CN103884968A - 基于gps同步授时的xlpe电缆局部放电定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于GPS同步授时的XLPE电缆局部放电定位方法，包括①将第一高频传感器和第二高频高频传感器的一端分别接在待测电缆两端接头的接地线上；②将第一高频传感器和第二高频高频传感器的另一端分别与XLPE电缆局部放电检测定位主机和XLPE电缆局部放电检测定位从机相连；③启动系统；④同步计数、同步采集待测电缆两端接头接地线的脉冲信号；⑤采集待测电缆一端的脉冲波形数据；⑥同步采集待测电缆另一端的脉冲波形数据；⑦对两组波形数据做相关性分析。本发明操作简单，检测速度快，使用方便，无需使电缆停电，并且不需要额外的信号发生器，从而降低了成本，适合于电缆普测工作。

Description

基于GPS同步授时的XLPE电缆局部放电定位方法

技术领域

本发明涉及局部放电定位技术领域，具体是一种用于交联聚乙烯（XLPE）电缆的基于GPS同步授时的局部放电定位方法。 

背景技术

交联聚乙烯（XLPE）电缆大量应用于城市主电网中。由于XLPE电缆制作时原材料不纯，或者由于制作工艺的问题，绝缘层可能会存在气隙、杂质或突出物，在这些存在气隙和突出物的部位极易发送局部放电；另外XLPE电缆运行环境比较恶劣，其绝缘材料易于收到侵蚀，在局部放电的作用下，会加剧绝缘材料的老化，最终导致主绝缘击穿发生故障。因此检测并定位XLPE电缆局部放电，对于及早发现故障隐患，提高电网稳定性和可靠性有重大意义。 

局部放电的检测主要有脉冲电流法、特高频检测法、高频电流检测法、超声检测法等。其中脉冲电流不适用与现场检测，特高频信号和超声信号在电缆中衰减比较严重，因此针对XLPE电缆局部放电检测通常使用高频电流检测法。局部放电产生的高频电流信号会从局部放电发生点沿电缆向两端传播，高频电流检测法通常使用高频电流传感器（HFCT）接在电缆接头的接地线上，通过检测接地线上的高频电流检测是否有局部放电发生。 

目前已有的XLPE电缆局部放电定位技术主要有两种，一种是声电联合检测法，一种是振荡波检测法。声电联合检测法同时采用超声检测法和高频电流检测法两种检测方法，利用高频电流信号和超声信号在XLPE电缆中传播速度不同，可以确定局部放电信号传来的方向，如需准确定位局部放电的位置则耗时长、操作复杂。振荡波检测法利用振荡波信号发生器替代工频的试验电源，在XLPE电缆的一端注入振荡波电压，利用振荡波电压引发缺陷产生局部放电并定位局部放电位置，缺点是需要专门的振荡波信号发生器，而且需要设备停运。 

发明内容

针对传统的XLPE电缆局部放电定位技术的上述不足，本发明提供一种基于GPS同步授时的XLPE电缆局部放电定位装置及定位方法，将单一的定位装置分 为两个，分别检测一条XLPE电缆两端电缆接头接地线上的高频电流信号，其中一个装置作为检测主机，另外一个装置作为检测从机，主机和从机通过GPS授时同步实现同步采集，从而获得同一脉冲的精确时间差，实现精确定位局部放电源。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种基于GPS同步授时的XLPE电缆局部放电定位装置，其特点在于，包括第一高频传感器、第二高频传感器、XLPE电缆局部放电检测定位主机、XLPE电缆局部放电检测定位从机和上位机； 

所述的XLPE电缆局部放电检测定位主机包括保护电路、高频放大电路、微控制单元（MCU）、GPS时钟模块、无线通讯模块、EEPROM存储器、液晶显示屏和操作面板，所述的保护电路一端与所述的第一高频传感器的一端相连，该保护电路的另一端与所述的高频放大电路相连，所述的MCU模块分别与所述的高频放大电路、GPS时钟模块、无线通讯模块、EEPROM存储器、液晶显示屏、操作面板连接，所述的EEPROM存储另一端经上位机接口与所述的上位机相连； 

所述的XLPE电缆局部放电检测定位从机包括保护电路、高频放大电路、MCU、GPS时钟模块、无线通讯模块、EEPROM存储器、液晶显示屏和操作面板，所述的保护电路一端与所述的第二高频传感器的一端相连，该保护电路的另一端与所述的高频放大电路相连，所述的MCU模块分别与所述的高频放大电路、GPS时钟模块、无线通讯模块、EEPROM存储器、液晶显示屏、操作面板连接。 

一种基于GPS同步授时的XLPE电缆局部放电定位方法，其特点在于，该方法包括如下步骤： 

①将第一高频传感器和第二高频高频传感器的一端分别接在待测电缆两端接头的接地线上； 

②将第一高频传感器和第二高频高频传感器的另一端分别与XLPE电缆局部放电检测定位主机和XLPE电缆局部放电检测定位从机相连； 

③启动系统，XLPE电缆局部放电检测定位主机发出检测命令后进入等待状态，XLPE电缆局部放电检测定位从机接收到检测命令后回复XLPE电缆局部放电检测定位主机确认收到检测命令，完成握手过程，然后也开始等待； 

