CN103969556A

CN103969556A - 电缆附件绝缘带电检测装置

Info

Publication number: CN103969556A
Application number: CN201410095139.9A
Authority: CN
Inventors: 钱勇; 陈孝信; 舒博; 李嫣然; 巍翀; 张一鸣; 盛戈皞; 江秀臣
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-08-06

Abstract

本发明公开了一种电缆附件绝缘带电检测装置，包括传感器、系统机箱、便携主机和检测软件系统，所述的传感器包括两个高频电流传感器、一个特高频传感器和一个超声传感器；耦合电缆附件中的局部放电信号送入所述的系统机箱；所述的系统机箱由信号调理单元、数据采集单元、综合电源单元和开关电路构成，系统机箱完成对局部放电信号的前置调理、采样处理和数据传输；所述的系统机箱和便携主机之间通过USB通信线进行连接；所述的便携主机搭载所述的检测软件系统，对局部放电数据进行处理、分析诊断，并建立局部放电数据库。本发明提高电缆附件局部放电带电检测的灵敏度、信噪比和抗干扰能力，实现对现场信号的实时自动处理，给出现场诊断分析结果。

Description

电缆附件绝缘带电检测装置

技术领域

本发明涉及电缆设备检测，特别是一种电缆附件绝缘带电检测装置。

技术背景

电力电缆是电力系统的重要组成部分，交联聚乙烯电缆（简称为XLPE电缆）因为其绝缘性能良好、介电损耗系数小、耐高温、占用空间小和安装维护方便等优点，已经被广泛地应用于城镇的输配电网中。当XLPE电缆绝缘内部存在缺陷时，会导致电缆内部局部放电的发生，加剧绝缘的老化，进而引起绝缘故障，影响电缆的安全可靠运行。由于XLPE电缆多采用地下敷设的方式，更增加了判断电缆工作状态正常与否的难度。传统的常规性预防试验周期长，不能及时有效地发现电缆故障，随着电缆在电力网络中的广泛应用，单一的定期检修模式已经不再能够满足电缆检修的需要。因此，如何快速有效地判断电缆的绝缘状况，及时准确地诊断电缆的绝缘故障，具有非常重要的现实意义。

通过检测电缆内部的局部放电水平，可以间接地反映XLPE电缆的绝缘状况，是一种有效的电缆绝缘缺陷检测手段。根据统计，电缆发生的绝缘故障中，绝大部分发生在电缆附件上，因而，对电缆局部放电的检测目前主要集中在检测电缆附件内部的局部放电水平。目前用于检测电缆附件内部局部放电的方法主要有高频法、特高频法和超声法，由于电缆及其附件运行的现场背景干扰情况复杂，采用单一的检测方法对电缆附件进行检测时，经常发生误判的情况，为了解决这个问题，实际应用中通常需要结合多种检测仪器的结果进行综合分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆附件绝缘带电检测装置，该装置综合多个传感器的检测信息，使得各传感器的优势互补，增强了局放检测的抗干扰能力和检测效率，具有很好的实用价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种电缆附件绝缘带电检测装置，包括传感器、系统机箱、便携主机和检测软件系统，其特点在于：

所述的传感器包括两个高频电流传感器、一个特高频传感器和一个超声传感器；耦合电缆附件中的局部放电信号送入所述的系统机箱；

所述的系统机箱由信号调理单元、数据采集单元、综合电源单元和开关电路构成，系统机箱完成对局部放电信号的前置调理、采样处理和数据传输；所述的系统机箱和便携主机之间通过USB通信线进行连接；

所述的便携主机搭载所述的检测软件系统，对局部放电数据进行处理、分析诊断，并建立局部放电数据库。

所述的信号调理单元包括2个HFCT放大器、1个UHF放大器和1个AE放大器，所述的2个HFCT放大器的输入端分别接所述的2个高频电流传感器的输出端、所述的UHF放大器的输入端接所述的特高频传感器的输出端，所述的AE放大器的输入端接所述的超声传感器的输出端，所述的开关电路是具有4个输入端和2个输出端的双通道转换开关，所述的2个HFCT放大器、1个UHF放大器和1个AE放大器的输出端分别接所述的开关电路的四个输入端，传感器信号中自由配置2个采集通道，实现2个采集通道对电缆设备的同时在线检测

所述的数据采集单元为高速采集卡，，负责实现系统局放信号的采集，具有双通道100MS/s的采样率，50MHz采样带宽，8‐bit分辨率，采用USB总线与所述的便携主机相连，将局放数据送便携主机分析处理。

所述的综合电源单元包含变压器、电源模块和工频相位模块，变压器的输入为外加工频电压，变压器的输出与电源模块相连，电源模块有两路输出，一路输出为直流，为开关电路提供电源供给，另一路输出为工频正弦电压信号，作为工频相位模块的输入，工频相位模块根据外加的工频正弦电压产生一个与之同步的触发脉冲,作为数据采集单元的外同步触发源。

