CN105765392B - 用于对电的线缆中的局部放电进行定位的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对电的线缆中的局部放电进行定位的方法和装置，包括与待检验的线缆耦联的高压电源、与线缆的端部联接的耦出单元以及经由传感器单元与耦出单元连接并从传感器信号中在存在一处局部放电或多处局部放电时获知该一处局部放电或多处局部放电的数据处理系统。该方法和设备的特征尤其在于定位的短的评估持续时间。这通过识别事件、将被识别为脉冲的事件参数化、将被识别为脉冲且被参数化的事件配对、将事件对分类、根据分类来配属局部放电以及根据在相应的局部放与附属于其的反射之间的渡越时间差确定一处/多处局部放电的位置来实现。

Description

用于对电的线缆中的局部放电进行定位的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于对电的线缆中的局部放电进行定位的方法和装置，包括与待检验线缆耦联的高压电源、与线缆的端部联接的耦出单元和经由传感器单元与耦出单元连接并从传感器信号中在存在一处局部放电或多处局部放电时获知它们的数据处理系统。

背景技术

为了保持尽可能少的线缆故障时间，及早发现高压电线缆上的薄弱环节对于能源供应商非常重要。产生局部放电可能是高压线缆故障的早期迹象。为了界定线缆内部的缺陷部位，探测局部放电和知道其形成位置都很重要。

通过文献DE 37 37 373 A1公知了一种检验具有较大固有电容的试样的绝缘性和对电力线缆内缺陷进行定位的方法和电路设施。在此，使用高压变压器，在其初级侧设置有充电电容器和以不同频率受控的半导体。在次级侧上接入了同步切换的解调器。测量时，待测电力线缆是电路的组成部分。这是一种带有人工评估测量结果的模拟方法。

对局部放电进行定位的基本问题主要在于，针对较高的位置分辨率存在较大带宽，并且针对大部分数字处理产生很多的数据量。特别是在局部放电偶然产生时，更会形成很多的数据量。几乎无法事先估计在特定的时间间隔内是否没有、有较少或极多局部放电产生。定位方法必须能应对这项挑战，以便为终端客户提供有说服力的局部放电定位结果。

例如应用以触发器为基础的方法来限制数据量，与定位有关的信息已包含或可以包含在其中。此外，余下的数据量大多输送至显示器，在此通常由有经验的测量员亲自进行定位。这种方法的缺点是，在完成测量很久之后才进行评估。这是因为相比于记录数据的持续时间，为了有说服力地定位需要耗费巨大时间。所以修正可能的测量误差会非常耗时，这是因为包括拆装测量装置在内的测量工作就已花费大量时间。另外，对测量数据的评估通常都是在时间上延迟地进行。

通过文献DE 600 20 050 T2公开了一种用于对局部放电源进行定位的方法和装置，在其中，将局部放电脉冲的特定的特性与事先创建的实验模型比较。该模型描述了特征参数根据距离不同主要在局部放电脉冲产生的频率上的变化。借此应该能够以一定精度确定局部放电源到测量点的距离。

定位时的另一个困难是可靠识别局部放电和可靠识别在开路的线缆端部或配有反射器的线缆端部上的附属的反射。根据在局部放电与附属于其的反射(其通常是开路的线缆端部产生的)之间的渡越时间差可以通过已知或预定的线缆长度以及线缆传输速度来确定局部放电在线缆内经过的路程及形成位置。问题在于尤其是在线缆较长时，线缆衰减会使局部放电还有附属的反射大大衰减。因此，即使是干扰幅度很小的干扰，也可能给定位造成困难或使得无法定位。

发明内容

本发明任务在于，快速且直接在线缆端部的测量位置处获知局部放电。

此任务借助下文所述的用于对电的线缆中的局部放电进行定位的方法和利用该方法对电的线缆中的局部放电进行定位的装置得以解决。

这种用于对电的线缆中的局部放电进行定位的方法和装置的特征尤其在于定位的短的评估持续时间。

这种用于对电的线缆中的局部放电进行定位的方法借助与待检验线缆耦联的高压电源、与线缆的端部联接的耦出单元和经由传感器单元与耦出单元连接并从传感器信号中在存在一处局部放电或多处局部放电时获知它们的数据处理系统来进行。

