CN106646152A - 一种高压电缆局部放电检测方法及装置 - Google Patents

一种高压电缆局部放电检测方法及装置 Download PDF

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周仿荣
马御棠
王科
马仪
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Abstract

本发明是关于一种高压电缆局部放电检测方法及装置，将低压交流电转化为高压交流电，采用高压交流电对与被试高压电缆串联的电抗器进行充电；判断电抗器两端的电压是否达到预设电压；若达到预设电压，则闭合用于切断高压交流电的短路开关；采集在阻尼振荡波的作用下被试高压电缆产生的局部放电信号；根据局部放电信号，分析被试高压电缆的绝缘性能。本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电检测方法及装置，采用交流电压对被试高压电缆进行检测，解决了采用直流电压检测易对被试高压电缆造成损伤的问题。同时，切断交流电源的开关处于局部放电检测电路的低压侧，解决了短路开关在高压电压下绝缘困难的问题。

Description

一种高压电缆局部放电检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电力电缆局部放电检测技术领域，尤其涉及一种高压电缆局部放电检测方法及装置。
背景技术
高压输电电缆(简称高压电缆)作为电网系统中最主要的电能传输设备，其绝缘性的良好与否将直接影响整个电网系统的安全稳定运行。在高压电缆制造、存储、运输或安装过程中，高压电缆的内部常会形成微小气隙或杂质等缺陷，从而造成绝缘隐患。目前，常对高压电缆的进行局部放电检测，以检测高压电缆的绝缘性能。
现今，国内外主要采用直流阻尼振荡波技术检测高压电缆的局部放电，其检测过程：将交流电压整流变成直流电压，利用直流电压对被试高压电缆充电；当被试高压电缆的两端达到目标电压时，迅速切断直流电压输出端的高压快速开关，此时，被试高压电缆与串联电感产生阻尼振荡波；利用高频电流传感器检测被试高压电缆回路中每个电缆附件的局部放电信号，并通过信号传输光纤将监测的局部放电信号传至数据处理器中，经过数据处理器对数据的分析与处理，评估被试高压电缆的局部放电水平。
但是，在直流电场的作用下，电荷注入会在被试高压电缆的绝缘缺陷处形成严重的空间电荷效应，空间电荷对电场的畸变会使被试高压电缆绝缘中的最大电场强度达到击穿强度，从而对被试高压电缆造成不可恢复的损伤或绝缘击穿。同时，在检测过程中，被试高压电缆的测试电压不得超过高压快速开关承受的电压，一般高压快速开关承受的电压值为10-35kV，只适用于中压电缆的局部放电的检测，限制了110kV甚至更高电压等级的高压电缆的局部放电的检测。
同时，现有技术中，利用高频电流传感器监测被试高压电缆的局部放电信号，并通过信号传输光纤进行信号的传输，该方法实现需要一个前提，即一个待检测电缆附件对应一个高频电流传感器，对于长距离高压电缆(简称高压长电缆)而言，电缆附件较多，因此，在实际测量中，需要安装多个高频电流传感器。此外，高频电流传感器的信号传递需要布置信号传输光纤，对于高压长电缆，电缆回路较长，需要安装大量的信号传输光纤，其实施过程中，消耗大量的人力与物力。
发明内容
本发明实施例中提供了一种高压电缆局部放电检测方法与装置，以解决现有技术中采用直流电压检测高压电缆的局部放电，易对被试高压电缆造成损伤或击穿的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
一种高压电缆局部放电检测方法，包括：
将低压交流电转化为高压交流电，采用所述高压交流电对与被试高压电缆串联的电抗器进行充电；
判断所述电抗器两端的电压是否达到预设电压；
若所述电抗器两端的电压达到预设电压，则闭合用于切断所述高压交流电的短路开关，使所述电抗器与被试高压电缆构成的回路内产生阻尼振荡波；
采集在所述阻尼振荡波的作用下所述被试高压电缆产生的局部放电信号；
根据所述局部放电信号，分析所述被试高压电缆的绝缘性能。
优选地，采集在所述阻尼振荡波的作用下被试高压电缆产生的局部放电信号，包括，分别在被试高压电缆首端与尾端采集被试高压电缆产生的局部放电信号。
优选地，将低压交流电转化为高压交流电，包括，
将低压交流电转换为脉冲直流电；
将所述脉冲直流电转化为平滑的直流电；
将所述平滑的直流电转化为预设频率的逆变交流电；
将逆变交流电升压至预设电压的高压交流电。
