CN105004973B - 双端测量架空绝缘线局部放电定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利是关于一种通过脉冲注入进行双端对时的架空绝缘线局部放电定位系统及方法。此装置主要包括以下单元，多功能传感器单元、发射单元，反射单元。其中多功能传感器采用环形线圈以及铜箔电极分压器结构。发射单元通过多功能传感器注入脉冲至架空绝缘线，该信号传播至反射单元并触发反射单元通过多功能传感器注入脉冲至架空绝缘线，该信号反射回发射端。本发明专利能够通过注入信号对双端仪器进行实践校准，因为可以有效测量局部放电源的位置，进而提高架空绝缘线配电线路的安全性和可靠性。

Description

双端测量架空绝缘线局部放电定位系统及方法

【技术领域】

本发明专利涉及架空电缆局部放电带电检测技术及其应用领域，涉及一种双端测量架空绝缘线局部放电定位系统及方法。

【背景技术】

20世纪60年代开始，架空绝缘电缆(简称架空电缆)开始在世界范围内使用。由于架空电缆相对于架空裸线，具有绝缘性能好、受腐蚀程度小、简化杆塔结构和缩小线路走廊等等方面的优点，架空电缆在我国的城网改造中已经开始逐步取代架空裸线，在我国配电网中得到广泛的应用。

架空电缆常常架设在人口密集的繁华地区以及线路走廊狭小、树木生长较快、污秽严重的地方，假设环境较为复杂，此外由于架空电缆本身结构的特点，架空电缆易发生雷击事故，造成架空电缆绝缘受损，严重时候造成断线事故；此外，特殊的天气情况，走廊周围的树木生长过快造成树枝对架空电缆进行倚靠以及其他的一些外部应力作用都有可能造成绝缘劣化，在绝缘劣化处就会产生局部放电，并最终导致整个绝缘失效。及时发现线路局部放电点对配电网的安全、可靠运行具有重要的意义。

架空电缆的局部放电检测是检测架空电缆绝缘状态的有效技术手段之一，得到业界广泛认可。局部放电的带电检测由于具有检测时无需停电，检测数据可以真实反映架空电缆的运行状态的特点，备受关注。

芬兰研究者通过柔性罗氏线圈测量数公里架空绝缘线上的局部放电信号，并通过相关算法进行局部放电源的定位。而在过去几年中，国内尚未出现相关研究的报道。

【发明内容】

本发明专利提供了一种双端测量架空绝缘线局部放电定位系统及方法，实现带电测量出架空绝缘线中是否存在局部放电，并通过双端的测量定位出局部放电源在测量区间的位置，减小了线路问题点的查找工作，大大提高了架空绝缘线路的可靠性和安全性，对架空绝缘线配电线路的预防性维护具有重要意义。

本发明采用以下技术方案：

双端测量架空绝缘线局部放电定位系统，包括第一传感器和第二传感器、发射单元，以及反射单元；所述第一传感器和第二传感器分别设置在待测的架空绝缘线两端，发射单元和反射单元分别与第一传感器和第二传感器相连；所述发射单元和反射单元通过注入脉冲的方式进行时间校准。

所述第一传感器包括绝缘外壳，在该绝缘外壳内安装有线圈、支撑线圈的线圈骨架，以及脉冲检测单元；所述绝缘外壳的端部分别连接有BNC接头和航空接头，所述BNC接头与脉冲检测单元相连，所述航空接头与线圈连接。

所述线圈由漆包线均匀密绕在非导磁材料线圈骨架上，且将绕组末端从骨架中心穿过返回首端，形成返回匝。

所述脉冲检测单元包括内铜箔和外铜箔，内铜箔放置于线圈内侧，外铜箔放置于线圈外侧。

所述内铜箔和外铜箔长度相等，宽度小于线圈骨架的高度。

所述发射单元包括高压模块、控制单元、驱动单元、脉冲产生单元，滤波单元，以及数据采集单元；所述高压模块用于产生直流高压电,并与脉冲产生单元直接连接；所述控制单元由单片机产生触发脉冲并经过驱动单元控制脉冲产生单元的开关状态，所述脉冲产生单元连接至第一传感器的航空接头；所述滤波单元与第一传感器的BNC接头连接。

