CN105738777A - 高压电缆高频局部放电带电检测中环境干扰的模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压电缆高频局部放电带电检测中环境干扰的模拟装置，包括干扰信号发生单元，模拟高频电流互感器检测高频局部放电电流时的环境干扰；耦合电容分别设置在高压电缆上后通过铜带接入干扰信号发生单元，以模拟高频电流互感器的远端干扰；同轴电缆串入高频电流互感器内部，其两端分别接入干扰信号发生单元，形成封闭回路，以模拟高频电流互感器的近端干扰；射频天线，发射电磁波信号，以模拟对高频电流互感器的空间电磁干扰。与现有技术相比，本发明提供的一种高压电缆高频局部放电带电检测中环境干扰的模拟装置，能够模拟高频电流互感器的远端干扰、近端干扰和空间电磁干扰，与高压电缆现场电磁环境等效性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压电缆环境干扰的模拟装置，具体涉及一种高压电缆高频局部放电带电检测中环境干扰的模拟装置。
背景技术
局部放电指的是在电场作用下，绝缘体中部分区域发生放电短路的现象，但在电极之间不形成通路。电场集中，绝缘中存弱点(缺陷)，在这样的区域中其电场强度达到介质击穿场强时，该区域就发生放电。如在固体或液体介质中含有气泡，电压的作用下，气泡中场强是介质中场强的εr倍(εr为固体绝缘的相对介电数常数)，气体或者气泡的击穿场强通常比固体或液体介质强度低，气泡首先击穿，即发生了局部放电。在电线电缆，环氧浇铸互感器及变压器中都会因生产过稳中气泡而因生产过程的热胀冷缩，有机物的分解等作用产生气隙等，这些生产中出现的缺陷都可能发生局部放电的现象
电缆局部放电带电检测是对电缆运行状态及可靠性评估的重要手段之一，其优势在于有效、精确地检出电缆线路绝缘的微小缺陷及初期劣化状态。目前局部放电带电检测系统所采用的局部放电检测手段主要以高频电流法与电容耦合法为主。这两类局部放电检测手段均具有良好的测量精度与现场可操作性，但该类方法均采用的是电、磁耦合式的测量方式，极易受到高压电缆运行环境中存在的电磁干扰信号影响。因此，对高压电缆局部放电带电检测的抗干扰性能究是提升局部放电检测精度的核心技术难点。目前还没有针对高压电缆运行电磁环境的模拟装置与方法，造成了实验室局部放电检测研究无法直接模拟现场电磁环境干扰，研究成果无法有效应用于现场局部放电带电检测中，因此需要提供一种高压电缆高频局部放电带电检测中环境电磁干扰的模拟装置，通过对局部放电检测回路注入模拟高压电缆运行电磁信号，达到对电缆运行电磁环境模拟的目的。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种高压电缆高频局部放电带电检测中环境干扰的模拟装置，所述高压电缆设置在高压电缆绝缘接头两端，高频电流互感器串入所述高压电缆绝缘接头的接地引出线中，所述装置包括干扰信号发生单元、耦合电容、同轴电缆和射频天线；
所述干扰信号发生单元，模拟所述高频电流互感器检测高频局部放电电流时的环境干扰；
所述耦合电容的数目为2，分别设置在所述高压电缆上后通过铜带接入干扰信号发生单元，以模拟高频电流互感器的远端干扰；
所述同轴电缆串入高频电流互感器内部后，其两端分别接入所述干扰信号发生单元，形成封闭回路，以模拟高频电流互感器的近端干扰；
所述射频天线，发射电磁波信号，以模拟对所述高频电流互感器的空间电磁干扰。
优选的，所述干扰信号发生单元包括电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块；
优选的，所述电力系统噪声发生模块，输出与电力系统频率相同的连续的非正弦周期信号，以模拟电力系统由于电气设备引入的高频谐波噪声，所述非正弦周期信号的电压幅值为0～10V，频率为1～50MHz；
所述随机脉冲干扰发生模块，周期性输出脉冲信号，以模拟电力系统中电力电子器件在通断暂态过程中引入的电磁干扰；通过调整所述脉冲信号的相位模拟不同电气设备中电力电子器件在不同调制运行模式下的通断暂态过程所引入的电磁干扰，以及依据所述环境干扰的要求设置干扰信号与高频局部放电信号间的相位关系；所述脉冲信号的电压幅值为0～10V，频率为1～100MHz；
