CN105911443A - 基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统 - Google Patents

基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统 Download PDF

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黄珏
于洁
陈旭
苏艾宇洋
周远化
张思球
赵爽
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing

Abstract

本发明公开了一种基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,钳形同轴电容器通过导线与局部信号采集装置中的采集电路相连,钳形同轴电容器与局部采集装置的金属屏蔽盒等电位,金属屏蔽盒通过导线连接至局部放电采集装置中采集电路的信号输入端,局部放电采集装置通过传输光纤将采集处理后的信号传送至监测终端,实现信号的监测。钳形同轴电容器由两个可开半环构成,安装简单,通过光纤传输信号,提高了信号传输过程中的抗干扰能力,采集电路位于金属屏蔽盒中,提高抗干扰能力,保证测量准确度,填充10%C3F890%N2作为绝缘气体,克服了SF6气体的温室效应极高的缺点。

Description

基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统
技术领域
[0001]本发明属于电缆领域,尤其涉及一种基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统。
背景技术
[0002]目前,电缆已被广泛应用于输电线路和配电网络中。随着电缆的延伸,电缆中间接头的使用量也相应增加,其中硅橡胶绝缘预制式中间接头以其整体预制式设计、绝缘性好、安装方便等等特点而广泛应用。但由于预制式中间接头为多层固体复合介质绝缘结构、绝缘结构紧凑、且需现场安装成型,影响其绝缘性能的原因很多,因此其发生故障的概率远大于电缆本体,近十年的数据表明中间接头击穿故障的概率约占电缆故障总数的31%。高压电力设备的绝大多数故障都归结于绝缘性故障,而局部放电是造成绝缘劣化的主要原因,因此如何通过有效的手段实时监测、实时掌握电缆中间接头的运行状态十分必要。
[0003]但现在对于电缆中间接头在线局部放电测量的研究还不成熟,广泛应用于各类高压电力设备局部放电检测的脉冲电流法和后来为解决电缆加压测试难题的振荡波测试方法都只能在电缆离线情况下进行,无法全面、实时掌握其绝缘状态。高频电流法是在电缆本体上或接地引线上套以Rogowski线圈高频电流传感器,利用电缆绝缘局部放电时在金属屏蔽层和接地线上产生不均匀电流进而产生变化磁场,当测量位置磁场发生变化时,Rogowski线圈上的积分电阻就能感应到局部放电脉冲信号,然后基于脉冲信号在电缆行波结构中的传播、反射机理定位出缺陷点的位置,此方法将传感器固定在指定测量点可以实现在线监测,其不足之处是传感器卡装在电缆外部,测量灵敏度受到限制,干扰信号难以消除,容易造成误检。
[0004]如果将传感器内置在屏蔽层以内,具有很高的测量灵敏度和抗干扰能力,但相应地也会增加安装难度。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,旨在解决目前技术不能实现灵敏准确的电缆中间接头局部放电在线测量、传感器安装操作困难的问题。
[0006]本发明是这样实现的,一种基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统包括钳形同轴电容器、局部放电采集装置、传输光纤、监测终端,钳形同轴电容器通过导线与局部信号采集装置中的采集电路相连,钳形同轴电容器与局部采集装置的金属屏蔽盒等电位,所述金属屏蔽盒通过导线连接至局部放电采集装置中采集电路的信号输入端,局部放电采集装置通过传输光纤将采集处理后的信号传送至监测终端,实现信号的监测。
[0007]进一步,钳形同轴电容器由两个半环构成,每个半环由内环、外环和两侧的隔板构成一个独立的封闭结构,内部填充10 %C3F890 %N2绝缘气体,内环、绝缘气体、外环构成一个气体电容器。
[0008]进一步,局部放电采集装置的外壳为金属屏蔽盒,固定在钳形同轴电容器的外环上,并与外环同等电位,局部放电采集装置中的采集电路完全位于金属屏蔽盒内。
[0009]进一步,当钳形同轴电容器两个半环闭合时,构成一个圆柱体电容器,与局部放电采集装置中的采集电路中分压电容Co构成电容分压器,实现对电缆中间接头内部局部放电的测量。
[0010]进一步,钳形同轴电容器的内环、外环均采用铜材料,隔板采用环氧树脂绝缘材料,与钳形同轴电容器内气体共同构成电介质。
[0011]进一步,钳形同轴电容为可开式结构。