所述反射单元主要由高压模块、控制单元、驱动单元、脉冲产生单元、滤波单元、数据采集单元、比较单元以及延迟单元组成；所述高压模块用于产生直流高压电,并与脉冲产生单元直接连接；所述控制单元由单片机产生触发脉冲并经过驱动单元控制脉冲产生单元的开关状态，所述脉冲产生单元连接至第二传感器的航空接头；所述滤波单元与第二传感器的BNC接头连接；所述比较单元为单稳态触发装置，将数据采集单元的波形进行比较，若到达阈值并判断为接收到发射单元注入的脉冲，则产生触发信号至延迟单元产生固定时延，触发控制单元动作。

一种双端测量架空绝缘线局部放电定位方法，首先通过注入脉冲的方式对架空绝缘线两端进行时间校准，然后启动定位检测，即，当架空绝缘线发生局放时，会有较大幅值的脉冲被注入到架空绝缘线中，此时，反射单元接收到该脉冲后，触发一个高压脉冲，被传播至反射单元，最后，通过计算局放放电源距离发射单元的距离即可确定局放的发生位置。

通过注入脉冲的方式对架空绝缘线两端进行时间校准的方法为：由发射单元发射一个脉冲信号到架空绝缘线中，反射单元接收到该脉冲信号后，触发一个高压脉冲返回至发射单元；将发射单元发出脉冲的时间记作t1，将反射单元接收到该信号的时间记作t2，则t2为反射单元时间校准后的起始时间，t1+T为发射单元时间校准后的起始时间，则双端系统数据同步，其中，T为脉冲信号传播测量区间单程的时间。

当反射单元接收到脉冲信号后，首先经过一个固定延时，然后才触发高压脉冲。

所述脉冲信号传播测量区间单程时间T确定的方法为：将发射单元发出脉冲的时间记作t1，将反射单元接收到该信号的时间记作t2，将反射端注入脉冲信号的时间记作t3，将发射端接收到反射端的注入信号时间记作t4，则脉冲信号传播测量区间单程时间T＝(t4-t1-t3+t2)/2。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明在测量前，首先进行时间校准，之后，在待测的架空绝缘线两端分别放置两个传感器，两个传感器分别连接有发射单元和反射单元，这样，当架空绝缘线发生局放时，就会有较大幅值的脉冲信号被注入到架空绝缘线中，通过脉冲信号的传播确定局放发生的位置。

【附图说明】

以上所述仅是本发明专利方案概述，为了更清楚说明本发明专利的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明专利作详细说明。

图1为本发明专利基于脉冲注入对时的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统的系统构成图。

图2为本发明专利基于脉冲注入对时的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统的多功能传感器的结构示意图。

图3为本发明专利基于脉冲注入对时的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统的发射单元的系统构成图。

图4为本发明专利基于脉冲注入对时的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统的反射单元的系统构成图。

图5为本发明专利基于脉冲注入对时的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统的一个实施例采集信号：(a)(b)分别为发射端和反射端的采集到的信号。

图6为本发明专利基于脉冲注入对时的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统的一个实施例定位结果。

【具体实施方式】

本发明专利基于脉冲注入对时的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统，可以带电测量出架空绝缘线中是否存在局部放电，并通过双端的测量定位出局部放电源在测量区间的位置，减小了线路问题点的查找工作，大大提高了架空绝缘线路的可靠性和安全性，对架空绝缘线配电线路的预防性维护具有重要意义。