该方法按照下列步骤进行：

-利用具有依赖于干扰电平的阈值的触发器从传感器信号中在事件存在情况下识别出这些事件，

-将被识别为脉冲的事件参数化，其中，参数是脉冲的开始时间点、脉冲的结束时间点、脉冲的幅度、脉冲幅度的时间点、脉冲宽度、脉冲的下边界频率和脉冲的上边界频率，

-将被识别为脉冲且被参数化的事件配对，

-将事件对分类，在此，按照分别作为特征的时间差、幅度、极性、幅度衰减、脉冲宽度、脉冲宽度离差、边界频率或它们的组合以及线缆衰减，对代表这些事件对的脉冲进行分类，

-根据分类来配属局部放电，以及

-根据在各自的局部放电与附属于其的反射之间的渡越时间差来确定一处或多处局部放电的位置。

这种利用上述方法对电的线缆中的局部放电进行定位的装置包括与待检验的线缆耦联的高压电源、与线缆的端部联接的耦出单元、经由传感器单元与耦出单元连接并从传感器信号中在存在一处局部放电或多处局部放电时获知它们的数据处理系统。

因此，该数据处理系统

-利用具有依赖于干扰电平的阈值的触发器根据传感器信号将存在的事件识别为脉冲，

-对作为脉冲的开始时间点、结束时间点、幅度、幅度的时间点、脉冲宽度、下边界频率和相应识别到的脉冲的上边界频率的参数进行配属，

-由识别到且被参数化的事件形成事件对，

-按照分别作为特征的时间差、幅度、极性、幅度衰减、脉冲宽度、脉冲宽度离差、边界频率或它们的组合以及线缆衰减，进行事件的分类，

-根据分类配属至少一处局部放电，以及

-根据在各自的局部放电与附属于其的反射之间的渡越时间差来确定一处/多处局部放电位置。

为了从传感器信号中获得数据，按照有利方式，使用具有其独特触发方法的触发器。触发器触发数据量尽可能少的数据采集。因为触发器和触发方法本身不知道作为脉冲的触发信号是通过局部放电触发的、通过局部放电的反射触发的还是被干扰触发的，所以考虑特定的特征来获知局部放电及其反射。

需要在局部放电与附属于其的反射之间的渡越时间差来确定位置。该渡越时间差可从来自局部放电的脉冲的到达时间点和反射的脉冲的到达时间点来获得。此外，在接收到的来自局部放电的脉冲和来自附属的反射的脉冲之间存在关联。其例如以局部放电与反射之间的线缆衰减和脉冲宽度离差为基础。多个数据组的这种关联也一同包括在内。因为无法确保两个在时间上连续的脉冲以及进而通过传感器单元获知的数据组包含局部放电并且在后续的数据组中包含反射，所以将数据组的特征相互组合成特征组对。接下来检验特征对或特征组对彼此的关联。这些检验使数据量进一步减少，因此经过这些检验后在结果中存在有以较高概率符合局部放电事件(由局部放电的脉冲与附属的反射脉冲组成)的特征组对。

自动获知的发生概率也是针对判断线缆内部的物理伤害过程的临界性的度量。

按照有利方式，通过所述方法和装置快速且直接在线缆端部的测量位置处获知线缆内的局部放电。因此，该方法和装置特别适合用于作为线缆的电力线缆。

本发明具有有利的实施方案。

按照一种改进方案，为了在数据处理系统中配属局部放电，另外还以统计方式评估与在某一位置处或在某一位置区间内的事件对的频度有关的特征，其中，这些事件对的频度是针对产生局部放电的概率的度量。借此可以改进定位结果。余下的特征组对经过统计方式的评估。局部放电事件可以在相同位置或以在局部放电与反射之间的同一渡越时间差发生。通过在关于测量参数置信区间的统计方式的评估考虑到测量精度。对于没有归结为局部放电的特征对，所测得的位置或渡越时间差的变化很大。例如，若存在附属于相同份额的局部放电和干扰的特征对，则可通过统计方式的评估借助特征对在某一位置或位置区间上的频度来判定在此有较高概率的来自局部放电事件还是干扰事件。这项判定的结果没有硬性的对错之分，而是可以根据特征对在位置区间内的频度引入另外的中间阶段。特征对的频度越高，在此确实是来自局部放电的事件的概率就越高。