[0012]进一步,传输光纤包含两根光纤:上行光纤、下行光纤,上行光纤用于传输监测终端的控制信号,下行光纤用于传输数据。
[0013]进一步,监测终端用于对传输光纤传送的数据进行分析处理,计算出中间接头绝缘放电的当前值,实时用波形显示出来,并将数据保存。
[0014]进一步,所述电容分压器的输出信号经过滤波放大模块,对测量到的局部放电原始信号进行滤波和放大,再由A/D转换模块将模拟量信号转换成数字量信号,数字量信号由微处理器进行组帧处理,通过电光转换模块将电信号转换为光信号,通过传输光纤将信号传送至监测终端。
[0015]本发明的技术效果如下:
[0016] (I)钳形同轴电容器由两个可开半环构成,在现场安装中间接头时,套装好中间接头后,再将同轴电容安装在中间接头处,由于其两个半环可开,解决了现场安装传感器难度大的问题,并且避免了对中间接头主体结构的破坏。
[0017] (2)钳形同轴电容器内环与中间接头相连且内环为铜材料,可作为铜屏蔽层并与两端电缆的铜屏蔽层相连。
[0018] (3)局部放电信号采集装置与监测终端之间通过光纤传输信号,光纤传输的载波是光波,光波是频率极高的电磁波,远远比电波通讯中的所使用的频率高,所以不受干扰,提高了信号传输过程中的抗干扰能力。
[0019] (4)局部放电信号采集装置外壳为金属屏蔽盒,与钳形同轴电容器外环等电位连接,整个采集电路位于金属屏蔽盒中,金属屏蔽利用密闭导体上电荷均分布在导体外围,内部没有电场,内部不受外部电磁干扰,可有效抵抗外界干扰,从而提高整个装置的抗干扰能力,保证了系统的测量准确度。
[0020] (5)同轴电容器内环与外环之间填充10%C3F890%N2作为绝缘气体也作为电容器的电介质,作为SF6的替代气体,克服了 SF6气体的温室效应极高的缺点。
附图说明
[0021]图1是本发明实施例提供的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统的结构示意图;
[0022]图2和图3为本发明实施例提供的钳形同轴电容器的结构示意图;
[0023]图4为本发明实施例提供的局部放电信号采集装置原理图;
[0024]图中:1、轴电容器;2、局部放电信号采集装置;3、传输光纤;4、监测终端;5、电缆;6、电缆中间接头;7、内环;8、外环;9、电缆中间接头;10、隔板;11、滤波放大模块;12、A/D转换模块;13、微处理器;14、光电转换模块。
具体实施方式
[0025]为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下。
[0026] 请参阅图1至图4:
[0027] —种基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,由钳形同轴电容器1、局部放电信号采集装置2、传输光纤3、监测终端4构成,图1中还有电缆5、电缆中间接头6。如图1所示,钳形同轴电容器I通过导线与局部信号采集装置2中的采集电路相连,且钳形同轴电容器与采集电路中的电容分压来测得中间接头绝缘局部放电信号,通过处理后经传输光纤3传送至监测终端4中。监测终端4将对传输过来的数据进行实时分析处理,并且波形显示和数据保存。
[0028]所述的钳形同轴电容器I设计为两个半环结构,而针对预制式中间接头的主体结构由硅橡胶主绝缘、半导电层及应力堆构成,并预先在工厂里制成三位一体的的结构,在现场安装中间接头时,先将硅橡胶套筒扩径,然后将硅橡胶套筒套在电缆外屏蔽层上并挪至一边,电缆导体接续后,把移到一边的主绝缘体安装在电缆原有的绝缘部分上,恢复电缆连接处绝缘的作用。在现场进行安装同轴电容器时,通过两个半环的开合,可以降低现场安装传感器的难度,并且避免了对中间接头主体结构的破坏。如图2、图3所示,钳形同轴电容器由内环7、外环8和两侧的隔板10构成。其中内环、外环采用铜材料制成,隔板10采用环氧树脂绝缘材料制成,与电容器内气体共同构成电介质。钳形电容器的内径选择略大于中间接头外径,钳形电容器外径大于内径20_,内环7、外环8选择大约0.8_的铜皮制成,特别适合现场使用。
[0029]所述的钳形同轴电容器I与局部信号米集装置2中的分压电容Co构成电容分压器,当中间接头金属屏蔽层上流过局部放电脉冲电流信号时,由于电容有高通低阻的作用,电流中的高频成分流向电容分压器,故可从Co两端获取到脉冲电压信号,进而实现对接头内部局部放电信号的测量,并且可实现在线的、实时的测量。
[0030]如图4所示,电容分压器的输出信号经过滤波放大模块11,对其测量到的局部放电原始信号进行滤波和放大,再由A/D转换模块12将模拟量信号转换成数字量信号。数字量信号再由微处理器13进行组帧处理,通过电光转换模块14将电信号转换为光信号,最后通过传输光纤3将信号传送至监测终端。模数转换模块12由高精度模数转换芯片ADS1243构成,用于对模数信号的高精度转换,提高信号采集的精度与准确度。