本发明专利涉及一种基于脉冲注入对时的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统，其基本原理基于脉冲注入同步双端仪器以及局部放电到达双端的时间差。该系统主要由两个相同的第一传感器11和第二传感器12、发射单元13和反射单元14构成。发射单元13通过第一传感器11发射一个脉冲信号到架空绝缘线中，该信号传播至反射单元14并通过第二传感器12接收该信号并触发产生一个高压脉冲返回至发射单元13。将发射单元13发出脉冲的时间记作t1，将反射单元14接收到该信号的时间记作t2,则将t2为时间校准后反射单元的起始时间，t1+T为时间校准后发射单元13的起始时间，双端系统数据同步，其中T为脉冲信号传播测量区间单程的时间。

设某一个局部放电信号传播至发射单元13和反射单元14的时间分别为t5和t6，则局部放电源距离发射单元13的距离可以表示为：

其中，L为测量区间的架空绝缘线总长度，v为脉冲波速，通过v＝L/T可以计算得到。

所述第一和第二传感器11、12完全相同，主要由环形线圈21、线圈骨架22、脉冲检测单元23以及绝缘外壳24组成。所述环形线圈21由漆包线均匀密绕在非导磁材料线圈骨架22上，且将绕组末端从骨架中心穿过返回首端，形成返回匝，在一个实施例中，非导磁材料骨架选用聚乙烯材料，内、外径分别为7cm和11cm，缠绕匝数为150匝。所述脉冲检测单元23由两片铜箔电极——内铜箔25和外铜箔26构成。内铜箔25放置于环形线圈21内侧，外铜箔26放置于环形线圈21外侧。所述内铜箔25和外铜箔26长度相等，宽度略小于线圈骨架的高度，在一个实施例中，铜箔的长度选取25cm，宽度为1.2cm。所述环形线圈21、线圈骨架22以及脉冲检测单元23均固定放置在绝缘外壳24中。所述线圈骨架22和绝缘外壳24的同一侧均开有3cm宽度的间隙。所述绝缘外壳24端部分别连接两个连接件：BNC接头27和航空接头28。BNC接头27连接脉冲检测单元23，航空接头28连接环形线圈21。

所述发射单元13由高压模块31、控制单元32、驱动单元33、脉冲产生单元34、滤波单元35和数据采集单元36构成。所述高压模块31产生1kV直流高压电，并与脉冲产生单元34直接连接。所述控制单元32由单片机产生触发脉冲并经过驱动单元33控制脉冲产生单元34的开关状态。所述的触发脉冲每秒产生1个。所述脉冲产生单元34由电容电阻电感串联电路构成。其中所述电感为环形线圈21。所述脉冲产生单元34连接至多功能传感器11的航空接头28处，在一个实施例中，电阻选取25欧姆，电容选取500pF。所述滤波单元35为带通滤波器，主要由高速运算放大器组成，其低频截止频率不低于20kHz，不高于100kHz，其高频截止频率不低于20MHz。所述滤波单元35与第一传感器11的BNC接头27连接。所述数据采集单元36为高速数据采集卡，其采样率不低于520Msample/s。

所述反射单元14主要由高压模块41、控制单元42、驱动单元43、脉冲产生单元44、滤波单元45、数据采集单元46、比较单元47以及延迟单元48组成。所述高压模块41、控制单元42、驱动单元43、脉冲产生单元44、滤波单元45、数据采集单元46均与发射单元13中高压模块31、控制单元32、驱动单元33、脉冲产生单元34、滤波单元35、数据采集单元36相同。所述比较单元47为单稳态触发装置，将数据采集单元46的波形进行比较，若到达阈值并判断为接收到发射单元13注入的脉冲，则产生触发信号至延迟单元48产生固定时延，触发控制单元42动作。所述脉冲产生单元44通过航空接头28连接至多功能传感器12，所述滤波单元通过BNC接头27连接至多功能传感器12。