所述的检测软件的功能包括对测试信息的管理、采样模式与采样参数的配置、局放数据的处理、局放特征的提取、局放结果的诊断分析、数据图谱显示、局放数据库的建立等内容，并提供友好的用户界面。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）通过多个传感器的信息综合，整体提高电缆附件局部放电带电检测的灵敏度、信噪比和抗干扰能力。

（2）检测装置配有检测软件，可以实现对现场信号的实时自动处理，给出现场诊断分析结果。同时，软件系统通过人性化的人机交互界面，可以对检测模式、采样参数和测试信息等进行灵活的选择与配置。

（3）检测软件同时建立历史数据库，以方便人员对数据进行进一步的查阅分析。本发明结构紧凑、使用简便，可以快速有效地实现对电缆附件的绝缘带电检测。

附图说明

图1是本发明电缆附件绝缘带电检测装置的硬件结构示意图；

图2是本发明中检测系统软件功能结构框图；

图3是本发明中检测软件模式界面，其中(a)为实时诊断模式，(b)为连续采样模式；

图4是检测装置的数据处理过程。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

1、局部放电传感器包括高频电流传感器、特高频传感器和超声传感器，本实施例中，高频电流传感器（HFCT）采用Rogowski线圈，为外置钳式结构，传递函数5.0Ω，检测频带为120kHz～40MHz，应用于现场检测的高频电流传感器安装在电缆附件的接地线上或电缆附件附近的电缆本体上，可以获取电缆附件局部放电时的高频电流信号；特高频（UHF）传感器采用外置式微带天线结构，检测频带为500MHz—1.5GHz，应用于现场检测的特高频传感器安装在电缆附件的附近，可以检测到电缆附件周围空间中由局部放电激发的特高频电磁波信号；声发射（AE）传感器采用空气耦合方式的超声传感器，额定频率为40kHz，检测带宽6kHz，检测灵敏度-46dB，应用于现场检测的超声传感器安装在电缆附件的附近，可以检测到电缆附件周围空气中由局部放电激发的超声波信号。

本发明在4路传感器信号中自由配置2个采集通道，实现2个采集通道对电缆设备的同时在线检测。

2、系统机箱主要由信号调理单元1、数据采集单元2、综合电源单元3和开关电路4构成。系统机箱的硬件结构图，如图3所示。信号调理单元包括2个HFCT放大器、1个UHF放大器和1个AE放大器。HFCT放大器对HFCT传感器耦合的高频脉冲电流信号进行前置滤波和增益后输出；UHF放大器对UHF传感器耦合的特高频信号进行前置滤波、增益及检波之后输出；AE放大器对AE传感器耦合的超声波信号进行前置滤波和增益之后输出。

数据采集单元为基于高速采集卡的数据采集平台，采用USB总线模式，具有双通道100MS/s的采样率，50MHz采样带宽，8-bit分辨率，负责实现系统局放信号的采集，并将局放数据送回便携主机分析处理。

综合电源单元为检测装置提供可靠稳定的电源供给，外加工频电压220V±30%。综合电源单元除了供电的功能之外，还有相位同步的功能，如图1所示，综合电源单元内部包含变压器、电源模块和工频相位模块。外加工频电压220V±30%作为变压器的输入，变压器对工频电压进行转换，转换之后的输出发送到电源模块，电源模块产生一路直流输出电压+9V，给开关电路供电，电源模块另外输出一路工频正弦电压信号，送给工频相位模块，由工频相位模块产生一个与之同步的触发脉冲，用作数据采集单元的外同步触发源。

所述的开关电路为手动切换。

3、采用便携笔记本电脑作为便携主机，作为搭载检测软件系统的硬件平台，使用及携带方便。便携主机与系统机箱之间通过USB通信线连接。

检测软件系统包括数据采集控制模块、数据分析与诊断模块、测试信息处理模块和数据库。检测软件系统负责完成对测试信息的管理、采样模式与采样参数的配置、局放数据的处理、局放特征的提取和局放检测结果的诊断分析。检测软件的功能结构框图如图2所示。

1、数据采集控制模块负责管理装置的数据采集系统，并对数据采集参数进行配置。本发明的检测模式分为实时诊断模式和连续采样模式，实时诊断模式中，软件按照指定采样次数实时采集数据，显示实时诊断图，达到指定采样次数后自动停止采样，给出诊断结论。连续采样模式中，软件仅采集原始数据而不做其它处理，直接将原始波形实时显示。检测软件根据用户的要求可以在两种检测模式中自由切换，如图3所示。

为满足系统实时性的要求，软件的采集流程控制采用多线程设计，在系统采集过程中，软件需要及时响应用户的输入，并实时与主界面交互，显示系统当前的信息和状态，包括采集的数据，采样的状态，测试的信息显示等。

2、数据分析与诊断模块可以实现对数据的自动分析与处理，处理过程如图4所示。在现场检测中，影响局部放电的干扰大致可以分为窄带干扰、白噪声干扰和脉冲型干扰。针对这三种类型的干扰，可以分别采用基于FFT的窄带干扰抑制算法、基于小波的消噪算法和基于神经网络(NN)的滤波算法等。

