CN106980075A - 一种网状差分式电缆接头局放检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网状差分式电缆接头局放检测装置及方法，网状差分式电缆接头局放检测装置包括信号检测单元和信号处理单元，所述信号检测单元和信号处理单元设置于电缆接头处；信号检测单元为网状结构，采用多片式分布式布局，形成角度差；信号处理单元采用差分检测原理对信号检测单元传输的多组信号进行处理。利用网状差分式电缆接头局放检测装置在电缆接头电容传感器上使用了差分信号检测方法进行局放信号的检测，电缆接头内置电容传感器上采用了网状结构，这样既增加了检测面积，也减小了电容值，并且在电缆接头硅橡胶层外与铜壳内可以方便安装。

Description

一种网状差分式电缆接头局放检测装置及方法

技术领域

本发明涉及高压电技术领域，具体涉及一种网状差分式电缆接头局放检测装置及利用网状差分式电缆接头局放检测装置进行电缆接头局放检测的方法。

背景技术

高压XLPE电缆的局部放电问题是引起高压电缆事故的主要因素，多年来一直受到广泛关注。究其原因，主要是由于电缆的绝缘部件存在缺陷，产生局部微量放电。而该放电过程加速了电缆绝缘性能劣化，最终导致电缆击穿。如何测量电缆的早期局部放电现象，对预防电缆事故具有重要意义。另一方面，由于电力电缆中间接头的电场应力较为集中，是电力电缆绝缘的薄弱环节，更容易产生绝缘故障。据统计，大部分的电缆绝缘击穿问题发生在电缆中间接头部位。因此，电缆接头的局部放电状态监测是提高电缆安全运行的重点。

传统的电缆局部放电检测方法有脉冲电流法、振荡波检测法、高频电流法等。但是，脉冲电流法和振荡波检测法只能用于电缆离线情况下的安全检查，无法用于电缆接头的在线监测。高频电流法适合现场大规模的局部放电巡检，但是这种方法容易受外部信号干扰，难以用于实时监测。

电缆局放检测一直是电缆接头的故障判断的重要指标，常见的在电缆接头处的局放检测有HFCT检测和电容片局放检测。

HFCT局放检测方式的缺点比较明显，一是HFCT频率响应是一个技术瓶颈，因此不能检测更高频率的局放信号。二是HFCT安装在接头接地鞭两侧。因此受到接地线上的环流干扰，局放信号因此被掩埋在干扰信号中。

传统的内置电容式局放检测也有着明显的缺点：

缺点一：一是电容检测传感器的制作难以取舍，电容传感器太小，检测放电的范围就小，因放电位置的随机性导致小型的电容传感器不能完全检测出电缆接头的放电位置；二是如果将电容传感器做大，覆盖面广，那么电容值也相对应增大；电缆放电量Q值一定时，电容C值越大，电压V值越小；检测设备通过检测电压值V和固定的电容值C，计算出放电量Q；当电容值C变大以后，微弱的局放信号，将不能被检查出来。所以，如何既要做大电容传感器使得检测范围宽广、又要减小传感器的电容值是电容传感器的研究方向。

传统的电容式传感器存在第二个缺点是：高压电缆线路长，电流大，高频谐波多。电缆正常工作时，电缆电流谐波会对传感器造成干扰，使得有效的局放信号被淹没在电缆杂波中。如何从杂波中检测出有效的局放信号是现阶段的技术难点。

发明内容

如上所述，现有技术中存在着：如何既要做大电容传感器使得检测范围宽广，又要减小传感器的电容值是电容传感器的研究方向；以及如何从杂波中检测出有效的局放信号是现阶段的技术难点。针对电缆接头局放检测技术在现有技术中存在的问题，本发明提供了一种网状差分式电缆接头局放检测装置，信号检测单元设置为网状结构，信号处理单元采用差分检测原理，利用网状差分式电缆接头局放检测装置在电缆接头电容传感器上使用了差分信号检测方法进行局放信号的检测。本发明的技术方案的创新在于电缆接头内置电容传感器上采用了网状结构，这样既增加了检测面积，也减小了电容值，并且在电缆接头硅橡胶层外与铜壳内可以方便安装。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明公开了一种网状差分式电缆接头局放检测装置，该装置包括信号检测单元和信号处理单元；所述信号检测单元和信号处理单元设置于电缆接头处的电缆铜壳与橡胶层之间；所述信号检测单元是网状式电容信号检测单元，即信号检测单元为网状结构、采用多片式分布式布局、形成角度差；所述信号处理单元采用差分检测原理对信号检测单元传输的多组信号进行处理。

