CN105486987A - 局部放电检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部放电检测系统。该局部放电检测系统包括：高压产生设备，连接至被测电缆，用于激发被测电缆产生阻尼振荡波；故障检测设备，与高压产生设备连接，用于对被测电缆进行局部放电检测。通过本发明，解决了相关技术中局部放电检测系统采用直流加压对电缆有损伤以及局部放电检测系统无法同时进行耐压试验的问题，进而避免了直流电压下被测电缆缺陷处积累的空间电荷对电缆绝缘造成损伤，同时实现了在局部放电检测系统中同时进行耐压试验。

Description

局部放电检测系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种局部放电检测系统。

背景技术

随着电网技术的快速发展，交联聚乙烯电缆(简称XLPE)具有良好的电性能和热性能，并且结构简单，制造周期短，工作耐受温度高，无油，敷设方便，供电安全可靠，有利于美化城市，因而被广泛地应用于电力系统的各个电压等级中。但是，交联聚乙烯电缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或者由于工艺原因在绝缘与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出，在这些气隙和杂质尖端处极易产生局部放电，同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。局部放电是电缆绝缘劣化的征兆，也是造成绝缘劣化的重要原因之一，局部放电是电力电缆运行中的一个较大的安全隐患，局部放电如果发展到一定程度将会导致绝缘击穿而造成电网事故。因此，对电力电缆及其接头进行局部放电检测和定位研究有着重要的意义和经济价值。

目前应用于电缆线路的局部放电检测方法主要包括高频局部放电检测法、超高频、超声波法、阻尼振荡波(OWTS)法等。高频局部放电检测法核心部件为罗格夫斯基线圈型电流传感器(简称罗氏线圈)，罗氏线圈从电缆接头和电缆终端的接地线或交叉互联线处耦合高频脉冲，该检测方法可以带电进行局部放电检测、携带方便、操作便捷，但是需要对电缆线路每个电缆接头、终端进行检测，对于长电缆线路进行检测较为费时、费力。阻尼振荡波法(OWTS)现已成功应用于10kV交联聚乙烯电缆线路的局部放电检测中，尚未在35kV及以上电压等级的电缆线路中推广。阻尼振荡波法(OWTS)采用直流加压方式，在电压达到预设值后通过快速闭合电气回路产生阻尼振荡波，通过阻尼振荡波对电缆及接头潜在的缺陷进行有效激发，并通过计算脉冲信号的入射波与反射波的时间差来进行局部放电源定位。该方法可以对整条电缆线路包括电缆本体及电缆接头等进行局部放电检测并定位，但是直流加压可能对交联聚乙烯电缆产生潜在危害。此外，该套设备仅进行局部放电检测，在耐压试验时需采用另外一套设备，这给耐压与局部放电试验带来了很大的不便。

针对相关技术中局部放电检测系统采用直流加压对电缆有损伤以及局部放电检测系统无法进行耐压试验的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种局部放电检测系统，以解决相关技术中局部放电检测系统采用直流加压对电缆有损伤以及局部放电检测系统无法进行耐压试验的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种局部放电检测系统。该局部放电检测系统包括：高压产生设备，连接至被测电缆，用于激发被测电缆产生阻尼振荡波；故障检测设备，与高压产生设备连接，用于对被测电缆进行局部放电检测。

进一步地，高压产生设备包括：电源电路，用于提供交流电；电流处理电路，第一端与电源电路连接，用于将交流电转化为方波信号；谐振回路；励磁变压器，该励磁变压器的第一端与电流处理电路的第二端连接，该励磁变压器的第二端与谐振回路连接。

进一步地，电流处理电路包括：整流电路，该整流电路的第一端与电源电路连接，用于将电源电路提供的交流电整流成直流电；滤波电容，与整流电路的第二端连接；逆变电路，与滤波电容相连接。

