CN105717428B - 一种基于hfct的电缆局部放电带电校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法，包括以下步骤：将HFCT线圈穿心安装于电缆终端的屏蔽线上，设HFCT线圈与电缆终端的屏蔽线之间存在互感M，将信号发生器输出的方波电压作用于HFCT线圈上，t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值为USG'(t)，根据t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值USG'(t)求解t时刻流过HFCT线圈的电流i(t)及电缆终端屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)；当t＝tm时，求解电缆端部的校正系数k1，然后根据电缆端部的校正系数k1对电缆端部进行放电带电校正；计算距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2，然后根据距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2对距电缆端部x距离处的电缆进行放电带电校正。本发明能够进行电缆放电带电校正。

Description

一种基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法
技术领域
本发明属于电缆局部放电现场检测技术领域，涉及一种基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法。
背景技术
针对电力设备的局部放电校正，是用已知幅值校正信号发生器从高压与地之间注入与局放脉冲波形相似的校正信号，来模拟设备内部绝缘的局放信号。该校正方法是对三电容模型的近似，假设产生局放信号的缺陷位于绝缘内部，即放电信号源位置在高压与地之间。因此进行校正信号注入时，也需要保证校正脉冲是从高压与地之间注入。对于单芯电缆，高压极即为电缆线芯导体，地极为通过直接接地、保护接地、交叉互联接地等方式进行接地的金属护套，也就是金属屏蔽层。所以在针对单芯电缆进行离线局放校正时，标准规定用校正脉冲信号发生器在电缆一段从导体与金属护套之间注入校正信号。该离线校正方法作为标准方法在IEC 60270中有相应叙述。随着状态评价工作的开展，对电力设备进行局部放电带电检测的情况越来越普遍，但对于带电状态下设备局部放电视在放电量的校正，现阶段尚未有广泛接受的带电校正方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法，该方法能够进行电缆放电带电校正。
为达到上述目的，本发明所述的基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法包括以下步骤：
将HFCT线圈穿心安装于电缆终端的屏蔽线上，设HFCT线圈与电缆终端的屏蔽线之间存在互感M，将信号发生器输出的方波电压作用于HFCT线圈上，t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值为USG'(t)，根据t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值USG'(t)求解t时刻流过HFCT线圈的电流i(t)及电缆终端屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)；
当t＝tm时，屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)取峰值ΔU(tm)，此时电缆端部屏蔽线内感应出的脉冲电压为U1'，根据电缆端部屏蔽线内感应出的脉冲电压为U1'求解此时电缆端部屏蔽线内感应的脉冲电流I1'，然后根据此时电缆端部屏蔽线内感应的脉冲电流I1'求解电缆端部的校正系数k1，然后根据电缆端部的校正系数k1对电缆端部进行放电带电校正；
脉冲电流沿电缆进行传输，计算距电缆端部x处屏蔽线内的脉冲电流I2，然后根据距电缆端部x距离处屏蔽线内的脉冲电流I2计算距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2，然后根据距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2对距电缆端部x距离处的电缆进行放电带电校正。
流过HFCT线圈的电流为i，在t时刻屏蔽线上的感应冲电压ΔU(t)的表达式为：
设HFCT线圈的自阻为R0，由式(1)得
由式(2)得t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值USG'(t)为：
USG'(t)＝USG'(1-e-at) (3)
其中，a为信号发生器输出的方波压力上升沿的上升时间常数。
求解式(3)得t时刻流过HFCT线圈回路的电流i(t)为：
则t时刻屏蔽线上感应出的脉冲电压ΔU(t)的表达式为：
tm的表达式为：
其中，L0为线圈自感。
tm时刻，电缆首端感应出的脉冲电压U1'的表达式为：
其中，CX为电缆的等效电容；
则电缆端部的屏蔽线内感应的脉冲电流I1'为：
其中，Z0为电缆的特征阻抗；
信号发生器的输出电压USG'为：
则电缆端部的校正系数k1为：
k1＝G(I1')/q (10)
其中，G(I1')为HFCT线圈关于I1'的传递函数，q＝C0USG，C0为分度电容。
距电缆端部x距离处屏蔽线内的脉冲电流I2为：
则距电缆端部x距离的位置处的校正系数k2为
k2＝G(I2)/q (12)