优选的是，所述信号检测单元为网状结构，网状结构的信号检测单元采用柔性PCB（FPC）制作而成。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号检测单元为网状结构，网状结构为导电线材组成。

在上述任一技术方案中优选的是，所述导电线材包括铜网。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号检测单元为网状结构，网状结构采用正方形网格或圆形网格或六边形网格且不限于正方形网格、圆形网格、六边形网格，它还采用其它多边形网格。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号检测单元为网状结构，网状结构为紧密型网状结构，其网孔大小在1平方厘米以内。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号检测单元由一块网状结构组成；一块网状结构组成的信号检测单元全部包裹在电缆接头橡胶层外、电缆铜网层内。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号检测单元由多块网状结构组成；多块网状结构组成的信号检测单元，以分布式布局形成角度差安装在电缆接头橡胶层外、电缆铜网层内。

在上述任一技术方案中优选的是，所述铜网结构的信号检测单元柔性PCB（FPC）为双层，其靠近电缆接头橡胶层处为铜网，其靠近铜网层为整体铜箔；双层柔性PCB（FPC）控制电容两层间距，确保安装和测量准确性。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号处理单元包括ADC采集芯片和信号处理单片机。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号处理单元使用一组ADC采集芯片对一组网状信号采集单环处理信号。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号处理单元使用多组ADC采集芯片对多组网状信号采集单环处理信号。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号处理单元对多组信号采用差分信号处理方式，以信号传感器差值作为采集信号。

在上述任一技术方案中优选的是，所述信号处理单元将局放信号按照交流相位排列，出具QΨN 三维局放图，其中Q为放电量，Ψ为相位，N为放电次数。

本发明还公开了一种利用上述任一项所述的网状差分式电缆接头局放检测装置进行网状差分式电缆接头局放检测的方法。

本发明的网状差分式电缆接头局放检测方法包括：

网状差分式电缆接头局放检测装置包括网状式电容信号检测单元和采用差分检测原理的信号处理单元，网状式电容信号检测单元采用双层柔性PCB（FPC）制作，信号处理单元由ADC采集芯片和信号处理单片机组成，ADC采集芯片包括一组或多组信号采集器，信号处理单片机包括一组或多组信号处理模块；

柔性PCB（FPC）信号检测单元对应使用两组信号采集器，取得的信号是两片电容的差分信号；来自电缆线芯和铜网的干扰信号被同时吸收在柔性PCB（FPC）信号检测单元的电容传感器所有小块上面，信号值相同没有差分量，信号很好的被过滤掉；

对于局放信号，电荷从电缆芯线逃逸到电缆铜壳铜网，在电容传感器一小块上面形成充电并形成电压差，而相对应的另一面铜网则检测不到信号，从而形成差分信号；

采用多组差分信号有效测量出局放信号，并对局放位置做出判断。

本发明的网状差分式电缆接头局放检测装置及方法，网状差分式电缆接头局放检测装置由信号检测单元和信号处理单元连接构成，其中，信号检测单元采用网状结构，有效的解决了传统电容式局放检测所存在的检测范围有限、电容值过大的诸多问题，并且信号检测单元为采用分布式布局，形成角度差；而信号处理单元采用差分检测原理，准确的检测出局放信号排除其它干扰信号。

与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：

1、在电缆接头内置电容传感器上采用了网状结构，既增加了检测面积，也减小了电容值，并且检测装置在电缆接头硅橡胶层外与铜壳内，可以方便安装；

2、传统的电容传感器为一整片式，本发明的技术方案将其改进为网状结构，且网格状态不局限于正方形网格，也可以是圆形网格、六边形网格等多边形网格；

3、网状结构的信号检测单元，铜网FPC为双层，靠近橡胶层为铜网，靠近铜网层为整体铜箔。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术中传统的一整片式电容传感器；