进一步地，故障检测设备包括：局部放电信号检测电路，用于检测阻尼振荡波激发被测电缆的局部放电位置产生的局部放电信号；局部放电定位电路，与局部放电信号检测电路相连接，用于定位被测电缆的局部放电位置。

进一步地，局部放电信号检测电路包括：分压器，与被测电缆连接，用于采集阻尼振荡波的电压信号；信号采集电路，与被测电缆连接，用于采集局部放电信号。

进一步地，信号采集电路包括：检测电路，与被测电缆连接，其中，该检测电路包括检测阻抗和高压耦合电容；放大电路，该放大电路的输入端与检测阻抗并联；采集卡，该采集卡的输入端与放大电路的输出端并联。

进一步地，局部放电定位电路包括：工控机，该工控机与采集卡的输出端连接，用于确定被测电缆的局部放电位置。

进一步地，该局部放电检测系统还包括：控制器，该控制器的第一端与逆变电路连接，用于当被测电缆的电压达到预设电压时，该控制器控制逆变电路短路。

进一步地，该局部放电检测系统还包括：开关电路，其中，该开关电路至少包括以下任意一种电路：刀闸开关，与电源电路连接，用于控制电源电路供电；主接触器，与电流处理电路连接；以及钥匙开关，与控制器的第二端连接。

进一步地，控制器的第三端与采集卡连接，用于产生触控信号，其中，该触控信号用于触发采集卡采集局部放电信号。

通过本发明，采用高压产生设备，连接至被测电缆，用于激发被测电缆产生阻尼振荡波；故障检测设备，与高压产生设备连接，用于对被测电缆进行局部放电检测，解决了相关技术中局部放电检测系统采用直流加压对电缆有损伤以及局部放电检测系统无法进行耐压试验的问题，进而避免了直流电压下被测电缆缺陷处积累的空间电荷对电缆绝缘的损伤，同时实现了在局部放电检测系统中进行耐压试验。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的局部放电检测系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明旨在提供一种局部放电检测系统，该系统是根据被测电缆变频串联谐振耐压的原理，即利用励磁变压器激发串联谐振回路，调节变频控制器的输出频率，使谐振回路发生串联谐振，被测电缆电压为系统的谐振电压。当被测电缆达到预定试验电压后，闭合电子开关，使谐振回路短路并开始放电，则被测电缆上产生阻尼振荡波电压，同时利用故障检测设备进行被测电缆局部放电的检测以及定位。

图1是根据本发明实施例的局部放电检测系统的示意图，如图1所示，该局部放电检测系统包括：高压产生设备10，故障检测设备20，控制器30和开关电路40。其中，高压产生设备10包括：电源电路101，电流处理电路102，谐振回路103以及励磁变压器104。故障检测设备20包括：局部放电信号检测电路201以及局部放电定位电路202。

高压产生设备10，连接至被测电缆，用于激发被测电缆产生阻尼振荡波。

该高压产生设备10具体包括：电源电路101，用于提供交流电；电流处理电路102，第一端与电源电路连接，用于将交流电转化为方波信号；谐振回路103；励磁变压器104，该励磁变压器的第一端与电流处理电路的第二端连接，该励磁变压器的第二端与谐振回路连接。

电源电路101主要向系统提供380V或者220V的交流电，该局部放电检测系统将电源电路提供的交流电交给电流处理电路102进行处理。其中该电流处理电路102具体包括：整流电路，该整流电路的第一端与电源电路101连接，主要用于将电源电路101提供的交流电整流成直流电，该整流电路通过三队整理晶闸管组成，两两串联之后进行并联；滤波电容，与整流电路的第二端连接，整流电路输出端输出的直流电充到大容量的滤波电容中；逆变电路，与滤波电容相连接，该逆变电路经由四个绝缘栅双极型晶体管IGBT组成逆变桥，使直流信号转变为方波信号。由逆变电路生成的方波信号经由励磁变压器104输出到谐振回路103，其中谐振回路103由电抗器L以及被测电缆组成。通过调节激励电压的频率使谐振回路103达到谐振状态，提高激励电压，从而使被测电缆的电压达到预设电压值。当被测电缆的电压达到预设电压值时，进行局部放电位置的检测。将谐振回路103短路，在被测电缆上得到阻尼振荡波正选电压。

