] -图4和5示出用已知方法获得的实验数据;
[0079] -图6到15示出用本发明方法获得的实验数据;和
[0080] -图16是表明实验结果的曲线图。
具体实施方式
[0081] 当交流供电系统(例如电缆)被监控时,为了检测对应于部分放电的可能的电磁信 号,人们能够检测对应于振幅对相位图中的点的电脉冲,如图4到15的那些点所示。运样的 脉冲的图形W图6中的参考符号pC表示(相同的参考符号也应用于图7-15和4-5 )。
[0082 ]图4-15还示出在脉冲被检测的系统中传输的交流电源的电压信号波(图6中的kV, 但相同的参考符号也应用于图7-15和4-5)。
[0083]当PD图形中某些脉冲W相对于电压信号波的原点大体上恒定的时间延时(相位φ )被产生时,它们聚集并在该曲线图中向可检测的"尖峰"21给出原点。所述尖峰能够被PD图 形中由180°隔开的双尖峰22伴随。一般说来,尖峰21比双尖峰22更明显。
[0084] 图1示出本发明方法100的实施例的流程图,该方法用于定位配电系统10中产生部 分放电的初期故障,该配电系统用图解方式在图3中示出。在图3中,配电系统10作为电缆的 一部分被示出,而在下文为简单起见,将被称为电缆。然而应当理解,配电系统10可W是或 包含任何电学部件或装备或它们的组合,诸如汇接点(junction)、终端设备、绝缘子等等。 此外,应当理解,虽然电缆10在图3中作为直线被示出,但它可W有并一般说将有从该直线 的接续出发的任何接续,甚至是Ξ维的接续。
[0085] 在方法100的任选步骤110中,初期故障20的预先的粗略的定位,按照任一常用技 术,诸如举例说,TDR技术被完成。在该步骤中,配电系统10的长度L1的部分,被识别为含有 初期故障20。长度L1的大小取决于所用技术的精度,但与本发明方法企图识别为含有初期 故障20的长度L2的部分相比,一般都相当地大,至少在数十米的量级。
[0086] 当任选步骤110被实施时,后面的步骤在电缆10的粗略识别的长度L1的部分上被 完成;图1中陈述的另外的步骤120-170,在被考察的输电系统的整个长度上被实施。
[0087] 为实施本发明的方法,电缆10用交流电源供电。当本发明方法是在"带电"的配电 系统上被实施时,该交流电源可W是电网电源。在该方法是在实验室或工厂中,例如作为 质量测试被实施的情形下,交流电源要适当预备,而该电缆的外屏蔽被连接到主体(mass) 或地,W模拟该电缆使用时的条件。
[0088] 为实施本发明方法,用于检测部分放电的设备30能够被使用。合适的设备30,例如 是上述W02009/150627中公开的设备,所述文件通过引用全文合并入本文。
[0089] 设备30包括:至少一个能检测电脉冲的传感器、用于产生参考信号-下文称为同步 信号-的装置、W及输出装置。
[0090] 该同步信号是与交流电源有相同频率并同相的正弦信号。
[0091] 设备30的传感器最好是高频(HF)传感器。在数MHz到数十MHz的范围,因为众所周 知,与部分放电关联的电脉冲有高的频率。
[0092] 设备30的输出装置,适合输出每一检测电脉冲的振幅和相位,最好是在屏幕的振 幅对相位平面中的一组点。更具体地说,每一脉冲的振幅是它的最大振幅,而每一脉冲的相 位是当脉冲有该最大振幅时,该同步信号的相位。运样的脉冲振幅对相位的输出,在下文被 简单地称为"ro图形",尽管它只当确实有部分放电时才当然代表部分放电。
[0093] -组点,即形成给定PD图形的点,可W对给定的采集时间,和/或按给定编号 (number)被收集,和/或直到上面描述的PD图形的尖峰可识别为止。设备30最好包括复位装 置,诸如按钮,或其软件版,用于清屏和开始新的点收集。
[0094] 设备30可W提供可视地输出的其他量和数据,并除用于输出计算机可读数据的装 置外,还可W包括用于输出音频信号的装置,如,用于连接到其他电子设备,连接到诸如外 部存储器或打印机等等外围设备的装置。
