CN105021961B - 一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置及方法，该装置主要包含下述单元：发射端主机，用于产生发射端对时脉冲以及记录采样周期内所有脉冲波形；反射端主机，用于在接收到发射端产生的脉冲后触发产生一个反射端对时脉冲，并且记录采样周期内所有脉冲波形；发射端脉冲注入传感器以及反射端脉冲注入传感器，用于通过电磁感应定律将脉冲注入到架空绝缘线中；反射端脉冲检测传感器以及反射端脉冲检测传感器，用于测量架空绝缘线中的脉冲信号。其中，发射端主机包含高压脉冲产生单元、滤波单元以及数据采集单元；反射端主机包含高压脉冲产生单元、滤波单元、数据采集单元以及触发延迟单元。装置体积小，重量轻，测量时无需对供电线路断电，测量精度高，可以大大提高配电网中架空绝缘线路的稳定性、可靠性和安全性。

Description

一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置及方法

【技术领域】

本发明涉及配电线路状态监测领域，特别涉及一种用于架空绝缘线局部放电检测及定位装置及方法。

【背景技术】

近年来伴随着大规模城市电网绝缘化改造，架空绝缘线在配电网中的使用越来越多。使用架空绝缘线配电相比传统的通过架空裸导线配电具有更高的稳定性、可靠性和安全性，并且可以节省城市配电空间和运维成本。

然而，架空绝缘线绝缘层在制造过程中由于制作工艺问题可能引入一些微小的缺陷，比如气泡或者杂质，在线路运行过程中，这些气泡或者杂质处会分担更大的电压以至于产生局部放电。此外，周围树枝的长时间倚靠，雷击或者其他一些外力作用也同样会产生局部放电。局部放电不会直接造成绝缘失效，但是长时间之后会逐步劣化绝缘，最终导致断电。

因此，架空绝缘线的局部放电检测可以作为其状态检测以及预防性维护的重要手段。目前，芬兰研究人员通过柔性罗氏线圈对架空绝缘线局部放电进行测量，并且通过数学相关算法通过多点测量进行架空绝缘线局部放电点进行定位。此外，还有通过在电线杆上安装宽频天线进行局部放电监测的报道。然而，架空绝缘线中局部放电检测仍亟需解决便捷测量以及高精度定位的问题。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置及方法，基于时域脉冲注入双端测量原理，具有安全、便携、测量快速、定位准确等特点，以克服现有技术中测量系统在实践中技术方面存在的不足和困难。

本发明提供一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置，该装置主要包含下述单元：

发射端主机，用于产生发射端对时脉冲信号；

反射端主机，用于产生发射端对时脉冲信号；

发射端脉冲注入传感器与反射端脉冲注入传感器用于通过电磁感应定律将高压脉冲注入到架空绝缘线中；

发射端脉冲检测传感器与反射端脉冲注入传感器，用于对架空绝缘线中的脉冲信号进行捕捉。

所述发射端主机进一步包括：

发射端高压脉冲产生单元，用以产生高压脉冲传输给发射端脉冲注入传感器；

发射端滤波单元，用以对发射端脉冲检测传感器捕捉到的信号进行滤波；

发射端数据采集单元，用以对脉冲数据进行采集和存储。

所述反射端主机进一步包括：

反射端高压脉冲产生单元，用以产生高压脉冲传输给反射端脉冲注入传感器；

反射端滤波单元，用以对反射端脉冲检测传感器捕捉到的信号进行滤波；

反射单数据采集单元，用以对脉冲数据进行采集和存储；

触发和延迟单元，用以控制反射端高压脉冲产生单元的通断。

所述发射端脉冲注入传感器和反射端脉冲注入传感器结构相同，进一步包括：注入传感器壳体、注入传感器线圈骨架、注入传感器线圈、注入传感器连接件。

所述注入传感器壳体为高强度绝缘材料，结构为钳式开口结构；所述注入传感器骨架为高强度绝缘材料；所述注入传感器线圈为均匀密绕在注入传感器骨架上的漆包线，漆包线绕组在终端穿过绕组回到首端，形成返回匝；所述注入传感器连接件为防水两芯航空插头。

所述发射端脉冲检测传感器和反射端脉冲检测传感器结构相同，进一步包括：检测传感器壳体、检测传感器线圈骨架、检测传感器线圈、积分阻抗以及检测传感器连接件。

所述检测传感器壳体为高强度绝缘材料，结构为钳式开口结构；所述检测传感器骨架为高强度绝缘材料；所述检测传感器线圈为均匀密绕在检测传感器骨架上的漆包线，漆包线绕组在终端穿过绕组回到首端，形成返回匝；所述积分阻抗为无感电阻；所述检测传感器连接件为BNC接头。