在大量模型实验和实际数据测试的基础上，软件系统地提取出局部放电各种类型的特征参数，构建各种缺陷对应的局部放电指纹特征库。局部放电的基本特征参数主要有最大放电量MaxQ、平均放电量AvgQ、平均放电电流Ｉ、均方率D、NQN等10余种。在系统判断有局放现象存在时，软件将自动进行局放类型判别，判断局放类型一般根据局部放电相位分布图谱进行，局部放电相位分布图谱主要有最大放电量相位分布H_qmax(φ)、平均放电量相位分布H_qn(φ)、放电次数相位分布H_n(φ)、局部放电幅值分布H(q)和局部放电能量分布H(p)共五种二维放电谱图,以及一种三维放电谱图H_n(φ,q)，不同类型的绝缘缺陷产生的局放在相位分布图谱上有较为明显的差别，通过实验室模拟试验建立的指纹库可以作为现场检测缺陷识别的参考。检测软件在诊断分析模式下，提供诊断结果，并将诊断图谱输出显示，以方便人员对测试诊断结果的分析。

3、软件测试信息处理模块负责对测试信息由用户录入，并可保存为数据文件，便于以后的分析和测试报告的生成。对现场检测信息的有效管理，为采样数据的详细分析提供了帮助。在实时诊断模式下，检测软件可以根据测试信息自动生成测试报告。

4、检测软件对采样数据建立局部放电数据库，实现对检测数据的有效管理。用户可以通过软件方便地查询历史数据，查看原始数据、诊断数据。软件同时提供对数据的对比分析功能，可以比较多根电缆的诊断数据，为判断整个测试站内电缆局部放电状况提供支持。

实施例

当电缆或电缆附件内发生局部放电时，会有高频脉冲电流从局放源沿电缆高压导体和电缆接地线传播，同时从局放源向外激发出特高频电磁波和超声信号。对被测电缆进行局部放电检测时，将高频电流传感器安装于电缆本体或接地线上，特高频传感器和超声传感器置于电缆附件附近。当被测电缆内部发生局部放电时，放电信号被传感器耦合到，并传回到检测系统机箱。系统机箱对局放信号前置调理后，采样处理，并通过USB数据接口送到系统便携主机作进一步的分析诊断。便携主机通过系统软件实现对原始采样数据的处理、数据特征参数分析、数据存储方式、数据显示、查询和数据诊断等内容，给出电缆的诊断结果。

数据采集控制模块负责管理装置的数据采集，并对数据采集参数进行配置，采样后的局部放电数据在软件界面显示，并存入原始数据库。数据分析与诊断模块中，局部放电数据经过数字滤波处理、提取特征参数，送到特征数据库，通过专家诊断系统，给出诊断结果。测试信息处理模块负责管理现场测试的基本信息。局部放电数据库实现对局部放电数据的可靠高效管理，用户可以由软件方便地查询历史数据，查看原始数据、诊断数据，比对多条电缆线路的历史数据，为给出更为全面的诊断分析结果提供帮助。

应用电缆附件局部放电带电检测装置的现场测试方案如下：

1、对于110kV电压等级以上的高压电缆线路，现场一般是单芯结构，各相电缆的接地线分别接地，这时可以在三相各自的接地线上安装高频电流传感器，并将特高频传感器和超声传感器安装在电缆附件的附近。

2、对于110kV电压等级以下的中低压电缆线路，一般采用三芯结构，此时可在三相终端本体或接地线上套接高频电流传感器，并将特高频传感器和超声传感器安装在电缆附件的附近。

Claims

1.一种电缆附件绝缘带电检测装置，包括传感器、系统机箱、便携主机和检测软件系统，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的电缆附件绝缘带电检测装置，其特征在于，所述的信号调理单元包括2个HFCT放大器、1个UHF放大器和1个AE放大器，所述的2个HFCT放大器的输入端分别接所述的2个高频电流传感器的输出端、所述的UHF放大器的输入端接所述的特高频传感器的输出端，所述的AE放大器的输入端接所述的超声传感器的输出端，所述的开关电路是具有4个输入端和2个输出端的双通道转换开关，所述的2个HFCT放大器、1个UHF放大器和1个AE放大器的输出端分别接所述的开关电路的四个输入端，传感器信号中自由配置2个采集通道，实现2个采集通道对电缆设备的同时在线检测

3.根据权利要求1所述的电缆附件绝缘带电检测装置，其特征在于，所述的综合电源单元包含变压器、电源模块和工频相位模块，变压器的输入为外加工频电压，变压器的输出与电源模块相连，电源模块有两路输出，一路输出为直流，为开关电路提供电源供给，另一路输出为工频正弦电压信号，作为工频相位模块的输入，工频相位模块根据外加的工频正弦电压产生一个与之同步的触发脉冲,作为数据采集单元的外同步触发源。

4.根据权利1所述的电缆附件的绝缘带电检测装置，其特征在于所述的检测软件的功能包括对测试信息的管理、采样模式与采样参数的配置、局放数据的处理、局放特征的提取、局放结果的诊断分析、数据图谱显示、局放数据库的建立等内容，并提供友好的用户界面。