一种高压电缆局部放电检测装置，包括依次连接的变频电源、变压器及电抗器；所述变频电源用于输出低压交流电，所述变频电源包括一短路开关，所述短路开关用于切断所述低压交流电的输出；所述变压器用于将所述变频电源用于输出的低压交流电升至高压交流电；
所述高压电缆局部放电检测装置还包括高压耦合器，所述高压耦合器的输入端用于连接被试高压电缆，所述高压耦合器的输出端连接所述局放信号采集单元，所述高压耦合器用于将被试高压电缆的局放信号传输至所述局放信号采集单元，所述局放信号采集单元用于采集被试高压电缆的局部放电信号；
所述高压电缆局部放电检测装置还包括分析单元，所述分析单元用于根据所述局放信号采集单元采集的局部放电信号，分析所述被试高压电缆的绝缘性能。
优选地，所述局放信号采集单元包括首端局放信号采集单元与尾端局放信号采集单元，所述首端局放信号采集单元用于采集被试高压电缆首端的局部放电信号，所述尾端局放信号采集单元用于采集被试高压电缆尾端的局部放电信号。
优选地，所述变频电压包括依次连接的整流单元、滤波单元与逆变单元，所述整流单元用于将低压交流电压转换为脉冲直流电；滤波单元用于将所述脉冲直流电转化为平滑的直流电；逆变单元用于将所述平滑的直流电转化为预设频率的逆变交流电。
由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电检测方法及装置，采用交流电压对被试高压电缆进行检测，检测过程中，交流电压对电抗器进行充电，解决了采用直流电压检测易对被试高压电缆造成损伤的问题。同时，切断交流电源的开关处于局部放电检测电路的低压侧，被试高压电缆位于局部放电检测电路的高压侧，因此，开关承受的电压远远低于被试高压电缆两端的电压，解决了开关在高压电压下绝缘困难的问题，也解除了开关承受电压低对检测电压等级造成的限制。因此，本发明提供高压电缆局部放电的检测方法适用于110kV甚至更高电压等级的高压电缆的局部放电的检测。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高压长电缆局部放电检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种高压长电缆局部放电检测装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的阻尼振荡波产生原理的电路示意图；
图1-3中的符号表示为：1-变压器，2-分压器，31-第一高压耦合器，32-第二高压耦合器，4-电抗器，5-高压引线，61-第一局放信号采集单元，62-第二局放信号采集单元，71-第一存储单元，72-第二存储单元，8-分析单元，9-无线网络，10-信号传输电缆，11-变频电源，12-控制单元，13-控制电缆，14-低压电缆，15-整流单元，16-滤波单元，17-逆变单元，18-被试高压电缆。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电的检测方法，采用交流电压对被试高压电缆进行检测，检测过程中，交流电压对电抗器进行充电，解决了采用直流电压易对被试高压电缆造成损伤的问题。同时，切断交流电源的短路开关处于局部放电检测电路的低压侧，被试高压电缆位于局部放电检测电路的高压侧，因此，短路开关承受的电压远远低于被试高压电缆两端的电压，解决了短路开关在高压电压下绝缘困难的问题，也解除了由于短路开关承受电压低而限制对检测电压等级的问题。因此，本发明提供的高压电缆局部放电检测方法适用于110kV甚至更高电压等级的高压电缆的局部放电的检测。
图1为本发明实施例提供的一种高压长电缆局部放电检测方法的流程示意图，如图1所示，一种高压电缆局部放电检测方法包括：
S1:利用高压交流电压对与被试高压电缆串联的电抗器进行充电。
本实施例中，采用高压交流电压对被试高压电缆进行局部放电检测，在检测电路中，被试高压电缆表现为容性，相当于一个电容；与被试高压电缆串联的电抗器表现为抗性，相当于一电抗。检测过程中，高压交流电压为电抗器和被试高压长电缆组成的串联电路进行升压，高压交流电对电抗器进行充电，即电抗器吸收电能并将其以磁场能量的形式存储在磁场中。
高压电缆局部放电检测方法还包括获取高压交流电压，其具体包括：
将低压交流电压转换为脉冲直流电压；
将所述脉冲直流电压转化为平滑的直流电压；
将所述平滑的直流电压转化为预设频率的逆变交流电压；
将逆变交流电压升压至预设电压的充电交流电压。
其中，预设电压为被试高压电缆在正常工作条件下传输的电压等级，例如110kV。
S2：判断所述电抗器两端的电压是否达到预设电压，若是，闭合用于切断所述低压交流电的短路开关，使所述电抗器与被试高压电缆形成的闭合回路内产生阻尼振荡波。
若电抗器两端的电压未达到预设电压，则继续对电抗器进行充电；若电抗器两端的电压达到预设电压，则切断所述高压交流电压，终止对电抗器的充电。