所述发射端高压脉冲产生单元和反射端高压脉冲产生单元结构相同，均进一步包括：高压模块、高压开关、注入传感器、阻尼电阻、振荡电容、驱动电路以及控制电路。

所述高压模块电压应不低于800V，不高于5kV；所述高压开关为IGBT；所述注入传感器、阻尼电阻以及振荡电容形成RLC串联振荡电路。

所述发射端滤波单元和反射端滤波单元性能参数相同，为带通滤波器，低频截止频率为10kHz，高频截止频率为20MHz。

所述发射端数据采集单元与反射端数据采集单元性能参数相同，带宽应不低于128MHz，采样率不低于512MS/s。

所述触发和延迟单元为单稳态触发电路以及RC延迟电路。

一种架空绝缘线局部放电检测及定位方法，包括以下步骤：(1)将发射端脉冲注入传感器和发射端脉冲检测传感器固定在架空绝缘线上测量区间的一端，并分别连接到发射主机上；在测量区间另一端，将反射端脉冲注入传感器和反射端脉冲接收传感器固定在架空绝缘线上，同样分别连接到反射端主机上；(2)基于时域脉冲注入的方式对测量的两端进行对时；(3)对时完成后，设对应的局部放电脉冲在发射端和反射端记录到的时间分别为t_in和t_re，当局放发生时，通过局放放电距离发射端的距离确定局放发生的位置

步骤(2)的具体方法为：发射端首先向架空绝缘线中注入一个脉冲，反射端接收到该信号后，经过一个时间延迟，向架空绝缘线中再注入一个反射脉冲，在系统的延时△t已知的情况下，通过这两个注入脉冲之间的时间差求得脉冲波形传播测量区间单程距离需要的时间为T；以反射端收到的发射端注入的信号为绝对时间起点，将发射端发射脉冲的时间之后间隔T的时刻作为发射端的时间起点，以完成双端系统的对时。

采用这样的设计后，本发明至少具有如下优点：

1、通过检测传感器可以快速检测架空绝缘线中是否存在局部放电，基于时域脉冲注入双端测量原理的方法可以快速、精确的定位出局部放电点的位置。

2、通过电磁耦合式时域脉冲注入，在对架空绝缘线进行局部放电检测时，可以不用断电而在线检测其绝缘状态，且安装方便。

3、整体装置结构简单，重量轻，体积小，携带方便。

4、测量区间可以自由选取，具有很好的灵活性，可以检测到传统方法的检测死角。

如此，通过该装置的使用，可以大大提高配电网中架空绝缘线路运行的可靠性和安全性。

【附图说明】

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置的系统组成示意图。

图2是图1中发射端主机的结构示意图。

图3是图1中反射端主机的结构示意图。

图4是图1中发射端脉冲注入传感器和反射端脉冲注入传感器结构示意图。

图5是图1中发射端脉冲检测传感器和反射端脉冲检测传感器结构示意图。

图6是图2和图3中高压脉冲产生单元结构示意图。

图7是一个实施例中发射端记录的数据。

图8是一个实施例中反射端记录的数据。

图9是一个实施例中对局部放电定位的结果。

【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。

如图1所示，本发明提供一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置，该装置主要包含下述单元：

发射端主机11，用于产生发射端对时脉冲信号；

反射端主机12，用于产生发射端对时脉冲信号；

发射端脉冲注入传感器13与反射端脉冲注入传感器15，用于通过电磁感应定律将高压脉冲注入到架空绝缘线中；

发射端脉冲检测传感器14与反射端脉冲注入传感器16，用于对架空绝缘线中的脉冲信号进行捕捉。

当测量架空绝缘线局部放电时，选定测量区间，将发射端脉冲注入传感器和发射端脉冲检测传感器夹在架空绝缘线上测量区间的一端，并分别通过两芯电缆和同轴电缆连接到发射主机上。在测量区间另一端，将反射端脉冲注入传感器和反射端脉冲接收传感器夹在架空绝缘线上，同样分别通过两芯电缆和同轴电缆连接到反射端主机上。