图2为现有技术中传统的电容式局放检测传感器安装示意图；

图3为按照本发明的网状差分式电缆接头局放检测装置及方法的正方形网格状态的信号检测单元的一优选实施例的示意图；

图4为按照本发明的网状差分式电缆接头局放检测装置及方法的双层柔性PCB（FPC）信号检测单元的一优选实施例的安装示意图；

图5为按照本发明的网状差分式电缆接头局放检测装置及方法的双层柔性PCB（FPC）信号检测单元的一优选实施例的安装后平铺示意图；

图6为按照本发明的网状差分式电缆接头局放检测装置及方法的双层柔性PCB（FPC）信号检测单元的一优选实施例的安装后侧面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为了克服电缆局放检测技术在现有技术中所存在的问题，本发明实施例提出一种网状差分式电缆接头局放检测装置及方法：网状差分式电缆接头局放检测装置包括设置于电缆接头处的信号检测单元和信号处理单元，信号检测单元连接信号处理单元进行电缆接头局放信号的检测；本发明实施例的网状差分式电缆接头局放检测装置，所述信号检测单元是网状式电容信号检测单元，即信号检测单元为网状结构、采用多片式分布式布局、形成角度差；信号处理单元采用差分检测原理对信号检测单元传输的多组信号进行处理；信号处理单元包括ADC采集芯片和信号处理单片机；信号处理单元使用一组ADC采集芯片对一组网状信号采集单环处理信号，或使用多组ADC采集芯片对多组网状信号采集单环处理信号；信号处理单元对多组信号采用差分信号处理方式，以信号传感器差值作为采集信号；信号处理单元将局放信号按照交流相位排列，出具QΨN 三维局放图，其中Q为放电量，Ψ为相位，N为放电次数。本发明实施例利用网状差分式电缆接头局放检测装置在电缆接头电容传感器上使用了差分信号检测方法进行局放信号的检测，电缆接头内置电容传感器上采用了网状结构，这样既增加了检测面积，也减小了电容值，并且在电缆接头硅橡胶层外与铜壳内可以方便安装。网状差分式电缆接头局放检测装置包括网状式电容信号检测单元和采用差分检测原理的信号处理单元，网状式电容信号检测单元采用双层柔性PCB（FPC）制作，信号处理单元由ADC采集芯片和信号处理单片机组成，ADC采集芯片包括一组或多组信号采集器，信号处理单片机包括一组或多组信号处理模块；柔性PCB（FPC）信号检测单元对应使用两组信号采集器，取得的信号是两片电容的差分信号；来自电缆线芯和铜网的干扰信号被同时吸收在柔性PCB（FPC）信号检测单元的电容传感器所有小块上面，信号值相同没有差分量，信号很好的被过滤掉；对于局放信号，电荷从电缆芯线逃逸到电缆铜壳铜网，在电容传感器一小块上面形成充电并形成电压差，而相对应的另一面铜网则检测不到信号，从而形成差分信号；采用多组差分信号有效测量出局放信号，并对局放位置做出判断。

现有技术中，传统的电容片式局放检测技术，其电容传感器为一整片式，如图1所示。而本发明实施例所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其信号检测单元为网状结构，网状结构的信号检测单元采用柔性PCB（FPC）制作而成。本发明实施例所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，采用网状式电容信号检测单元，信号检测单元为网状结构，网状结构为导电线材组成，导电线材可以是铜网；网格状态可以是正方形网格，如图3所示；网状结构可以采用正方形网格或圆形网格或六边形网格且不限于正方形网格、圆形网格、六边形网格，可以是其它多边形网格，网状结构为紧密型网状结构，网孔大小在1平方厘米以内。

本发明实施例所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，信号检测单元由一块网状结构组成，一块网状结构组成的信号检测单元全部包裹在电缆接头橡胶层外、电缆铜网层内。

本发明实施例所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，信号检测单元还可以由多块网状结构组成，多块网状结构组成的信号检测单元，以分布式布局形成角度差安装在电缆接头橡胶层外、电缆铜网层内。

本发明实施例所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，铜网结构的信号检测单元柔性PCB（FPC）为双层，其靠近电缆接头橡胶层处为铜网，其靠近铜网层为整体铜箔；双层柔性PCB（FPC）控制电容两层间距，确保安装和测量准确性。传统的电容式局放检测传感器的安装结构如图2所示，电缆接头处，外部为电缆铜壳、铜网层、相同电位，内置的电容传感器位于电缆接头的橡胶层外、铜网层内，信号处理器连接电容传感器，信号处理器进行信号检测电容传感器与铜网层电压差、计算出局放信号在电容上面的电荷量。本发明实施例改进后的安装结构如图4所示，电容传感器采用网状（铜网）结构柔性双层PCB（FPC）制作。如图4所示，电缆接头处，外部为电缆铜壳、铜网层、相同电位，内置的网状式电容信号检测单元，即网状结构柔性双层PCB（FPC）电容传感器位于电缆接头的橡胶层外、铜网层内，信号处理单元采用差分检测原理，准确检测局放信号。

图4所示的本实施例的信号检测单元，即改进后的电容式局放检测传感器采用柔性双层PCB（FPC）制作，其目的为严格控制电容两层间距，保证不会因为安装造成电容值偏差，影响测量结果。