所述连续脉冲干扰发生模块，随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中电气设备引入的随机性电磁干扰；所述脉冲信号的电压幅值为0～10V，频率为1～300MHz；
所述用电设备接触不良干扰发生模块，随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中用电设备由于接触不良带来的电磁干扰，所述脉冲信号的放电量为1～5000pC，频率为1～50MHz；
所述电晕干扰信号发生模块，随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中的电晕干扰，所述脉冲信号的放电量为1～5000pC，频率为1～50MHz；
优选的，射频天线发射的电磁波信号为干扰信号发生单元中电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块中任一模块的输出信号，或者任意两个模块输出信号的混叠信号；
优选的，所述干扰信号发生单元包括四条输出通道；所述输出通道通过铜带接入耦合电容，以及通过同轴电缆串入所述高频电流互感器；
所述输出通道输出的干扰信号为所述电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块中任一模块的输出信号，或者任意两个模块输出信号的混叠信号；
优选的，所述高压电缆绝缘接头为圆柱形绝缘接头，所述圆柱形绝缘接头的两端分别套置一个环形耦合电容，该环形耦合电容通过电缆接入局部放电检测仪；
所述环形耦合电容以电场耦合方式检测流经所述高压电缆的局部放电信号，向所述局部放电检测仪输出高频电流信号；
优选的，所述高频电流互感器的输出端通过电缆接入局部放电检测仪，以电磁耦合方式检测流经所述接地引出线的局放放电信号，向所述局部放电检测仪输出高频电压信号。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明采用了电容电场耦合、HFCT电磁耦合以及天线空间电磁辐射的干扰信号注入方式有效实现了对高频电流互感器的远端干扰、近端干扰和空间电磁干扰的模拟；
2、本发明通过可控信号输出装置、典型电力电子整流逆变器件以及高压电极等结构共同模拟干扰信号有效地降低了单一干扰模拟源在输出功率、频带宽度等方面的技术要求，大幅提升了模拟装置的经济性与应用直观性；
3、本发明通过多类电磁干扰信号的可控调节与时域信号混叠实现了对高压电缆现场电磁环境高效模拟；
4、本发明采用了逻辑编程控制系统实现自定义的干扰信号调控与自定义范围内的随机输出模拟，更加真实的模拟了高压电缆现场的电磁环境；
5、本发明采用的高压电缆高频局部放电带电检测中环境干扰的模拟装置及实施方案应用简便并具有良好的稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是：本发明实施例中高压电缆高频局部放电带电检测中环境干扰的模拟装置结构图；
其中，1-干扰信号发生单元；2-耦合电容；3-高压电缆绝缘接头上的环形耦合电容；4-高压电缆绝缘接头；5-高压电缆；6-高压电缆绝缘接头的接地引出线；7-铜带；8-同轴电缆；9-射频天线；10-高频电流互感器；11-局部放电检测仪；12-检测信号电缆。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种高压电缆高频局部放电带电检测中环境电磁干扰的模拟装置，采用干扰信号发生单元通过信号注入回路或通过空间电磁波辐射的形式对高压电缆局部放电带电检测传感器检测回路施加干扰信号，并通过五类典型的电磁干扰信号的独立或混叠输出模拟出高压电缆运行的典型电磁环境。该装置实施方案简便、稳定性好、与现场电磁环境等效性高、结构简单，尤其适用于高压电缆局部放电带电检测实验室内的电磁环境模拟。
高压电缆5设置在高压电缆绝缘接头4两端，高频电流互感器10(HighFrequencyCurrentTransformer，HFCT)串入高压电缆绝缘接头4的接地引出线6中，用于检测高压电缆5的高频局部放电电流；所述模拟装置包括干扰信号发生单元1、耦合电容2和射频天线9。
干扰信号发生单元1，用于模拟高频电流互感器10检测高频局部放电电流时的环境干扰；
耦合电容2，用于模拟高频电流互感器10的远端干扰；
同轴电缆8串入高频电流互感器10内部后，同轴电缆8的两端分别接入干扰信号发生单元1，形成封闭回路，以模拟高频电流互感器10的近端干扰；