在切断所述充电交流电压的瞬间，电抗器向被试高压电缆释放存储的电能，且随着电抗器中存储的电能的减少，使电抗器与被试高压电缆形成的闭合回路内产生阻尼振荡波。
S3：采集所述被试高压电缆的局部放电信号，所述放电信号包括所述阻尼震荡波的信号。
由于回路内产生的激励电压为阻尼震荡波，因此，若被试高压电缆内绝缘缺陷发生局部放电，则其产生的局部放电信号在高压电缆传输中存在衰减特性。采集被试高压电缆的局部放电信号，包括采集被试高压电缆首端或/和被试高压电缆尾端的局部放电信号。但是，由于局部放电信号在高压电缆传输中存在衰减特性，则可能存在一种现象，即局部放电信号在达到局放信号采集单元前就已经衰减为零，从而导致无法检测到此局部放电信号。例如，若被试高压电缆首端的某个微小气隙发生局部放电，产生一个较小的局部放电信号，此局部放电信号在高压电缆传输过程中即衰减为零，因此，在被试高压电缆尾端将采集不到此局部放电信号，从而影响对被试高压电缆绝缘性能的评估。
为了避免上述问题的发生，本实施例中，同时在所述被试高压电缆首端与被试高压电缆尾端的采集其局部放电信号。
S4：根据局部放电信号，分析所述被试高压电缆的绝缘性能。
在高压交流电的激励下，被试高压电缆内的绝缘缺陷处将发生局部放电，采集局部放电处的放电信号，根据放电信号的采集时间与放电量等特征信息，分析发生局部放电的位置与局部放电的大小。
本实施例中，采集了所述被试高压电缆首端与被试高压电缆尾端的局部放电信号，因此，可通过试高压电缆首端的局部放电信号分析被试高压电缆的局部放电情况，也可通过被试高压电缆尾端的局部放电信号分析被试高压电缆的局部放电情况。当然，可综合分析高压电缆首端与尾端的局部放电信号，更准确的分析被试高压电缆的局部放电情况。
图2为本发明实施例提供的一种高压长电缆局部放电检测装置的结构示意图，如图2所示，高压电缆局部放电检测装置包括依次连接的变频电源11、变压器1及电抗器4。
变频电源11的输入端连接外电源，外电源为变频电源11提供380V或220V的输入交流电；变频电源11的输出端通过低压电缆14连接变压器1，变频电源11将380V或220V的输入交流电转化为具有检测所需频率与波形的低压交流电，变压器1将变频电源11输出的低压交流电升压至预设电压的高压交流电压。
将被试高压电缆被试高压电缆18通过高压引线5接入高压电缆局部放电检测装置，。图3为本发明实施例提供的高压长电缆局部放电检测装置的电路示意图，被试高压电缆18与电抗器4串联。本实施例中，变频电源11包括依次连接的整流单元15、滤波单元16与逆变单元17，整流单元15用于将低压交流电压转换为脉冲直流电；滤波单元16用于将脉冲直流电转化为平滑的直流电；逆变单元17用于将平滑的直流电转化为测试所需频率的逆变交流电。然后，变压器1将逆变交流电升压至预设电压的高压交流电，并将高压交流电施加于被试高压电缆。
变频电源11还包括一短路开关，闭合短路开关，则切断交流电压的输出，使高压交流电停止对电抗器充电。现有技术中，短路开关承受与被试高压电缆同样的电压值，限制了高压电缆局部放电检测的电压等级。本发明中，短路开关设于变压器1的低压侧，在开路状态下，短路开关承受的电压远低于被试高压电缆18两端的检测电压，解决了短路开关在高电压下绝缘困难的问题，也大大提升了高压电缆局部放电检测的电压等级。短路开关的种类有多种，本实施中采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅极型功率管)电子开关，IGBT电子开关具有较快的开关速度。
采用高压交流电对被试高压电缆进行测试，当达到预设电压时，闭合短路开关，高压交流电被切断，使电抗器4与被试高压电缆18构成LC回路内产生阻尼振荡电压波。
此处，应当说明对电路中电压的测试方式，由于施加在电抗器4与被试高压电缆18两端的电压为高等级电压，因此，若直接测量其电压值将比较困难，因此，本实施例中，高压长电缆局部放电检测装置还包括一分压器2，分压器2通过高压引线5与电抗器4连接，通过测量电路中部分电压，从而计算被试高压电缆两端所承受的电压。
高压电缆局部放电检测装置还包括高压耦合器，高压耦合器的输入端连接被试高压电缆，高压耦合器的输出端通过信号传输电缆10依次连接局放信号采集单元与存储单元，高压耦合器用于将被试高压电缆的局放信号传输至局放信号采集单元，局放信号采集单元用于采集被试高压电缆的局部放电信号，存储单元用于存储局部放电信号。
本实施中，高压电缆局部放电检测装置包括第一高压耦合器31与第二高压耦合器32。第一高压耦合器31的输入端连接被试高压电缆18的首端，第一高压耦合器31的输出端连接第一局放信号采集单元61的输入端，第一局放信号采集单元61采集被试高压电缆18首端的局部放电信号。第二高压耦合器32的输入端连接被试高压电缆18的尾端，第二高压耦合器32的输出端连接第二局放信号采集单元62的输入端，第二局放信号采集单元62采集被试高压电缆18尾端的局部放电信号。