传统的电容式传感器，高压电缆线路长，电流大，高频谐波多；电缆正常工作时，电缆电流谐波会对传感器造成干扰，使得有效的局放信号被淹没在电缆杂波中。本发明实施例利用网状差分式电缆接头局放检测装置对电缆接头进行局放检测，即：在电缆接头的电容传感器上使用了差分信号检测方法，具体结构如图5和图6所示。

信号处理单元，其ADC采集芯片包括信号采集器1和信号采集器2，其信号处理单片机包括信号处理模块1和信号处理模块2。如图5所示，柔性PCB靠近硅橡胶层面，为4块网格状电容传感器，柔性PCB平铺，2块网格状电容传感器连接信号处理模块1，另2块网格状电容传感器连接信号处理模块2；柔性PCB靠近铜网层为全铜皮覆盖，保证了铜网的绕制，不会影响电容传感器的容值。如图6所示，一个柔性PCB 使用两组信号采集器，信号采集器1和信号采集器2，电缆接头处的外部为电缆铜壳、铜网层，网状式电容信号检测单元（电容传感器）置于电缆铜壳、铜网层与硅橡胶层之间，电容传感器层包含由柔性PCB（FPC）制作的2层铜网格和铜皮层，电容传感器对称布局，因此取得的信号是两片电容的差分信号。采用差分信号的优势为来自电缆线芯和铜网的干扰信号，被同时吸收在电容传感器所有小块上面，信号值相同没有差分量，信号很好的被过滤掉。对于局放信号，电荷从电缆芯线逃逸到电缆铜壳铜网，在电容传感器一小块上面形成充电并形成电压差。而相对应的另一面铜网则检测不到信号，从而形成差分信号，因此可以有效的检测出局放。采用多组差分信号的目的在于，不仅仅可以测量出局放信号，还可以做出对于局放位置的判断。

以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种网状差分式电缆接头局放检测装置，包括信号检测单元和信号处理单元，所述信号检测单元和信号处理单元设置于电缆接头处，其特征在于：所述信号检测单元是网状式电容信号检测单元，即信号检测单元为网状结构、采用多片式分布式布局、形成角度差；所述信号处理单元采用差分检测原理对信号检测单元传输的多组信号进行处理。

2.如权利要求1所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其特征在于：所述信号检测单元为网状结构，网状结构的信号检测单元采用柔性PCB（FPC）制作而成。

3.如权利要求1所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其特征在于：所述信号检测单元为网状结构，网状结构为导电线材组成。

4.如权利要求1所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其特征在于：所述导电线材包括铜网。

5.如权利要求1所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其特征在于：所述信号检测单元为网状结构，网状结构采用正方形网格或圆形网格或六边形网格且不限于正方形网格、圆形网格、六边形网格，它还采用其它多边形网格。

6.如权利要求5所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其特征在于：所述网状结构为紧密型网状结构，其网孔大小在1平方厘米以内。

7.如权利要求1至6中任一项所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其特征在于：所述信号检测单元由一块网状结构组成；一块网状结构组成的信号检测单元全部包裹在电缆接头橡胶层外、电缆铜网层内。

8.如权利要求1至6中任一项所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其特征在于：所述信号检测单元由多块网状结构组成；多块网状结构组成的信号检测单元，以分布式布局形成角度差安装在电缆接头橡胶层外、电缆铜网层内。

9.如权利要求1至4中任一项所述的网状差分式电缆接头局放检测装置，其特征在于：所述铜网结构的信号检测单元柔性PCB（FPC）为双层，其靠近电缆接头橡胶层处为铜网，其靠近铜网层为整体铜箔；双层柔性PCB（FPC）控制电容两层间距，确保安装和测量准确性。

10.一种利用如权利要求1至9中任一项所述的网状差分式电缆接头局放检测装置对电缆接头进行局放检测的方法，其特征在于：该方法包括：

网状差分式电缆接头局放检测装置包括网状式电容信号检测单元和采用差分检测原理的信号处理单元，网状式电容信号检测单元采用双层柔性PCB（FPC）制作，信号处理单元由ADC采集芯片和信号处理单片机组成，ADC采集芯片包括一组或多组信号采集器，信号处理单片机包括一组或多组信号处理模块；

柔性PCB（FPC）信号检测单元对应使用两组信号采集器，取得的信号是两片电容的差分信号；来自电缆线芯和铜网的干扰信号被同时吸收在柔性PCB（FPC）信号检测单元的电容传感器所有小块上面，信号值相同没有差分量，信号很好的被过滤掉；

对于局放信号，电荷从电缆芯线逃逸到电缆铜壳铜网，在电容传感器一小块上面形成充电并形成电压差，而相对应的另一面铜网则检测不到信号，从而形成差分信号；

采用多组差分信号有效测量出局放信号，并对局放位置做出判断。