[0095] 设备30还可W包括用于上面的量的存储器装置、信号调整和处理装置,和/或本领 域熟知的输入装置。仅作为例子,被该传感器检测的电脉冲,可W被放大和/或被滤波和/或 被与阔值或触发比较,W便只输出有意义的点,等等。该输入装置可W被提供,W便控制该 设备的操作,诸如开始和停止电脉冲的检测、使PD图形如所述的复位、改变有关参数,诸如 放大器增益,触发电平等等,w及设定用户偏好。该输入装置可w由用户或由计算机或由计 算机可读媒体控制。
[0096] 设备30的同步发生装置的电脉冲传感器,W及任一探针,最好是无触点类型,如, 电感或电容类型,W便使设备30的启动时间最短,并增加人工操作员的安全性。甚至更可取 的是,设备30能通过除空气W外的介质检测部分放电,W便适合在带电的地下电缆上实施 该方法。
[0097] 配电系统或电缆10的横向操作距离的合适范围,被认为在100cm或之下。事实上, 应当指出,增加操作距离带来沿配电系统的位置精度的降低,从而降低在定位初期故障中 的精度。此外,随着该距离的增加,传感器可靠性降低。
[0098] 设备30的各个部件,可W藏在一个或多个外壳中,并可W利用有线或无线连接,例 如在WiFi网络中相互连接。整个设备30,或至少它的传感器,最好是便携式类型。
[0099] 返回到图1和3,本发明方法的公开的实施例是一种递归方法。
[0100] 在步骤120,第一位置11沿图3的电缆10的长度L1的部分被选定。忽略电缆10附近 的位置,即,在横过电缆10的平面中,包括沿电缆10伸延的轴X的参考系统,被假定有轴X的 原点0在该长度L1的部分的一端,图3的左端-。应当理解,在非直线的输电系统10的情形下, 该参考系统将是曲线的轴或任何合适的参考系统。
[0101] 第一位置11有参考系统中的坐标XII。该第一位置11最好选作被考察的电缆10的长 度L1的部分的第一端(xii=0),或接近该第一端,如图3所示。
[0102] 在步骤130,图3设备30的传感器在该第一位置11上与电缆10禪接(通过有线或无 线禪接,如上面所述),且合适的多个电脉冲在该位置11被检测,由此在第一位置11上的第 一 PD图形被获得。
[0103] 在步骤140,第一 PD图形的特性被识别或记下,而与之有关的第一相位φπ波记下。 更具体地说,被考虑的特性是尖峰-即,有几乎相同相位和振幅值的范围的点的聚集-该尖 峰,如在本申请的引言部分中所公开,当沿配电系统10的长度L1的部分存在初期故障20时, 出现在PD图形中。
[0104] 已经说明并将在下面详细说明,在PD图形中,所述尖峰能够被由180°隔开的双尖 峰伴随。有运样的尖峰21和双尖峰22的图形的例子,能够在图6-15中看到,下面在"实验结 果"的段中解说。
[0105] 应当指出,步骤140最好由人工操作员完成。在运样的情形下,步骤140设及W-定 程度的小屯、,但不一定要求定量分析,对PD图形进行考虑。
[0106] 硬件、软件、或固件模块也可W被提供,它们适合于识别尖峰和存储和/或向操作 员输出与之有关的相位。尖峰识别,例如可W通过对每一相位上或每一窄范围相位上的点 进行计数,并找出该计数的最大值而被完成。
[0107] 在步骤150,把相位φιι与预定阔值φ〇比较。在第一位置上已经按此执行,相位 巧小于或等于预定阔值φ〇的情形下,换句话说,如果尖峰非常接近〇°,则在步骤160,初期 故障20被定位为在该第一位置11上,或与之很接近,换句话说,是在第一位置11附近的长度 L2的部分中,于是该方法结束。运种情形不是图3所示情形。