[0031]所述的监测终端4在接收到传输光纤3传送过来的信号后,实时对数据进行处理分析,通过预先设定的绝缘放电值和传输光纤的数据函数关系解算出中间接头绝缘放电的当前值,并实时用波形显示出来,便于工作人员实时监测器运行状态。监测终端4还具有数据记录等功能,用于根据局部放电的发展阶段,评估局部放电的严重程度,进而诊断中间接头的绝缘状态。监测终端4采用PowerPC系列处理器构成核心处理单元,并通过LCD显示屏实现信号参数与波形的实时显示。
[0032]所述传输光纤3由两根光纤上行光纤和下行光纤构成,上行光纤用于传输监测终端的控制信号,下行光纤用于传输数据。
[0033]所述的局部放电信号采集装置4的外壳为金属屏蔽盒,固定在钳形同轴电容器的外环上,且与外环同等电位,局部放电信号采集电路全部位于金属屏蔽盒中,因此可有效抵抗外界对采集电路的干扰,提高整个装置的抗干扰性。
[0034]本发明的技术效果如下:
[0035] (6)钳形同轴电容器由两个可开半环构成,在现场安装中间接头时,套装好中间接头后,再将同轴电容安装在中间接头处,由于其两个半环可开,解决了现场安装传感器难度大的问题,并且避免了对中间接头主体结构的破坏。
[0036] (7)钳形同轴电容器内环与中间接头相连且内环为铜材料,可作为铜屏蔽层并与两端电缆的铜屏蔽层相连。
[0037] (8)局部放电信号采集装置与监测终端之间通过光纤传输信号,提高了信号传输过程中的抗干扰能力。
[0038] (9)局部放电信号采集装置外壳为金属屏蔽盒,与钳形同轴电容器外环等电位连接,整个采集电路位于金属屏蔽盒中,可有效抵抗外界干扰,从而提高整个装置的抗干扰能力,保证了系统的测量准确度。
[0039] (10)同轴电容器内环与外环之间填充10%C3F890%N2作为绝缘气体也作为电容器的电介质,作为SF6的替代气体,克服了 SF6气体的温室效应极高的缺点。
[0040]以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统包括钳形同轴电容器、局部放电采集装置、传输光纤、监测终端; 所述钳形同轴电容器通过导线与局部信号采集装置中的采集电路相连,钳形同轴电容器与局部采集装置的金属屏蔽盒等电位;所述金属屏蔽盒通过导线连接至局部放电采集装置中采集电路的信号输入端,局部放电采集装置通过传输光纤将采集处理后的信号传送至监测终端。
2.如权利要求1所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,钳形同轴电容器由两个半环构成,每个半环由内环、外环和两侧的隔板构成一个独立的封闭结构,内部填充10 % C3F890 % N2绝缘气体,内环、绝缘气体、外环构成一个气体电容器。
3.如权利要求1所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,局部放电采集装置的外壳为金属屏蔽盒,固定在钳形同轴电容器的外环上,并与外环同等电位,局部放电采集装置中的采集电路完全位于金属屏蔽盒内。
4.如权利要求1所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,当钳形同轴电容器两个半环闭合时,构成一个圆柱体电容器,与局部放电采集装置中的采集电路中分压电容Co构成电容分压器,实现对电缆中间接头内部局部放电的测量。
5.如权利要求1所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,钳形同轴电容器的内环、外环均采用铜材料,隔板采用环氧树脂绝缘材料,与钳形同轴电容器内气体共同构成电介质。
6.如权利要求1所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,钳形同轴电容为可开式结构。
7.如权利要求1所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,传输光纤包含两根光纤:上行光纤、下行光纤,上行光纤用于传输监测终端的控制信号,下行光纤用于传输数据。
8.如权利要求1所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,监测终端用于对传输光纤传送的数据进行分析处理,计算出中间接头绝缘放电的当前值,实时用波形显示出来,并将数据保存。
9.如权利要求1所述的基于钳形同轴电容的电缆中间接头局部放电在线测量系统,其特征在于,所述电容分压器的输出信号经过滤波放大模块,对测量到的局部放电原始信号进行滤波和放大,再由A/D转换模块将模拟量信号转换成数字量信号,数字量信号由微处理器进行组帧处理,通过电光转换模块将电信号转换为光信号,通过传输光纤将信号传送至监测终端。
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