如图2所示，所述发射端主机进一步包括：

发射端高压脉冲产生单元24，用以产生高压脉冲传输给发射端脉冲注入传感器22；

发射端滤波单元25，用以对发射端脉冲检测传感器23捕捉到的信号进行滤波；

发射端数据采集单元26，用以对脉冲数据进行采集和存储。

如图3所示，所述反射端主机进一步包括：

反射端高压脉冲产生单元34，用以产生高压脉冲传输给反射端脉冲注入传感器32；

反射端滤波单元35，用以对反射端脉冲检测传感器33捕捉到的信号进行滤波；

反射单数据采集单元36，用以对脉冲数据进行采集和存储；

触发和延迟单元37，用以控制反射端高压脉冲产生单元的通断。

如图4所示，所述发射端脉冲注入传感器13和反射端脉冲注入传感器15结构相同，进一步包括：注入传感器壳体41、注入传感器线圈骨架42、注入传感器线圈43、注入传感器连接件44。

所述注入传感器壳体41为高强度绝缘材料，结构为钳式开口结构；所述注入传感器骨架42为高强度绝缘材料；所述注入传感器线圈43为均匀密绕在注入传感器骨架42上的漆包线，漆包线绕组在终端穿过绕组回到首端，形成返回匝；所述注入传感器连接件44为防水两芯航空插头。在一个实施例中，注入传感器壳体和骨架都采用环氧材料，漆包线采用线径0.45mm漆包线，漆包线绕组匝数为200匝均匀密绕。

如图5所示。所述发射端脉冲检测传感器14和反射端脉冲检测传感器16结构相同，进一步包括：检测传感器壳体51、检测传感器线圈骨架52、检测传感器线圈53、积分阻抗54以及检测传感器连接件55。

所述检测传感器壳体51为高强度绝缘材料，结构为钳式开口结构；所述检测传感器骨架52为高强度绝缘材料；所述检测传感器线圈53为均匀密绕在检测传感器骨架52上的漆包线，漆包线绕组在终端穿过绕组回到首端，形成返回匝；所述积分阻抗54为无感电阻；所述检测传感器连接件55为BNC接头。在一个实施例中，注入传感器壳体和骨架都采用环氧材料，漆包线采用线径0.45mm漆包线，漆包线绕组匝数为200匝均匀密绕，积分无感电阻阻值选用1kΩ。

如图6所示，所述发射端高压脉冲产生单元24和反射端高压脉冲产生单元34结构相同，均进一步包括：高压模块61、高压开关62、注入传感器63、阻尼电阻64、振荡电容65、驱动电路66以及控制电路67。

所述高压模块61电压应不低于800V，不高于5kV；所述高压开关62为IGBT；所述注入传感器63、阻尼电阻64以及振荡电容65形成RLC串联振荡电路。在一个实施例中，高压模块电压为1kV，IGBT选用IGC07T120T6L，控制电路采用555芯片控制，振荡电路中振荡电容选用500pF，阻尼电阻为25Ω，注入传感器电感为50μH。

所述发射端滤波单元25和反射端滤波单元35性能参数相同，为带通滤波器，低频截止频率为10kHz，高频截止频率为20MHz。在一个实施例中，采用10kHz高通滤波器以及20MHz低通滤波器级联实现。

所述发射端数据采集单元26与反射端数据采集单元36性能参数相同，带宽应不低于128MHz，采样率不低于512MS/s。在一个实施例中，使用数据采集单元的带宽为256MHz，采样率为可调采样率，最高采样率可达1GS/s。

所述触发和延迟单元37为单稳态触发电路以及RC延迟电路。在一个实施例中，延迟时间设定为20μs。

如图7和图8所示，为一个实施例中，在架空绝缘线局放检测及定位过程中，发射端和反射端记录的数据。该装置工作过程为，发射端首先向架空绝缘线中注入一个脉冲，该脉冲传播至反射端所在位置，反射端接收到该信号后，经过一个时间延迟，向架空绝缘线中再注入一个反射脉冲，在系统的延时△t已知的情况下，通过这两个注入脉冲之间的时间差可以求得脉冲波形传播测量区间单程距离需要的时间为T。以反射端收到的发射端注入的信号为绝对时间起点，将发射端发射脉冲的时间之后间隔T的时刻作为发射端的时间起点，以完成双端系统的对时。对时完成后，设对应的局部放电脉冲在发射端和反射端记录到的时间分别为t_in和t_re，则可以得到局部放电距离发射端的距离可以表示为：

其中，v为脉冲的传播速度，l为反射端和发射端之间的距离。

如图9所示是一个实施例中得到的架空绝缘线局部放电点的定位结果。

以上所揭露的仅是本发明的较佳实施例而已，然不能以此来限定本发明的权利范围，本领域技术人员利用上述揭露的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置，其特征在于：该装置主要包含下述单元：