故障检测设备20，与高压产生设备10连接，用于对被测电缆进行局部放电检测。

该故障检测设备20包括：局部放电信号检测电路201，用于检测阻尼振荡波激发被测电缆的局部放电位置产生的局部放电信号；局部放电定位电路202，与局部放电信号检测电路相连接，用于定位被测电缆的局部放电位置。

具体地，局部放电信号检测电路201可以包括：分压器，与被测电缆连接，用于采集阻尼振荡波的电压信号；信号采集电路，与被测电缆连接，用于采集局部放电信号。其中该信号采集电路可以包括：检测电路，与被测电缆连接，其中，该检测电路包括检测阻抗和高压耦合电容；放大电路，该放大电路的输入端与检测阻抗并联，主要用于将检测电路采集到的局部放电信号进行放大；采集卡，该采集卡的输入端与放大电路的输出端并联，采集卡中包含局部放电信号以及阻尼振荡波电压信号。

具体地，局部放电定位电路202包括：工控机，该工控机与采集卡的输出端连接，在工控机中对采集卡中的信号进行数据分析计算，对局部放电信号的放电类型以及放电位置进行判定，主要用来确定被测电缆的局部放电位置。

该局部放电检测系统对被测电缆进行交流耐压试验后通过交流阻尼振荡波采集局部放电信号，进行数据分析，判断被测电缆局部放电信号的放电类型、故障位置等。

该局部放电检测系统还包括：控制器30，该控制器的第一端与逆变电路连接，用于当被测电缆的电压达到预设电压时，该控制器控制逆变电路短路，使谐振回路发生谐振，产生阻尼振荡波。其中，控制器30的第三端与采集卡连接，用于产生触控信号，其中，该触控信号用于触发采集卡采集局部放电信号。当被测电缆的电压达到预设电压值时，控制器30首先空空逆变电路，使逆变电路相当于一个闭合开关，从而使谐振回路短路，发生谐振，使被测电压产生阻尼振荡波，分压器将该阻尼振荡波进行分压，经过取样、过滤盒保护后将该阻尼振荡波的电压信号发送给控制器，控制器收到该电压信号后向采集卡发送一个触控信号，控制采集卡开始采集阻尼振荡波电压信号。

该局部放电检测系统还可以开关电路40，其中，该开关电路至少包括以下任意一种电路：刀闸开关，与电源电路101连接，用于控制电源电路供电；主接触器，与电流处理电路连接；以及钥匙开关，与控制器的第二端连接。

上述刀闸开关与电源电路101连接，当该刀闸开关闭合时，电源电路101向局部放电检测系统提供交流电，当该刀闸开关断开时，电源电路101不会向局部放电检测系统提供交流电。当该刀闸开关闭合时，主接触器用于控制高压产生设备10，当主接触器闭合时，高压产生设备10工作，调节被测电缆的电压。当被测电缆的电压达到预设电压值时，谐振回路103发生串联谐振，被测电缆产生阻尼振荡波。钥匙开关主要用于控制控制器30，当钥匙开关闭合时，该控制器30才能实现对局部放电检测系统中其他部分的控制。在进行局部放电位置定位时，该控制器30还可以与工控机进行信号交互。实现对局部放电信号的一些参数的设定以及对局部放电信号的保护等功能。

该局部放电检测系统将每个振荡周期获得局部放电信号分解为相位相关模式，通过对被测电缆实行逐级加压的方式得到局部放电起始电压，局部放电熄灭电压和局部放电水平三个参数，并通过统计处理和分类，以便更好地识别局部放电信号，最终可以根据被测电缆或附件典型退化的例子构建局部放电测量的数据库，从而判别设备老化状况。