根据一种改进方案，定位结果通过绘图来显示，其中，在绘图中，具有定位结果的点的点云依赖于位置、幅度和在某一位置处或在某一位置区间内的事件对的频度地在与数据处理系统连接的显示设备上呈现。例如，维度可以是三维绘图，其包含幅度、位置及频度维度。

进一步根据一种改进方案，根据其频度给这些点配属颜色。通过绘上颜色使终端用户关注有较高概率与实际局部放电事件相符的事件。

根据一种改进方案，事件识别依赖于触发器的与干扰功率相匹配的阈值，其中，阈值借助灵敏性参数根据干扰功率得出，并且干扰功率可以在假设零均值的高斯分布的噪声的情况下通过来自传感器信号的数据来估算。

根据一种改进方案，在参数化过程中，已识别的事件的脉冲的开始和结束通过脉冲时间点之前和之后的过零点的探测来确定，其中，消除具有相同的开始和结束的可能的幅度变化。

根据一种改进方案，用于分类的时间差是通过来自局部放电的脉冲和来自反射的脉冲确定的区间的时间，其中，上边界通过线缆长度和线缆传输速度来确定。

根据一种改进方案，为了进行分类，脉冲的幅度通过噪声和耦出单元来限制。

根据一种改进方案，局部放电的脉冲的反射在开路的线缆端部上进行，从而使得反射系数为正且反射的脉冲具有相同极性。

根据一种改进方案，局部放电的脉冲和反射的脉冲的幅度衰减处于依赖于时间差的区间内。

根据一种改进方案，由反射的脉冲宽度与局部放电的脉冲宽度的依赖性和由线缆特性得出脉冲宽度离差。

根据一种改进方案，为了在数据处理系统中配属局部放电，另外将已分类事件对的特征与保存在存储器中的参考事件对进行比较，并且/或者将已分类的事件对中的至少一个存在事件的特征与数据处理系统的存储器中包含的参考特征进行比较。

附图说明

本发明的实施例在附图中原理性地示出并在下面详细说明。其中：

图1示出用于对电的线缆中的局部放电进行定位的装置；

图2示出在装置的耦出单元的输出端上可配属有事件的传感器信号；

图3示出对局部放电进行定位的直方图；并且

图4示出这种定位的绘图。

具体实施方式

在下面的实施例中就对电的线缆中的局部放电进行定位的方法和装置共同进行详细说明。

用于对电的线缆2中的局部放电6进行定位的装置主要包括高压电源1、耦出单元3、传感器单元4和数据处理系统5。

图1以原理图示出用于对电的线缆2中的局部放电6进行定位的装置。

高压电源1耦联到待检验线缆2上。利用该高压电源将高达几百千伏的高电压施加在待检验线缆2上。为此，电压波形可以是直流电压、低频正弦电压、作为受阻尼的振荡的电压或余弦矩形电压。此外，也可以利用能源供应商的50/60Hz电网电压。

图2以原理图示出在装置的耦出单元3的输出端上的、能配属有事件的传感器信号的原理图。

高电压在待检验线缆2的绝缘介质的薄弱环节造成不均匀电场。如果绝缘介质内的电场强度超过临界值，将发生不完全的电击穿6，电击穿也在局部放电6的概念下被公知。局部放电6沿线缆2的两个方向传播，其中，在线缆端部7上联接有局部放电6的耦出单元3。该耦出单元还经由传感器单元4与作为评估单元的数据处理系统5共同联接。线缆的另一端部8对于侧位来说是开路的，从而局部放电6朝向开路的线缆端部8的方向延伸的部分在该端部8反射。局部放电6的脉冲9在开路的线缆端部8上的反射以如下方式实施，即，使得反射系数为正且反射的脉冲10具有相同极性。反射信号10在线缆2的另一端部7同样被耦出单元3接收并经由传感器单元4输送给数据处理系统5。