其中，G(I2)为HFCT线圈关于I2的传递函数。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法在具体操作时，通过将HFCT线圈空套于电缆终端屏蔽线上，通过信号发生器将输出的方波电压作用到HFCT线圈，从而在屏蔽线上感应出电压及电流，然后通过计算电缆端部屏蔽线内感应的电流I1'求解电缆端部的校正系数k1，再通过电缆端部的校正系数k1对电缆端部进行放电带电校正；同时通过计算距电缆端部x距离处屏蔽线内流过的电流I2计算距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2，然后通过校正系数k2对距电缆端部x距离处的电缆进行放电带电校正，从而实现对电缆放电带电校正。本发明采用HFCT线圈使电缆屏蔽线内感应出电流及电压，实现对电缆放电带电校正，能够广泛应用于三相分立的高压电缆系统的带电校正。
附图说明
图1为本发明中电缆现场离线校正等效电路图；
图2为本发明中计算电缆首端感应电压等效电路图；
图3为本发明中电缆带电校正等效电路图；
图4为本发明中HFCT线圈的等效电路图；
图5为本发明中带电校正等效电路图；
图6为实施例一中模拟平台的结构示意图；
图7为实施例一中终端注入终端检测带电校正的示意图；
图8为实施例一中A相终端检测到的Doble方波500pC图；
图9为实施例一中A相终端检测到的模拟校正方波500pC图；
图10为实施例一中导线恢复交叉互联后终端注入I组A相接头检测带电校正示意图；
图11为实施例一中断开交叉互联恢复屏蔽后接头注入带电校正示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法包括以下步骤：
将HFCT线圈空套于电缆终端的屏蔽线上，设HFCT线圈与电缆终端的屏蔽线之间存在互感M，将信号发生器输出的方波电压作用于HFCT线圈上，t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值为USG'(t)，根据t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值USG'(t)求解t时刻流过HFCT线圈的电流i(t)及电缆终端屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)；
当t＝tm时，屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)取峰值ΔU(tm)，此时电缆端部屏蔽线内感应出的脉冲电压为U1'，根据电缆端部屏蔽线内感应出的脉冲电压为U1'求解此时电缆端部屏蔽线内感应的脉冲电流I1'，然后根据此时电缆端部屏蔽线内感应的脉冲电流I1'求解电缆端部的校正系数k1，然后根据电缆端部的校正系数k1对电缆端部进行放电带电校正；
脉冲电流沿电缆进行传输，计算距电缆端部x处屏蔽线内的脉冲电流I2，然后根据距电缆端部x距离处屏蔽线内的脉冲电流I2计算距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2，然后根据距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2对距电缆端部x距离处的电缆进行放电带电校正。
流过HFCT线圈的电流为i，在t时刻屏蔽线上的感应冲电压ΔU(t)的表达式为：
设HFCT线圈的自阻为R0，由式(1)得
由式(2)得t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值USG'(t)为：
USG'(t)＝USG'(1-e-at) (3)
其中，a为信号发生器输出的方波压力上升沿的上升时间常数。
求解式(3)得t时刻流过HFCT线圈的电流i(t)为：
则t时刻屏蔽线上感应出的脉冲电压ΔU(t)的表达式为：
tm的表达式为：
其中，L0为线圈自感。
tm时刻，电缆首端感应出的脉冲电压U1'的表达式为：
其中，CX为电缆的等效电容；
则电缆端部的屏蔽线内感应的脉冲电流I1'为：
其中，Z0为电缆的特征阻抗；
信号发生器的输出电压USG'为：
则电缆端部的校正系数k1为：
k1＝G(I1')/q (10)
其中，G(I1')为HFCT线圈关于I1'的传递函数，q＝C0USG，C0为分度电容。
距电缆端部x距离处屏蔽线内的脉冲电流I2为：
则距电缆端部x距离的位置处的校正系数k2为
k2＝G(I2)/q (12)
其中，G(I2)为HFCT线圈关于I2的传递函数。
实施例一
同轴线模拟试验平台所用通信电缆为RG-59通信同轴电缆，特征阻抗为75Ω，行波波速为200m/us，导体电阻为75Ω/km，金属屏蔽电阻为45Ω/km，分布电容为30pF/m，常规XLPE电力电缆行波波速为170m/us，特征阻抗为10-40Ω，导体电阻为0.007-0.05Ω/km，金属屏蔽电阻为0.01-0.1Ω/km，分布电容为150-300pF/m，两者最大的区别在于通信电缆无三层共挤结构，不存在内外半导电层。
模拟平台中电缆终端由一根10kV单芯电缆、一个金属铜以及一个金属支架构成，金属铜和电缆的金属护套之间用绝缘垫模拟实际终端的绝缘环。模拟电缆接头是用一段10kV单芯交联电缆，将其中间部位的金属套以及主绝缘切割分离，形成一个金属套绝缘接头，如果接头两侧的金属套用金属线短接便可以形成直通接头。平台中包含三相共6个模拟终端，3个模拟交叉互联箱，3组模拟绝缘中间接头，接头两端各连有1m长同轴线，终端与第一组接头间同轴线长100m，3组接头之间同轴线长度分别为500m和400m，另一端终端与最近一组接头之间同轴线长100m，模拟平台示意图如图6所示。
将Doble方波并联在电缆一端导体与屏蔽之间，注入500pC方波校正信号，将HFCT传感器卡在电缆终端屏蔽上测得的信号峰峰值为119mV，上升时间tr为24ns；调节Doble方波输出信号为100pC时，HFCT传感器测得信号峰峰值为24mV，上升时间tr为25.1ns，使用信号发生器串联HFCT线圈，从电缆终端屏蔽线上注入模拟校正信号，调节信号发生器输出波形为电压脉冲，峰峰值4.6V，频率50Hz，占空比1％，上升时间tr为18ns，下降时间td为2us，此时检测用的HFCT传感器测得的信号峰峰值为120mV，上升时间为tr为24ns，认为该模拟校正信号与端部注入500pC等效；调节信号发生器输出峰峰值为940mV时，HFCT传感器测得信号峰峰值为24mV，上升时间tr为24ns，认为该模拟信号与端部注入100pC等效，模拟校正方波信号注入方法示意图如图7所示；图8为在A相终端处检测到的500pC Doble校正方波信号，图9为在A相终端处检测到的500pC模拟校正方波信号。