[010引在比较步骤150掲示相位值φπ大于预定阔值巧0.,即,它远离0°的情形下,则选择 沿配电系统10的方向的步骤170被完成。在步骤160的第一次执行中,并且如果该第一位置 已经被选在靠近正被考察的电缆10的长度L1的部分的第一端,如上面的详细描述 (Xn S 0 ),,该方向最好被选为向着长度L1的部分的相反端,即,增加 X的方向。然而应当 指出,在步骤170的第一次执行中,该方向也可W任意选为增加 X的方向或减小X的方向。在 步骤170的进一步执行中,该方向是应用下面讨论的判据选择的。
[0109] 然后返回到步骤120,并按该步骤再次(第二次,然后第Ξ次,等等)执行,顺着配电 系统10沿选定的方向,选择接着前一个位置(第一位置11,然后第二位置12,等等)的又一个 位置(第二位置12,然后第Ξ位置13,等等)。运样,在上面的假设下,第二位置12有坐标X12〉 XII 〇
[0110] 然后,步骤130、140、150在该又一个位置12、13、…上被重复。运样,在步骤130,设 备30的传感器在该又一个位置12、13、…上与电缆10禪接,且合适的多个电脉冲在运样的位 置上被检测,于是在该又一个位置12、13、…上的又一个(第二个、然后第Ξ个,等等)抑图形 被获得。在步骤140,作为又一个PD图形的特征的尖峰被识别,而与之有关的又一个相位(第 二相位巧〇、然后第Ξ相位巧13,等等)被记下。在步骤150,该又一个相位巧Π 、巧U、···被 与预定阔值φο比较,如果该又一个相位取ί2、φ:ΐ3、···小于或等于预定阔值φ〇,则该初期 故障20被定位为在该又一个位置12、13、…上,或与之很接近,换句话说,是在该又一个位置 12、13、…附近的长度L2的部分中,于是该方法终止。运种情形不是图3所示情形。
[0111] 在比较步骤150掲示该又一个相位值巧12、巧U、···大于预定阔值φ〇的情形下, 则在选择顺着配电系统10的方向的步骤170中,把该又一个相位巧Π 、巧13、…与先前(第 一,然后第二,等等)相位斯ι、φΐ2、…比较,如果该比较掲示相位正在下降,即,如果 φΐ2<常11,巧:!3 < φΐ2等等,则先前选择的方向被保持。如果相反地,该比较掲示相位正 在增加或不变,即,如果φ!2 巧Π ,φ!3 >=巧12等等,则与先前选择的方向相反的方向 被选择。
[0112] 图2是上面描述的步骤170的示例性实施例的流程图。在步骤171,检验是否 (pi <=巧Μ。在肯定的情形下,在步骤172,检验该又一个位置(即当前位置)的坐标XI是否 大于先前位置的坐标xi-i。在肯定的情形下,在步骤173,移动的方向被选择,W便使下一个 位置具有的坐标xi+i大于当前位置的坐标xi;在否定的情形下,在步骤174,移动的方向被选 择,W便使下一个位置具有的坐标XW小于当前位置的坐标XI。
[0113] 如果步骤171有否定的结果,即,如果φΐ >常!-1 :,在步骤175,再次检验该又一个位 置(即,当前位置)的坐标XI,是否大于先前位置的坐标xi-i。在肯定的情形下,在步骤176,移 动的方向被选择,W便使下一个位置具有的坐标XW小于当前位置的坐标XI;在否定的情形 下,在步骤177,移动的方向被选择,W便使下一个位置具有的坐标XW大于当前位置的坐标 Xio
[0114] 在图3,位置1 1、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6、1 7,作为如下情形的例子被示出: 斬2<夺11,φυ<(Ρΐ2,巧$4>巧〇,巧15<爷!4,φ!6>φΐ5,因此沿电缆10的方向被 反向两次。
[0115] 此外,接连地选择的位置之间的距离,最好在方向反转之后降低,如图3在位置14 上方向的反转所示,因此位置变得更密或拥挤,因为初期故障20被接近和/或被超越。
[0116] 应当强调,上面详细的算法,执行如下判据:
[0117] -只要PD图形的峰值的相位是在下降,继续沿相同方向顺着配电系统10移动,和
[0118] -当相位增加时,把该方向反向。