振荡波电压下的电缆局部放电定位原理根据电磁波传输反射原理，在局部放电处产生局部放电脉冲向电缆两端传播，在电缆端头处如果没有匹配阻抗，局部放电脉冲将在端头处反射，根据在测量端测量的第一个沿测量端传输的脉冲及经另一端反射后传回测量端脉冲的时间差即可计算出局部放电距离测量端的距离，从而定位出局部放电的部分。在振荡波电压下，每一个振荡周期根据测量局部放电时可测放电幅值及此放电脉冲经远端反射后的脉冲幅值，计算出放电距离测量端的位置。

在产生阻尼振荡波前变频谐振电源中含有较多的干扰信号，这些干扰信号幅值较大，可能是变频电源中的可控硅堆动作，晶匝管、IGBT开关动作引起产生的。本发明第一实施例中采用控制器控制逆变电路闭合由其中两个IGBT组成的开关后，整个电源的干扰减少到不影响局放测量的水平，具有较好的效果。

本发明局部放电位置检测系统在基于变频谐振的阻尼振荡波电压下对XLPE电缆进行局部放电现场检测及定位，采用传统的电容耦合局部放电信号，通过检测阻抗提取局部放电信号。谐振电路的高Q值的优点是使得能在一系列正弦衰减振荡电压下可以测量局部放电。由于利用变频谐振电压给被测电缆充电时一些可控硅以及开关动作等会给局放测量带来干扰，因此局部放电测量电路使用逆变电路组成的开关电路快速闭合以抑制电源带来的干扰。局部放电测量频带选择根据IEC60270推荐的频段，而在定位时，带宽上升至10MHz。将每个振荡周期获得局部放电信息分解为类似于工频周期下相位相关模式，并通过统计处理和分类，以使得更好地识别局部放电信号，最终可以根据电缆或附件典型退化的例子构建局部放电测量的数据库，以更好地判别设备老化状况。

通过本发明，采用高压产生设备，连接至被测电缆，用于激发被测电缆产生阻尼振荡波；故障检测设备，与高压产生设备连接，用于对被测电缆进行局部放电检测，解决了相关技术中局部放电检测系统采用直流加压对电缆有损伤以及局部放电检测系统无法进行耐压试验的问题，进而避免了直流电压下被测电缆缺陷处积累的空间电荷对电缆绝缘的损伤，同时实现了在局部放电检测系统中进行耐压试验。

根据本发明实施例，对局部放电检测系统的工作原理介绍如下：

提高被测电缆的电压。该对被测电缆进行局部放电检测的方法首先获取交流电，该交流电由局部放电检测系统的电源电路提供；然后将交流电进行处理，包括将交流电整流成直流电，将直流电转换为方波信号；将上述方波信号加压到被测电缆上；通过调节激励电压提高被测电缆的电压。其中，将交流电整流成直流电是通过局部放电检测系统的整流电路实现的，将直流电转换为方波信号是通过局部放电检测系统的逆变电路实现的，调节激励电压是通过局部放电检测系统的励磁变压器实现的。

当被测电缆的电压达到预设电压值时，获取阻尼振荡波。通过调节激励电压的频率使谐振回路发生串联谐振，提高被测电缆的电压。当被测电缆的电压达到预设电压值时，控制控制器将逆变电路转化为开关电路，将该开关电路迅速闭合，使谐振回路短路，在被测电缆上将得到阻尼振荡波正弦电压。

获取局部放电信号。阻尼振荡波激发被测电缆的缺点点产生局部放电信号，利用局部放电系统中的检测电路首次获取阻尼振荡波的电压信号，将该电压信号发送给控制器，控制器收到电压信号时向采集卡发送触发信号，通知采集卡开始采集局部放电信号。局部放电信号到达采集卡之前会经过放大电路进行放大。