④XLPE电缆局部放电检测定位主机和XLPE电缆局部放电检测定位从机完成握手过程后同步计数N个PPS脉冲，然后开始同步采集待测电缆两端接头接 地线的脉冲信号； 

⑤XLPE电缆局部放电检测定位主机采集待测电缆一端的脉冲波形数据； 

⑥XLPE电缆局部放电检测定位从机同步采集待测电缆另一端的脉冲波形数据，并通过MCU与无线通讯模块将脉冲波形数据和从GPS时间模块读取的时间戳信息传输给XLPE电缆局部放电检测定位主机； 

XLPE电缆局部放电检测定位主机的无线通讯模块接收XLPE电缆局部放电检测定位从机传输的脉冲波形数据和时间戳信息，并将其传输给XLPE电缆局部放电检测定位主机的MCU； 

⑦XLPE电缆局部放电检测定位主机的MCU对两组波形数据做相关性分析，当两者波形一致时，则计算时差并定位局部放电源； 

当两者波形无一致波时，则再次发送采集命令，重复上述采集过程，若重复10次均无一致波形，则判断局部放电源不在该段电缆内。 

XLPE电缆局部放电检测定位主机和从机都做成便于携带的手持式设备，其中都含有高速采集设备，通过连接HFCT传感器可以检测局部放电传至电缆接头接地线的高频电流信号，以此检测是否存在局部放电。 

XLPE电缆局部放电检测定位主机和从机都主要由放大电路、保护电路、MCU、GPS时钟模块、无线通讯模块、EEPROM存储器、液晶显示屏、操作面板组成。放大电路负责将采集的局部放电产生的高频电流信号放大；MCU模块对采集到脉冲数据和其时间戳进行分析，其中从机的MCU模块负责对采集到的数据进行滤波、脉冲峰值提取、加时间戳等功能，主机的MCU模块除了负责本机所采集到的数据的分析处理，还负责对从机通过无线通讯所上传的数据进行波形相关性分析、时间差计算等功能；GPS时钟模块负责提供同步采集的同步脉冲和精确时间戳；无线通讯模块负责主从机之间的控制命令和波形数据的传输；EEPROM存储器负责存储历史检测数据，并可通过数据接口上传；液晶显示屏和操作面板负责提供人机接口。 

XLPE电缆局部放电检测定位从机在进行局部放电定位时通过GPS的授时功能同步测量高频电流脉冲，将测得的脉冲波形数据通过无线通讯传输的方式传递给XLPE电缆局部放电检测定位主机进行进一步的运算。 

XLPE电缆局部放电检测定位主机在进行局部放电定位时通过无线数据通讯告知XLPE电缆局部放电检测定位从机进行同步检测，从机将检测到的脉冲波形 数据与时标信息传送到主机以后，主机（采用小波算法对从机和主机所检测的波形数据进行波形相关性分析）检测该脉冲数据与本机所检测到数据的波形相关性和时差，并根据用户设置的电缆长度定位局部放电位置，显示在人机界面上。所有的局部放电检测数据还可以通过数据连接口发送至上位机中。 

上位机可以存储XLPE电缆局部放电检测定位主机上传的局部放电检测数据，并且提供用户对数据进行查询和数据图形化显示，便于后续的分析和研究。 

系统中使用硬件滤波器和软件滤波算法去除干扰脉冲的影响。 

XLPE电缆局部放电定位的关键在于测量局部放电信号传递到主机和从机的精确时间差。本系统使用GPS同步授时实现主机和从机的同步测量，GPS可以输出一个1Hz的方波，称为PPS波。这个方波通过卫星信号进行同步，不同设备间PPS波上升沿之间的误差极小，在1μs以下，对应于一个工频周期中的0.018°，足够用来作为同步测量的信号。另外在主机和从机在检测局部放电脉冲信号的同时会对波形原始数据加时间戳，该时间戳从GPS授时模块读取，可以确保主从机之间的时间同步，保证时间差计算的精确性。 

与声电联合检测技术相比，本发明在进行XLPE电缆局部放电检测定位作业时操作简单，检测速度快，使用方便，与振荡波检测法相比，本发明在进行XLPE电缆局部放电检测定位作业时无需使电缆停电，并且不需要额外的信号发生器，从而降低了成本，适合于电缆普测工作。 

附图说明

图1为本发明基于GPS同步授时的局部放电定位装置的结构示意图。 

图2为本发明基于GPS同步授时的局部放电定位装置测量示意图。 

图3为XLPE电缆局部放电检测定位主机的结构图。 

图4为XLPE电缆局部放电检测定位从机的结构图。 

图5为基于GPS同步的测量时序。 

图6为测量流程图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明XLPE电缆局部放电检测定位系统作详细说明：本实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不 限于下述的实施例。 