局放信号采集单元的输出端依次连接存储单元与分析单元，并将采集的局部放电信号依次传输至存储器与分析器。存储单元对局放信号采集单元采集的局部放电信号进行存储。分析单元根据局放信号采集单元采集的局部放电信号，分析被试高压电缆的绝缘性能。
本实施中，高压电缆局部放电检测装置包括第一存储单元71与第二存储单元72，第一存储单元71用于存储被试高压电缆18首端的局部放电信号，第二存储单元72用于存储被试高压电缆18尾端的局部放电信号。
第一存储单元71通过有线传输方式将其存储的局部放电信号传输至分析单元8，分析单元8接收第一存储单元71发送的局部放电信号，并根据局部放电信号分析被试高压电缆18的绝缘性能。
由于被试高压电缆一般具有较大的长度，因此，位于被试高压电缆首端的第二存储单元72将距离分析单元较远，若仍旧采用有线连接方式，将导致电路接线工作复杂。因此，第二存储单元72通过无线网络与分析单元8连接，并将存储的被试高压电缆18尾端的局部放电信号传输至分析单元8。分析单元8接收第二存储单元72局部放电信号，并根据局部放电信号分析被试高压电缆18的绝缘性能。
在实际的检测过程中，测试电压的等级较高，若人工对变频电源11进行直接接触式调节存在较大的安全风险，因此，本实施例中，高压电缆局部放电检测装置还包括一控制单元12，控制单元12通过控制电缆13与变频电源11连接，通过控制单元12对变频电源11的输出电压进行调节与控制。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种高压电缆局部放电检测方法，其特征在于，包括：
将低压交流电转化为高压交流电，采用所述高压交流电对与被试高压电缆串联的电抗器进行充电；
判断所述电抗器两端的电压是否达到预设电压；
若所述电抗器两端的电压达到预设电压，则闭合用于切断所述低压交流电的短路开关，使所述电抗器与被试高压电缆构成的回路内产生阻尼振荡波；
采集在所述阻尼振荡波的作用下所述被试高压电缆产生的局部放电信号；
根据所述局部放电信号，分析所述被试高压电缆的绝缘性能。
2.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电检测方法，其特征在于，采集在所述阻尼振荡波的作用下被试高压电缆产生的局部放电信号，包括，分别在被试高压电缆首端与尾端采集被试高压电缆产生的局部放电信号。
3.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电检测方法，其特征在于，将低压交流电转化为高压交流电，包括，
将低压交流电转换为脉冲直流电；
将所述脉冲直流电转化为平滑的直流电；
将所述平滑的直流电转化为预设频率的逆变交流电；
将所述逆变交流电升压至预设电压的高压交流电。
4.一种高压电缆局部放电检测装置，其特征在于，包括依次连接的变频电源(11)、变压器(1)及电抗器(4)；所述变频电源(11)用于输出低压交流电，所述变频电源(11)包括一短路开关，所述短路开关用于切断所述低压交流电的输出；所述变压器(1)用于将所述变频电源(11)用于输出的低压交流电升至高压交流电；
所述高压电缆局部放电检测装置还包括高压耦合器，所述高压耦合器的输入端用于连接被试高压电缆(18)，所述高压耦合器的输出端连接所述局放信号采集单元，所述高压耦合器用于将被试高压电缆(18)的局放信号传输至所述局放信号采集单元，所述局放信号采集单元采集被试高压电缆(18)的局部放电信号；
所述高压电缆局部放电检测装置还包括分析单元(8)，所述分析单元(8)用于根据所述局放信号采集单元采集的局部放电信号，分析所述被试高压电缆(18)的绝缘性能。
5.根据权利要求4所述的高压电缆局部放电检测装置，其特征在于，所述局放信号采集单元包括首端局放信号采集单元与尾端局放信号采集单元，所述首端局放信号采集单元用于采集被试高压电缆(18)首端的局部放电信号，所述尾端局放信号采集单元用于采集被试高压电缆(18)尾端的局部放电信号。
6.根据权利要求4所述的高压电缆局部放电检测装置，其特征在于，所述变频电压包括依次连接的整流单元(15)、滤波单元(16)与逆变单元(17)，所述整流单元(15)用于将低压交流电压转换为脉冲直流电；滤波单元(16)用于将所述脉冲直流电转化为平滑的直流电；逆变单元(17)用于将所述平滑的直流电转化为预设频率的逆变交流电。
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