打开I组接头的交叉互联，用金属导线跨接接头两端电缆屏蔽恢复其为直通，使用HFCT线圈卡在A相接头屏蔽跳线以及接头导体上检测信号，I组接头与终端之间电缆长度为100m。模拟校正方波信号注入方式示意图如图10所示；分别注入500pC校正信号，对于电缆终端离线注入方式，接头跳线上检测到的信号幅值为-79mV，半峰宽为56ns，接头导体上检测到的信号幅值为+81mV，半峰宽为53ns。对于模拟校正脉冲注入，接头跳线上检测到的信号幅值为-66mV，半峰宽为291ns，接头导体上检测到的信号幅值为+69mV，半峰宽为317ns，未观察到反射波，保持校正信号由A相注入，分别在B相、C相终端屏蔽线与导体上使用HFCT传感器检测信号，B相检测到的波形规律较为复杂且幅值较小，屏蔽线上检测到的信号峰峰值大于导体上检测到的信号；C相上检测不到明显信号，I组接头A、B、C检测结果如表1所示。
表1
在一个交叉互联大段中，从第一组接头处注入带电校正信号对在第二组接头处进行检测的HFCT线圈进行校正。接头注入带电校正时需要断开一个交叉互联大段的两组电缆接头交叉互联同轴电缆与接地箱中铜排的连接，使用金属导线将同一相接头交叉互联电缆的内外导体相连接，恢复接头两端电缆金属护套的电气连接，将HFCT1穿心安装在第一组接头金属导线上并串联信号发生器(SG)。将HFCT2传感器穿心安装在恢复电缆接头两端屏蔽的金属导线上，检测由信号发生器通过HFCT1注入的校正方波信号，回路连接示意图如图11所示。

Claims (6)

1.一种基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
将HFCT线圈穿心安装于电缆终端的屏蔽线上，设HFCT线圈与电缆终端的屏蔽线之间存在互感M，将信号发生器输出的方波电压作用于HFCT线圈上，t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值为USG'(t)，根据t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值USG'(t)求解t时刻流过HFCT线圈的电流i(t)及电缆终端屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)；
当t＝tm时，屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)取峰值ΔU(tm)，此时电缆端部屏蔽线与导体之间感应出的脉冲电压为U1'，根据电缆端部屏蔽线与导体之间感应出的脉冲电压为U1'求解此时电缆端部屏蔽线内感应的脉冲电流I1'，然后根据此时电缆端部屏蔽线内感应的脉冲电流I1'求解电缆端部的校正系数k1，然后根据电缆端部的校正系数k1对电缆端部进行放电带电校正；
脉冲电流沿电缆进行传输，计算距电缆端部x距离处屏蔽线内的脉冲电流I2，然后根据距电缆端部x距离处屏蔽线内的脉冲电流I2计算距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2，然后根据距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2对距电缆端部x距离处的电缆进行放电带电校正。
2.根据权利要求1所述的基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法，其特征在于，流过HFCT线圈的电流为i，在t时刻屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)的表达式为：
设HFCT线圈的自阻为R0，由式(1)得
其中，L0为线圈自感，由式(2)得t时刻信号发生器输出的方波电压的幅值USG'(t)为：
USG'(t)＝USG'(1-e-a t) (3)
其中，a 为信号发生器输出的方波压力上升沿的上升时间常数。
3.根据权利要求2所述的基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法，其特征在于，求解式(3)得t时刻流过HFCT线圈的电流i(t)为：
USG'为信号发生器的输出电压，则t时刻屏蔽线上的感应脉冲电压ΔU(t)的表达式为：
4.根据权利要求3所述的基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法，其特征在于，tm的表达式为：
5.根据权利要求3所述的基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法，其特征在于，tm时刻，电缆端部屏蔽线与导体之间感应出的脉冲电压U1'的表达式为：
其中，CX为电缆的等效电容；
则电缆端部屏蔽线内感应的脉冲电流I1'为：
其中，Z0为电缆的特征阻抗；
信号发生器的输出电压USG'为：
则电缆端部的校正系数k1为：
k1＝G(I1')/q (10)
其中，G(I1')为HFCT线圈关于电缆端部屏蔽线内感应的脉冲电流I1'的传递函数，q＝C0USG，C0为分度电容。
6.根据权利要求5所述的基于HFCT的电缆局部放电带电校正方法，其特征在于，
距电缆端部x距离处屏蔽线内的脉冲电流I2为：
则距电缆端部x距离处电缆的校正系数k2为
k2＝G(I2)/q (12)
其中，G(I2)为HFCT线圈关于距电缆端部x距离处屏蔽线内的脉冲电流I2的传递函数。
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