传感器单元4包括用于检测局部放电电流的传感器和放大器以及滤波设施。传感器单元4本身发送数字信号，或者信号通过公知的模拟数字转换器转换为数字信号。

在数据处理系统5中，利用具有依赖于干扰电平的阈值11a、11b的触发器由传感器信号在事件存在情况下识别出这些事件。为此，可以调整相应的阈值11a、11b，其中，阈值11a、11b借助灵敏性参数根据干扰功率得出，并且干扰功率可以在假设零均值的高斯分布的噪声的情况下通过来自传感器信号的数据来估算。

将被识别为脉冲9、10、12的事件参数化，其中，这些参数是脉冲9、10、12的开始时间点、脉冲9、10、12的结束时间点、脉冲9、10、12的幅度、脉冲9、10、12的幅度的时间点、脉冲宽度、脉冲9、10、12的下边界频率和脉冲9、10、12的上边界频率。

在参数化过程中，已识别事件的脉冲9、10、12的开始和结束通过脉冲9、10、12的时间点之前和之后的过零点的探测确定。脉冲被限定，从而使其经过其过零点在时间上结束。因测量信号中包含的幅度变化而引起的多次触发(它们归因于在时间上同一过零点)则仅被视为一个事件(脉冲)。

接着将被识别为脉冲9、10、12且被参数化的事件配对，这些事件随后将被分类。按照相应作为特征的时间差、幅度、极性、幅度衰减、脉冲宽度、脉冲宽度离差、边界频率或它们的组合以及线缆衰减，对代表事件对的脉冲9、10、12进行分类。用于分类的时间差是通过来自局部放电6的脉冲9和来自反射的脉冲10确定的区间的时间，其中，上边界通过线缆长度和线缆传输速度来确定。在此，局部放电6和反射的脉冲9、10的幅度衰减处于依赖于时间差的区间内。依赖于反射脉冲宽度的脉冲宽度离差由局部放电6的脉冲宽度和线缆特性得出。

通过根据分类来配属局部放电6，一处/多处局部放电6的位置根据在各自的局部放电6与附属于其的反射之间的渡越时间差来确定，其中，排除了干扰脉冲12。

图3以原理图示出对局部放电6进行定位的直方图。

为了在数据处理系统5中配属局部放电6，另外还以统计的方式评估与在某一位置处或以某一位置区间内的事件对的频度有关的特征，其中，事件对的频度是针对产生的局部放电6的概率的度量。

图4以原理图示出这种定位的绘图。

定位结果可通过绘图来显示，其中，在绘图中，具有定位结果的点的点云依赖于位置、幅度和在某一位置处或在某一位置区间内的事件对的频度地在与数据处理系统5连接的显示设备上呈现。这些点可以根据其频度分配有颜色。

在一个实施方案中，为了在数据处理系统5中配属局部放电6，另外将已分类事件对的特征与保存在存储器中的参考事件对进行比较，并且/或者将已分类的事件对中的至少一个存在事件的特征与数据处理系统5的存储器中包含的参考特征进行比较。

附图标记列表

1 高压电源

2 线缆

3 耦出单元

4 传感器单元

5 数据处理系统

6 局部放电

7 线缆的端部

8 线缆的端部

9 来自局部放电的脉冲

10 来自反射的脉冲

11 阈值

12 干扰脉冲

Claims (13)

1.一种用于对电的线缆(2)中的局部放电(6)进行定位的方法，该方法利用与待检验的线缆(2)耦联的高压电源(1)、与所述线缆(2)的端部(7)联接的耦出单元(3)和经由传感器单元(4)与所述耦出单元(3)连接并从传感器信号中在存在一处局部放电(6)或多处局部放电(6)时获知所述一处局部放电或多处局部放电的数据处理系统(5)，所述方法具有下列步骤：

-利用具有依赖于干扰电平的阈值(11a、11b)的触发器从传感器信号中在事件存在情况下识别出所述事件，

-将被识别为脉冲(9、10、12)的事件参数化，其中，参数是所述脉冲(9、10、12)的开始时间点、所述脉冲(9、10、12)的结束时间点、所述脉冲(9、10、12)的幅度、所述脉冲(9、10、12)的幅度的时间点、脉冲宽度、所述脉冲(9、10、12)的下边界频率和所述脉冲(9、10、12)的上边界频率，