根据局部放电信号进行局部放电检测。根据局部放电信号进行局部放电检测包括对被测电缆局部放电的检测以及定位。对被测电缆局部放电的检测通过对被测电缆实行逐级加压的方式得到局部放电起始电压，局部放电熄灭电压和局部放电水平三个参数，并通过统计处理和分类，以便更好地识别局部放电信号，最终可以根据被测电缆或附件典型退化的例子构建局部放电测量的数据库，从而判别设备老化状况。对被测电缆局部放电的定位是根据电磁波传输反射原理，在局部放电处产生局部放电脉冲向电缆两端传播，在电缆端头处如果没有匹配阻抗，局部放电脉冲将在端头处反射，根据在测量端测量的第一个沿测量端传输的脉冲及经另一端反射后传回测量端脉冲的时间差即可计算出局部放电距离测量端的距离，从而定位出局部放电的部分

本发明实施例的局部放电检测系统采用提高被测电缆的电压；当被测电缆的电压达到预设电压值时，获取阻尼振荡波；获取局部放电信号；根据局部放电信号进行局部放电检测，解决了现有技术对被测电缆进行局部放电检测时采用直流加压对电缆有损伤以及无法同时进行耐压试验的问题，进而避免了直流电压下被测电缆缺陷处积累的空间电荷对电缆绝缘的损伤，同时实现了在局部放电检测系统中进行耐压试验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种局部放电检测系统，其特征在于，包括：

高压产生设备，连接至被测电缆，用于激发所述被测电缆产生阻尼振荡波；以及

故障检测设备，与所述高压产生设备连接，用于对所述被测电缆进行局部放电检测。

2.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述高压产生设备包括：

电源电路，用于提供交流电；

电流处理电路，第一端与所述电源电路连接，用于将所述交流电转化为方波信号；

谐振回路；以及

励磁变压器，所述励磁变压器的第一端与所述电流处理电路的第二端连接，所述励磁变压器的第二端与所述谐振回路连接。

3.根据权利要求2所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述电流处理电路包括：

整流电路，所述整流电路的第一端与所述电源电路连接，用于将所述电源电路提供的交流电整流成直流电；

滤波电容，与所述整流电路的第二端连接；以及

逆变电路，与所述滤波电容相连接。

4.根据权利要求3所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述故障检测设备包括：

局部放电信号检测电路，用于检测所述阻尼振荡波激发所述被测电缆的局部放电位置产生的局部放电信号；以及

局部放电定位电路，与所述局部放电信号检测电路相连接，用于定位所述被测电缆的局部放电位置。

5.根据权利要求4所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述局部放电信号检测电路包括：

分压器，与所述被测电缆连接，用于采集所述阻尼振荡波的电压信号；以及

信号采集电路，与所述被测电缆连接，用于采集所述局部放电信号。

6.根据权利要求5所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述信号采集电路包括：

检测电路，与所述被测电缆连接，其中，所述检测电路包括检测阻抗和高压耦合电容；

放大电路，所述放大电路的输入端与所述检测阻抗并联；以及

采集卡，所述采集卡的输入端与所述放大电路的输出端并联。

7.根据权利要求5所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述局部放电定位电路包括：

工控机，所述工控机与所述采集卡的输出端连接，用于确定所述被测电缆的局部放电位置。

8.根据权利要求6所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

控制器，所述控制器的第一端与所述逆变电路连接，用于当所述被测电缆的电压达到预设电压时，所述控制器控制所述逆变电路短路。

9.根据权利要求8所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

开关电路，其中，所述开关电路至少包括以下任意一种电路：

刀闸开关，与所述电源电路连接，用于控制所述电源电路供电；

主接触器，与所述电流处理电路连接；以及

钥匙开关，与所述控制器的第二端连接。

10.根据权利要求8所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述控制器的第三端与所述采集卡连接，用于产生触控信号，其中，所述触控信号用于触发所述采集卡采集所述局部放电信号。