发射端主机(11)，用于产生发射端对时脉冲信号；

反射端主机(12)，用于产生反射端对时脉冲信号；

发射端脉冲注入传感器(13)与反射端脉冲注入传感器(15)用于通过电磁感应定律将高压脉冲注入到架空绝缘线中；

发射端脉冲检测传感器(14)与反射端脉冲检测传感器(16)，用于对架空绝缘线中的脉冲信号进行捕捉；

通过局放放电位置距离发射端的距离确定局放发生的位置；

所述发射端主机进一步包括：

发射端高压脉冲产生单元(24)，用以产生高压脉冲传输给发射端脉冲注入传感器(22)；

发射端滤波单元(25)，用以对发射端脉冲检测传感器(23)捕捉到的信号进行滤波；

发射端数据采集单元(26)，用以对脉冲数据进行采集和存储；

所述反射端主机进一步包括：

反射端高压脉冲产生单元(34)，用以产生高压脉冲传输给反射端脉冲注入传感器(32)；

反射端滤波单元(35)，用以对反射端脉冲检测传感器(33)捕捉到的信号进行滤波；

反射单数据采集单元(36)，用以对脉冲数据进行采集和存储；

触发和延迟单元(37)，用以控制反射端高压脉冲产生单元的通断；

所述发射端脉冲注入传感器(13)和反射端脉冲注入传感器(15)结构相同，进一步包括：注入传感器壳体(41)、注入传感器线圈骨架(42)、注入传感器线圈(43)、注入传感器连接件(44)；所述注入传感器线圈(43)为均匀密绕在注入传感器骨架(42)上的漆包线，漆包线绕组在终端穿过绕组回到首端，形成返回匝。

2.根据权利要求1所述的一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置，其特征在于：所述发射端脉冲检测传感器(14)和反射端脉冲检测传感器(16)结构相同，进一步包括：检测传感器壳体(51)、检测传感器线圈骨架(52)、检测传感器线圈(53)、积分阻抗(54)以及检测传感器连接件(55)；所述检测传感器线圈(53)为均匀密绕在检测传感器骨架(52)上的漆包线，漆包线绕组在终端穿过绕组回到首端，形成返回匝。

3.根据权利要求1所述的一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置，其特征在于：所述发射端高压脉冲产生单元(24)和反射端高压脉冲产生单元(34)结构相同，均进一步包括：串联的高压模块和高压开关，所述高压开关的输入端进一步连接有RLC串联振荡电路，所述高压开关在控制电路的控制下通过驱动电路而实现开关。

4.根据权利要求3所述的一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置，其特征在于：所述高压模块(61)电压不低于800V，不高于5kV；所述高压开关(62)为IGBT。

5.根据权利要求1所述的一种架空绝缘线局部放电检测及定位装置，其特征在于：所述发射端滤波单元(25)和反射端滤波单元(35)均为带通滤波器，低频截止频率为10kHz，高频截止频率为20MHz；所述发射端数据采集单元(26)与反射端数据采集单元(36)性能参数相同，带宽应不低于128MHz，采样率不低于512MS/s。

6.一种架空绝缘线局部放电检测及定位方法，基于权利要求1-5中任一项所述的架空绝缘线局部放电检测及定位装置，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将发射端脉冲注入传感器和发射端脉冲检测传感器固定在架空绝缘线上测量区间的一端，并分别连接到发射端主机上；在测量区间另一端，将反射端脉冲注入传感器和反射端脉冲接收传感器固定在架空绝缘线上，同样分别连接到反射端主机上；

(2)基于时域脉冲注入的方式对测量的两端进行对时；

(3)对时完成后，设对应的局部放电脉冲在发射端和反射端记录到的时间分别为t_in和t_re，当局放发生时，通过局放放电距离发射端的距离确定局放发生的位置其中，v为脉冲的传播的速度，l为发射端和反射端之间的距离。

7.根据权利要求6所述的一种架空绝缘线局部放电检测及定位方法，其特征在于：步骤(2)的具体方法为：发射端首先向架空绝缘线中注入一个脉冲，反射端接收到该脉冲信号后，经过一个时间延迟，向架空绝缘线中再注入一个反射脉冲，在系统的延时△t已知的情况下，通过这两个注入脉冲之间的时间差求得脉冲波形传播测量区间单程距离需要的时间为T；以反射端收到的发射端注入的信号为绝对时间起点，将发射端发射脉冲的时间之后间隔T的时刻作为发射端的时间起点，以完成双端系统的对时。