-将被识别为脉冲(9、10)且被参数化的事件配对，

-将事件对分类，在此，按照分别作为特征的时间差、幅度、极性、幅度衰减、脉冲宽度、脉冲宽度离差、边界频率或它们的组合以及线缆衰减，对代表所述事件对的脉冲(9、10、12)进行分类，

-根据所述分类来配属局部放电(6)，以及

-根据在各自的局部放电(6)与附属于其的反射之间的渡越时间差来确定一处/多处局部放电(6)的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在所述数据处理系统(5)中配属局部放电(6)，还以统计方式评估与在某一位置处或在某一位置区间内的事件对的频度有关的特征，其中，所述事件对的频度是针对出现的局部放电(6)的概率的度量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定位结果通过绘图来显示，其中，在绘图中，具有所述定位结果的点的点云依赖于位置、幅度和在某一位置处或在某一位置区间内的事件对的频度在与所述数据处理系统(5)连接的显示设备上呈现。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，与所述点的频度相应地给所述点配属颜色。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述事件的识别依赖于所述触发器的与干扰功率相匹配的阈值(11a、11b)，其中，所述阈值(11a、11b)借助灵敏性参数依赖于所述干扰功率得出，并且所述干扰功率能在假设零均值的高斯分布的噪声的情况下通过来自传感器信号的数据来估算。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在参数化过程中，已识别的事件的脉冲(9、10、12)的开始和结束通过所述脉冲(9、10、12)的时间点之前和之后的过零点的探测来确定，其中，消除具有相同的开始和结束的可能的幅度变化。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于分类的时间差是通过来自局部放电(6)的脉冲(9)和来自反射的脉冲(10)确定的区间的时间，其中，上边界通过线缆长度和线缆传输速度来确定。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了进行分类，所述脉冲(9、10、12)的幅度通过噪声以及通过所述耦出单元来限制。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，局部放电(6)的脉冲(9)的反射在开路的线缆端部(8)上进行，从而使得反射系数为正并且反射的脉冲(10)具有相同的极性。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，局部放电(6)的脉冲(9)和反射的脉冲(10)的幅度衰减处于依赖于时间差的区间内。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由反射的脉冲宽度与局部放电(6)的脉冲宽度的依赖性以及由线缆特性得出脉冲宽度离差。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，为了在所述数据处理系统(5)中配属局部放电(6)，还将已分类的事件对的特征与保存在存储器中的参考事件对进行比较，并且/或者将已分类的事件对中的至少一个存在的事件的特征与所述数据处理系统(5)的存储器中包含的参考特征进行比较。

13.一种利用根据权利要求1所述的方法对电的线缆(2)中的局部放电(6)进行定位的装置，所述装置包括与待检验的线缆(2)耦联的高压电源(1)、与所述线缆(2)的端部(7)联接的耦出单元(3)、经由传感器单元(4)与所述耦出单元(3)连接并从传感器信号中在存在一处局部放电(6)或多处局部放电(6)时获知所述一处局部放电或多处局部放电的数据处理系统(5)，其中，所述数据处理系统(5)是如下数据处理系统(5)，该数据处理系统

-利用具有依赖于干扰电平的阈值(11a、11b)的触发器从传感器信号中将存在的事件识别为脉冲(9、10、12)，

-对作为所述脉冲(9、10、12)的开始时间点、结束时间点、幅度、幅度的时间点、脉冲宽度、下边界频率和分别识别到的脉冲(9、10、12)的上边界频率的参数进行配属，

-由识别到且被参数化的事件形成事件对，

-按照分别作为特征的时间差、幅度、极性、幅度衰减、脉冲宽度、脉冲宽度离差、边界频率或它们的组合以及线缆衰减，对所述事件对进行分类，

-根据所述分类配属至少一处局部放电(6)，以及

-根据在各自的局部放电(6)与附属于其的反射之间的渡越时间差来确定一处/多处局部放电(6)的位置。