[0119] 在初期故障20的邻域中,运些判据实际上可W偶然引起"错误",即,离开该初期故 障20而不是接近它。确实,当相位相对于先前位置下降时,例如从图2的位置14到位置15,上 面的规则假定,当前位置15仍然与先前位置14 一样在初期故障20的相同侧,而该初期故障 20实际上已经被超越。当从位置15到位置16时,相移被发现正在增加,该错误变得要被修 正,因此该方向被反转。
[0120] 为计及该"错误",本发明的方法当相位在下降之后被增加时,能够把最近的位置 忽略,换句话说,在应用反转方向判据和缩短测量位置之间的距离之前,仍然在倒数第二位 置上试试。如此,在图3中,从位置16到位置17,比从位置15到位置16的距离更长的距离被示 出,不管方向的反转在位置16上出现的事实。运是因为位置17确实离位置15的距离小于先 前应用的距离。然而,应当容易理解,当相位在下降之后被增加时,即使没有把最近的位置 忽略的附加判据,该"错误"也很快被修复(recovered),例如在两个步骤而不是只有一个步 骤中,到达正确的位置15。
[0121] 因此,运些错误仅仅是临时的,而该方法将更快或稍后自行修复,换句话说,通过 应用上面判据,与接连的位置之间距离的适当选择一起,运些位置本能地向初期故障20收 敛。
[0122] 应当指出,另外的判据可W用于选择位置,即,它们一个接一个所沿的方向,和/或 它们的相互距离,和/或决定何时停止该方法的执行。例如,先前的两个或多个相位可W被 考虑,代替步骤171中只先前的一个;和/或相位数值,或接连的相位的增加或下降的数值。 而且,阔值φ»巧W适应于沿电缆10的PD图形尖峰的相位的变化速率,即,在屏幕上它的移 动"速度"与沿电缆10的移动速度的比较。运里,该判据应当是,识别含有初期故障20的长度 L2的电缆部分的判据,该长度的大小允许按时间和成本效益高的方式详尽地检验。
[0123] 因此,特别当本发明方法由人工操作员实施时,上面详细的算法意味着起引导作 用,但该操作员能够用他/她自己的判断。
[0124] 该预定阔值φ〇最好被选得足够小,例如约5°。该长度L2的部分,是例如约2米长, 但能够有利地比该长度短得多,甚至是几个厘米。
[0125] 作为另一个例子,代替在方向反转之后降低接连的位置之间距离,另一个判据可 W是,交替的紧密间隔位置与更宽间隔位置的判据。运样做时,紧密间隔的位置之间的相 移,将指示缺陷在哪一侧,避免上面错误的风险,而当相位值仍然是大时,宽间隔的位置可 W加速该方法。
[0126] 应当指出,虽然本发明方法,最好按被公开的电子脉冲的检测,做完运行时间,但 它也可W在不同时间中做完,首先在沿电缆10的对应多个位置上,收集多个PD图形,然后分 析该多个PD图形,把初期故障20定位在对应于有尖峰在最小相位上的PD图形的位置,或接 近对应于有尖峰在最小相位上的PD图形的位置。
[0127] 上面描述的硬件、软件、或固件模块,还可W适应于评估测量位置之间的相位变 化,就是说,该相位是增加还是下降,W及根据该评估,例如用合适的音频和/或可视输出, 指示操作员应当沿哪个方向移动。
[0128] 该同步信号可W是与该交流电源有相同频率,但有预定义相位偏移的正弦信号, 只要该相位偏移已知并当考虑PD图形尖峰的相位时合适地考虑在内。更具体地说,当该故 障被接近时,PD图形的尖峰被期望接近对应地偏移的相位,而不是零度。然而,参考信号能 够从同步信号导出,W便计及该预定义相位偏移,所WPD图形的尖峰相对于该参考信号将 接近零度。
[0129] 实验结果
[0130] 图4-5和6到15,示出在测试条件下,分别根据已知的粗略的方法和按照本发明的 方法,应用于高压电缆的实验结果。
[0131] 高压电缆的绕线架(bobbin)接受质量控制。
[0132] 质量控制检测约15pC幅值的部分放电活动。