如图1所示，本实施例包括：XLPE电缆局部放电检测定位主机、XLPE电缆局部放电检测定位从机与上位机。XLPE电缆局部放电检测定位主机和从机都是便于携带的手持设备，需要进行XLPE电缆局部放电检测定位时，人工携带XLPE电缆局部放电检测定位主机和从机分别至被测电缆的两端电缆接头处，将主机和从机的高频电流传感器分别接在相应位置电缆接头的接地线上。通过GPS同步授时和无线通信，由XLPE电缆局部放电检测定位主机和从机共同完成电缆局部放电检测与定位。存储的数据可传输到上位机进行进一步分析。 

如图3所示，XLPE电缆局部放电检测定位主机包括传感器、放大电路、保护电路、MCU、GPS时钟模块、无线通讯模块、存储器、液晶显示屏、操作面板。保护电路一端接在传感器，另一端与放大电路相连接，MCU模块分别与放大电路、GPS时钟模块、无线通讯模块、存储器、液晶显示屏、操作面板连接。传感器套在XLPE电缆接头接地线上，将流过XLPE电缆接头接地线上脉冲电流信号传递给保护电路。保护电路用来保护设备内部器件和人员安全，以防测量时间电缆接地线上出现较大电流，造成设备损坏和人员受伤。MCU模块接受操作面板的控制，向无线通讯模块发送通信命令，读取GPS时钟模块的时间戳信息，将计算结果显示在液晶显示屏上，并存储在EEPROM存储器中。存储在EEPROM中的数据可以通过数据接口上传至上位机。 

XLPE电缆局部放电检测定位从机在主机发出测量命令时通过GPS时钟模块的同步脉冲信号同步采集XLPE电缆另一端电缆接头接地线的脉冲信号，将脉冲电流数据和MCU从GPS时钟模块读取的脉冲时间戳信息通过无线通信发送至主机，并存储在EEPROM存储器中。 

测量过程如图6所示，XLPE电缆局部放电检测定位主机发出检测命令后进入等待状态，从机接收到检测命令后回复主机确认收到命令，完成握手过程，然后也开始等待。主机和从机从完成握手过程后同步计数N个PPS脉冲，然后开始同步采集1秒钟的脉冲波形数据。从机将检测到的脉冲波形数据和从GPS时间模块读取的时间戳信息传回XLPE电缆局部放电检测定位主机处，由主机MCU模块对两个数据进行处理，计算时间差并定位局部放电源。主机通过对波形数据做相关性分析，波形一致则计算时差，若无一致波形则自动再次发送采集命令，重复上述采集过程。若重复10次均无一致波形，则判断局部放电源不在 该段电缆内。 

本系统同步实现的原理如图5。实现的方法为在XLPE电缆局部放电检测定位主机和从机上分别安装GPS模块，用来获取同步的时钟信号。需要进行局部放电定位时，先由XLPE电缆局部放电检测定位主机等待下一个PPS脉冲，当PPS脉冲来临，用其上升沿触发控制器，对从机发出检测命令，并从下一个PPS脉冲开始对PPS脉冲计数。从机收到检测命令后，也从下一个PPS脉冲开始对PPS脉冲计数，当计数到一个预定数值时，主从机就开始同步采集高频电流信号，采集1s的数据后，对数据分析处理。从机将采集的数据通过无线传输的方式传回主机，由主机对两个数据进行处理，得到时间差和定位结果并将数据存储。 

Claims (1)

1.一种基于GPS同步授时的XLPE电缆局部放电定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

①将第一高频传感器和第二高频高频传感器的一端分别接在待测电缆两端接头的接地线上；

②将第一高频传感器和第二高频高频传感器的另一端分别与XLPE电缆局部放电检测定位主机和XLPE电缆局部放电检测定位从机相连；

③启动系统，XLPE电缆局部放电检测定位主机发出检测命令后进入等待状态，XLPE电缆局部放电检测定位从机接收到检测命令后回复XLPE电缆局部放电检测定位主机确认收到检测命令，完成握手过程，然后也开始等待；

④XLPE电缆局部放电检测定位主机和XLPE电缆局部放电检测定位从机完成握手过程后同步计数N个PPS脉冲，然后开始同步采集待测电缆两端接头接地线的脉冲信号；

⑤XLPE电缆局部放电检测定位主机采集待测电缆一端的脉冲波形数据；

⑥XLPE电缆局部放电检测定位从机同步采集待测电缆另一端的脉冲波形数据，并通过MCU与无线通讯模块将脉冲波形数据和从GPS时间模块读取的时间戳信息传输给XLPE电缆局部放电检测定位主机；

XLPE电缆局部放电检测定位主机的无线通讯模块接收XLPE电缆局部放电检测定位从机传输的脉冲波形数据和时间戳信息，并将其传输给XLPE电缆局部放电检测定位主机的MCU；

⑦XLPE电缆局部放电检测定位主机的MCU对两组波形数据做相关性分析，当两者波形一致时，则计算时差并定位局部放电源；

当两者波形无一致波时，则再次发送采集命令，重复上述采集过程，若重复10次均无一致波形，则判断局部放电源不在该段电缆内。

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