射频天线，发射电磁波信号，以模拟对高频电流互感器的空间电磁干扰。
一、干扰信号发生单元
1、如图1所示，包括电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块。
(1)电力系统噪声发生模块
输出与电力系统频率相同的连续的非正弦周期信号，以模拟电力系统由于电气设备引入的高频谐波噪声，该非正弦周期信号的电压幅值为0～10V，频率为1～50MHz。
本实施例中引入高频谐波噪声的电气设备指的是变频器、开关电源和逆变器等电器设备。
(2)随机脉冲干扰发生模块
周期性输出脉冲信号，以模拟电力系统中电力电子器件在通断暂态过程中引入的电磁干扰；通过调整脉冲信号的相位模拟不同电气设备中电力电子器件在通断暂态过程中引入的电磁干扰，该脉冲信号的电压幅值为0～10V，频率为1～100MHz。
本实施例中上述电力电子器件指的是变频器、整流器、逆变器、稳压器和升降压装置等。
(3)连续脉冲干扰发生模块
随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中电气设备引入的随机性电磁干扰，该脉冲信号的电压幅值为0～10V，频率为1～300MHz。
本实施例中引入随机性电磁干扰的电气设备指的是电动机电刷与换向器火花等。
(4)用电设备接触不良干扰发生模块
随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中用电设备由于接触不良带来的电磁干扰，该脉冲信号的放电量为1～5000pC，频率为1～50MHz。
本实施例中上述电磁干扰还可以是电气设备因长时间运行、维护不当、制造安装不当等因素引发的异常或畸变电流带来的电磁干扰。
(5)电晕干扰信号发生模块
随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中的电晕干扰，该脉冲信号的放电量为1～5000pC，频率为1～50MHz。
以交流高压激励下的铜制针形与半球形电极组合模拟产生：高压尖端在不均匀电场下产生的电晕干扰信号，通过调节电极位置、数量与激励源频率、幅值，实现电晕信号触发相位、密度可控进而模拟不同类型的电晕干扰，即电晕干扰信号幅值、频度及相位的自由调节。
2、干扰信号发生单元包括四条输出通道；输出通道通过铜带7接入高压电缆单元的环形耦合电容2，以及通过同轴电缆8串入高频电流互感器。
输出通道输出的干扰信号为电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块中任一模块的输出信号，或者任意两个模块输出信号的混叠信号。
二、耦合电容
如图1所示，耦合电容2分别套置在高压电缆5上，该耦合电容2分别通过铜带7接入干扰信号发生单元，模拟高频电流互感器10的远端干扰。高频电流互感器10内部串入一根同轴电缆8，同轴电缆8的两端分别接入干扰信号发生单元，形成封闭回路，模拟高频电流互感器10的近端干扰。
高压电缆绝缘接头4为圆柱形绝缘接头，圆柱形绝缘接头的两端分别套置一个环形耦合电容3；该环形耦合电容3分别通过检测信号电缆12接入局部放电检测仪，以电场耦合方式检测流经高压电缆的局部放电信号，向局部放电检测仪输出高频电流信号。高频电流互感器10的输出端通过检测信号电缆12接入局部放电检测仪，以电磁耦合方式检测流经接地引出线的局放放电信号，向局部放电检测仪输出高频电压信号。
本实施例中，远端干扰指的是产生于远处经空间电磁辐射耦合或电缆线路信号回路传递而来的干扰信号，近端干扰指的是电缆及接头局放检测点附近产生的电磁干扰信号。
三、射频天线
用于发射电磁波信号，以模拟高频电流互感器的空间电磁干扰。
该电磁波信号为电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块中任一模块的输出信号，或者任意两个模块输出信号的混叠信号。
四、本实施例中模拟装置的工作过程为：
1、在测试高压电缆接头或终端上或其近端电缆本体表面，检测用环形耦合电容3两侧安装一对干扰信号注入用的环形耦合电容2，将干扰信号发生模块1的两个输出通道分别与铜带7连接，铜带7绕包并固定在环形耦合电容2。
2、将干扰信号发生模块1的另外两个输出通道分别同一根同轴电缆8的两端连接，该同轴电缆8，串入局放检测用高频电流传感器10。