[0133] 在预先的步骤中,反射计量技术被用于预定位PD活动的点。更具体地说,使用165 米/微秒的传播速度,绕线架中电缆的电长度被发现为1046米,与该绕线架的物理长度相 配。借助该反射计量技术,初期故障被定位在离电缆绕线架的外部端166米,测量在那里出 现-即,离电缆的相反的自由端880米。
[0134] 用反射计量技术在电缆绕线架的内部端实施进一步测量,给出该电缆的电长度约 1030米,并定位该初期故障在离该内部端863米处,即,在离该电缆绕线架外部端167米处。
[0135] 应当指出,该两次测量绕线架的长度相差16米,因此,在初期故障的定位中该类似 的不精确是意料之中的。
[0136] 电缆从该绕线架被解绕,并同时绕到电缆盘(化um)上,因此,原来电缆绕线架的外 部端变成下文将称为第二绕线架的内部端。该电缆在离该内部端172米处被切断,于是预期 的该故障在靠近新的自由端,下文称为近端,约12米的长度L1的部分中(按照该反射计量技 术,的确离该近端约5-6米)。运个约12米的长度的部分被留下,不绕在电缆盘上。
[0137] 电缆的长度L1的解绕部分,其后被交由本发明的方法,W便精确地定位产生部分 放电的初期故障,在部分放电处,PD图形的尖峰的相位接近0°。
[0138] 该电缆屏蔽在电缆两端被连接到地,W便模拟安装条件,而36kV电源被连接到电 缆的自由端。电缆的相反端,即,第二绕线架的内部端,被称为远端。
[0139] 两个由Prysmian S.P.A. ,Milano,Italy制造,型号PryPAD的设备被提供,该两个 设备能检测部分放电和提供同步信号。每一设备配有一个传感器,设备之一用导线连接到 PC,而另一个用无线连接到该PC。
[0140] 图4示出在远端上的PD图形,即,在有其原点在下文将称为近端的坐标系统中的 172米处。图5示出在电缆近端,即在0米处的PD图形。电脉冲对相位图形,即ro图形被检测,
[0141] 在两种情形下,ro活动(但不是定位)的存在,能够容易被本领域熟练技术人员,从 该电脉冲的典型图形识别,该图形确认,沿该电缆有初期故障。
[0142] 本发明的方法的开始位置,被选为正好在电缆盘外侧的位置,即,上面参考系统中 约12米处。图6示出在该开始位置上的PD图形pC,是用该无线设备获得的。应当指出,沿电缆 记下的运个PD图形pC,实际上不同于在电缆的端部记下的那些PD图形,在相位分布和振幅 分布两方面都不同。同样清楚的是,PD图形有尖峰21和双尖峰22。W电压信号波kV为基准, 尖峰21有约123°的相位φ。双尖峰22相对于尖峰21的相位φ,有约180°的相移。
[0143] 双尖峰22的存在证明,运些尖峰不是由于噪声或其他原因引起,而确实是由于初 期故障上的部分放电引起。
[0144] 虽然没有示出,参考符号pC和kV也应用于图7-15和图4-5。
[0145] 然后,传感器向近端移动约1米,于是,本发明的方法的第二位置,被选在约11米 处。图7示出与有线传感器有关的PD图形。尖峰21、22再次能够容易被识别,且尖峰21有约 80°的相位巧,即,相位下降约40°。
[0146] 传感器再次向近端移动约1米,于是,本发明的方法的第Ξ位置,被选在约10米处。 图8示出与有线传感器有关的PD图形。尖峰21、22再次能够容易被识别,且尖峰21有约34°的 相位巧,即,相位下降约45°。
[0147] 继续移动传感器,电脉冲在其他位置上被检测,运些位置被向着近端米隔开。 图9到15示出对应的电脉冲对相位的图形,或PD图形。应当指出,每一图形示出一对尖峰21、 22。第一尖峰21在每一位置上相对于同步信号的相位,在下表给出。运些值的曲线表示,在 图16中给出。
[014引 表
[0149]
Figure CN103597365BD00131
[0150] 应当指出,相位初始下降至0°,而尖峰21在8和7米的位置上(分别与图10和11对 应)非常接近0%且在后一位置中,其他特征出现。尤其是,图11示出在7米的位置上的PD图 形。应当指出,它似乎更接近典型地与PD活动相关的图形,诸如图4和5的图形。不管怎样,在 0°的尖峰21仍然能够按照本发明被识别。