开始测量前，将第一传感器11与发射单元13连接并将第一传感器11悬挂于测量点架空绝缘线上，将第二传感器12与反射单元(14)连接并悬挂在另一测量点的架空绝缘线上。开始测量后，根据电磁感应定律，较大幅值的脉冲被注入到架空绝缘线中，传播至反射单元14处，随后经过一个固定时延，反射单元14注入脉冲传播至发射单元13处,一个测量过程结束。在该过程中，局部放电随机发生。第一和第二传感器11、12通过电容分压原理，可以拾取注入的脉冲信号以及局部放电信号。如图5所示本发明的一个实施例中，所测得的注入信号超过量程，其他脉冲为局部放电信号。

双端数据经过从新设定起始时间而进行双端对时后，得到如图6所示的实施例局部放电定位结果。

采用以上实施例后，本发明专利至少具有如下优点：

1、本发明专利通过脉冲注入方法，可以简单进行双端测量系统的时间校准，精度较高，能够对架空绝缘线中局部放电点进行精确的定位。

2、本发明专利通过脉冲注入方法而未使用GPS等校准设备，体积小，重量轻，易于检测人员携带，现场测量过程方便。

3、本发明专利与所测量的架空绝缘线电气隔离，具有较高的绝缘强度，安全可靠。

Claims (5)

1.双端测量架空绝缘线局部放电定位系统，其特征在于：包括第一传感器(11)和第二传感器(12)、发射单元(13)，以及反射单元(14)；所述第一传感器和第二传感器分别设置在待测的架空绝缘线两端，发射单元和反射单元分别与第一传感器和第二传感器相连；所述发射单元和反射单元通过注入脉冲的方式进行时间校准；所述第一传感器包括绝缘外壳(24)，在该绝缘外壳内安装有线圈(21)、支撑线圈的线圈骨架(22)，以及脉冲检测单元(23)；所述绝缘外壳(24)的端部分别连接有BNC接头(27)和航空接头(28)，所述BNC接头(27)与脉冲检测单元相连，所述航空接头与线圈连接；所述反射单元(14)主要由高压模块(41)、控制单元(42)、驱动单元(43)、脉冲产生单元(44)、滤波单元(45)、数据采集单元(46)、比较单元(47)以及延迟单元(48)组成；所述高压模块(41)用于产生直流高压电,并与脉冲产生单元(44)直接连接；所述控制单元(42)由单片机产生触发脉冲并经过驱动单元(43)控制脉冲产生单元(44)的开关状态，所述脉冲产生单元(44)连接至第二传感器(12)的航空接头(28)；所述滤波单元(45)与第二传感器(12)的BNC接头(27)连接；所述比较单元(47)为单稳态触发装置，将数据采集单元(46)的波形进行比较，若到达阈值并判断为接收到发射单元(13)注入的脉冲，则产生触发信号至延迟单元(48)产生固定时延，触发控制单元(42)动作。

2.根据权利要求1所述的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统，其特征在于：所述线圈(21)由漆包线均匀密绕在非导磁材料线圈骨架(22)上，且将绕组末端从骨架中心穿过返回首端，形成返回匝。

3.根据权利要求1或2所述的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统，其特征在于：所述脉冲检测单元(23)包括内铜箔(25)和外铜箔(26)，内铜箔(25)放置于线圈内侧，外铜箔(26)放置于线圈外侧。

4.根据权利要求3所述的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统，其特征在于：所述内铜箔(25)和外铜箔(26)长度相等，宽度小于线圈骨架的高度。

5.根据权利要求1所述的双端测量架空绝缘线局部放电定位系统，其特征在于：所述发射单元包括高压模块(31)、控制单元(32)、驱动单元(33)、脉冲产生单元(34)，滤波单元(35)，以及数据采集单元(36)；所述高压模块(31)用于产生直流高压电,并与脉冲产生单元(34)直接连接；所述控制单元(32)由单片机产生触发脉冲并经过驱动单元(33)控制脉冲产生单元(34)的开关状态，所述脉冲产生单元(34)连接至第一传感器(11)的航空接头(28)；所述滤波单元(35)与第一传感器(11)的BNC接头(27)连接。