3、调节干扰信号发生模块1各输出通道和干扰信号发射天线9的输出信号的类型、频段、幅值和混叠种类，通过示波器及频谱仪进行观测，达到理想的运行现场电磁环境模拟状态。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (7)
1.一种高压电缆高频局部放电带电检测中环境干扰的模拟装置，所述高压电缆设置在高压电缆绝缘接头两端，高频电流互感器串入所述高压电缆绝缘接头的接地引出线中，其特征在于，所述装置包括干扰信号发生单元、耦合电容、同轴电缆和射频天线；
所述干扰信号发生单元，模拟所述高频电流互感器检测高频局部放电电流时的环境干扰；
所述耦合电容的数目为2，分别设置在所述高压电缆上后通过铜带接入干扰信号发生单元，以模拟高频电流互感器的远端干扰；
所述同轴电缆串入高频电流互感器内部后，其两端分别接入所述干扰信号发生单元，形成封闭回路，以模拟高频电流互感器的近端干扰；
所述射频天线，发射电磁波信号，以模拟对所述高频电流互感器的空间电磁干扰。
2.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述干扰信号发生单元包括电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块。
3.如权利要求2所述的模拟装置，其特征在于，所述电力系统噪声发生模块，输出与电力系统频率相同的连续的非正弦周期信号，以模拟电力系统由于电气设备引入的高频谐波噪声，所述非正弦周期信号的电压幅值为0～10V，频率为1～50MHz；
所述随机脉冲干扰发生模块，周期性输出脉冲信号，以模拟电力系统中电力电子器件在通断暂态过程中引入的电磁干扰；通过调整所述脉冲信号的相位模拟不同电气设备中电力电子器件在不同调制运行模式下的通断暂态过程所引入的电磁干扰，以及依据所述环境干扰的不同要求设置干扰信号与高频局部放电信号间的相位关系；所述脉冲信号的电压幅值为0～10V，频率为1～100MHz；
所述连续脉冲干扰发生模块，随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中电气设备引入的随机性电磁干扰；所述脉冲信号的电压幅值为0～10V，频率为1～300MHz；
所述用电设备接触不良干扰发生模块，随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中用电设备由于接触不良带来的电磁干扰，所述脉冲信号的放电量为1～5000pC，频率为1～50MHz；
所述电晕干扰信号发生模块，随机输出脉冲信号，以模拟电力系统中的电晕干扰，所述脉冲信号的放电量为1～5000pC，频率为1～50MHz。
4.如权利要求1或2所述的模拟装置，其特征在于，射频天线发射的电磁波信号为干扰信号发生单元中电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块中任一模块的输出信号，或者任意两个模块输出信号的混叠信号。
5.如权利要求2所述的模拟装置，其特征在于，所述干扰信号发生单元包括四条输出通道；所述输出通道通过铜带接入耦合电容，以及通过同轴电缆串入所述高频电流互感器；
所述输出通道输出的干扰信号为所述电力系统噪声发生模块、随机脉冲干扰发生模块、连续脉冲干扰发生模块、用电设备接触不良干扰发生模块和电晕干扰信号发生模块中任一模块的输出信号，或者任意两个模块输出信号的混叠信号。
6.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述高压电缆绝缘接头为圆柱形绝缘接头，所述圆柱形绝缘接头的两端分别套置一个环形耦合电容，该环形耦合电容通过电缆接入局部放电检测仪；
所述环形耦合电容以电场耦合方式检测流经所述高压电缆的局部放电信号，向所述局部放电检测仪输出高频电流信号。
7.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述高频电流互感器的输出端通过电缆接入局部放电检测仪，以电磁耦合方式检测流经所述接地引出线的局放放电信号，向所述局部放电检测仪输出高频电压信号。
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