[0151] 为了重新检验该初期故障被恰当地定位,传感器沿同一方向被移动,即,再次向着 近端,到达在6、5、4和3米处的位置。图12到15示出与有线传感器有关的PD图形。尖峰21和双 尖峰22再次能够容易被识别,而尖峰21有增加的相位,分别为约19°、95°、142°、152°。W上 所述证明,初期故障已经被超越,并被定位在约8和7米之间的位置。
[0152] 电脉冲在该位置附近挪动的更短的距离上被重新获取,而该PD图形确认上面的判 据,就是说,当初期故障被接近时,尖峰向相位0°移动,而当远离初期故障时,移向相位 180。。
[0153] 电缆的长度L2的短的部分,其后在离近端从5.75米到8.25米的距离上被切下(约 2,5米长),W便包括示出尖峰21非常接近0°的点。上面讨论的在7米处(如按图11)更多特征 的表现,暗示找到与离近端8米处相比更接近于离近端7米处的缺陷的可能性。
[0154] 然后,电缆的长度L2=2.5m的切割部分被视觉检查,并发现在约7.0^11处的缺陷, 即,离7米处5cm,就是说,在用本发明的方法已经假定的位置上。该缺陷由电缆的绝缘层和 外半导体层之间的3mm直径的气泡构成。
[0155] 回想起反射计量技术指出缺陷在离第二绕线架的内部端166-167m处,即,在上面 坐标系统的5-6米处。因此,反射计量技术在运个电缆长度的量上,有1-2米的不精确性。

Claims (14)

1. 一种定位交流配电系统(10)中产生部分放电的初期故障的方法,包括如下步骤: 检测由该系统(10)产生的PD图形(pC)中至少一个尖峰(21); 获取该系统中交流电源的电压波(kV); 检测该尖峰(21)相对于交流电源的电压(kV)的相位(φ ); 定位(160)初期故障(20)在该相位(φ)是在预定阈值(φ0)以下的地方。
2. 按照权利要求1的方法,其中该预定阈值((ρ0 )小于或等于10°。
3. 按照权利要求2的方法,其中该预定阈值(φ0)小于或等于5°。
4. 按照权利要求1的方法,其中初期故障被定位在长度短于2.5m的配电系统部分(L2) 中。
5. 按照权利要求4的方法,其中初期故障被定位在长度短于lm的配电系统部分(L2)中。
6. 按照权利要求1的方法,包括步骤:选择开始检测位置,并且只要该相位下降,就顺着 该配电系统沿第一方向选择(173、174、120)至少一个随后的检测位置;以及如果该相位增 加,则沿与第一方向相反的第二方向,选择(176、177、120)至少一个随后的第二检测位置。
7. 按照权利要求6的方法,包括随着相位下降,降低接连的位置之间的距离的步骤。
8. 按照权利要求6的方法,包括当彼此接连的连续位置所顺着的方向被反转时,降低接 连的位置之间的距离的步骤。
9. 按照权利要求1的方法,包括借助常用技术,粗略地定位配电系统的部分中的该初期 故障的预先步骤(110)。
10. 按照权利要求1的方法,包括提供多个PD图形的步骤,所述提供多个PD图形的步骤 包括在每一检测位置中,检测(130)可能表示部分放电的电脉冲。
11. 按照权利要求10的方法,其中该检测(130)电脉冲的步骤持续从10到60秒的选定的 运行时间。
12. 按照权利要求11的方法,其中该检测(130)电脉冲的步骤持续从15到30秒的选定的 运行时间。
13. -种用于定位交流配电系统(10)中产生部分放电的初期故障(20)的设备(30),包 括:至少一个电脉冲传感器;用于获取与配电系统的电源的同步信号的装置;以及适合完成 权利要求1的方法的步骤的模块。
14. 按照权利要求13的设备(30),其中用于获取同步信号的装置是无触点探针。
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