CN106990340A - 一种局部放电监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种局部放电监测系统及方法，旨在提供一种检测精度高、现场效率高、检测比较全面的局部放电监测系统及方法，其技术方案要点是试验前，将视在放电量校准器和局部放电检测仪连接到电缆上；通过视在放电量校准器输出一固定电量加之电缆两端，调整刻度系数，确定局部放电检测仪的量程，获取经过视在放电量校准器校准后间接测出的放电量，修正局部放电检测仪的检测数据；试验时，对电缆局部放电进行数据采集，对局部放电事件进行定位。达到了提高检测精确度的效果，通过仪器接收电气设备产生超声波信号并对其音质和强度进行分析，可以快速的检测局放现象并精确定位。
Description
技术领域
本发明涉及局部放电监测系统及方法。
背景技术
可靠的绝缘系统是电力设备安全运行的基本保障，统计表明电力设备一半以上的故障是绝缘故障，因而这就要求对绝缘系统进行有效的检测与诊断。特别是在电力系统朝着特高压，大容量方向发展的今天，绝缘系统的可靠性和绝缘检测与诊断的准确性就显得尤为重要，尽管现代科学技术为绝缘检测与诊断的发展提供了必要条件，但由于受传统绝缘检测与诊断理论的制约，对绝缘系统及其放电特征了解不够，所以在现代技术水平上全面了解绝缘系统及其放电的本质特性，就显得十分重要。
到目前局部放电测量仍是最有效的绝缘检测与诊断手段之一，随着现代科学技术的发展，一方面使绝缘检测理论出现了相对滞后现象，另一方面又使测量和检测手段有了很大进步，使我们能够更全面地研究局部放电的特征和检测技术。
对于现有的局部放电监测系统来说，其在检测精度、检测效率、和检测的全面性无法满足。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种局部放电监测系统及方法，具有检测精度高、现场效率高、检测比较全面的优势。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种局部放电监测方法，包括以下步骤：
步骤1：试验前，将视在放电量校准器和局部放电检测仪连接到电缆上；
步骤2：通过视在放电量校准器输出一固定电量加之电缆两端，调整刻度系数，确定局部放电检测仪的量程，获取经过视在放电量校准器校准后间接测出放电量，修正局部放电检测仪的检测数据；
步骤3：试验时，对电缆局部放电进行数据采集，对局部放电事件进行定位。
作为本发明的具体方案可以优选为,对电缆局部放电进行数据采集包括：
步骤31：通过对电缆的局放脉冲电流信号进行宽带采样获取信号完整的时域波形；
步骤32：针对不同放电及噪声的差异提取多种信号特征；
步骤33：将不同的放电波形进行模拟信号和数字处理图谱的分离；
步骤34：将其放电特征与专家库中的放电特征进行比较，判断被测放电类型。
作为本发明的具体方案可以优选为：电流脉冲的信号特征包括频率、相位、强度、密度、时间和实测波形，并以此来判定放电的严重程度
作为本发明的具体方案可以优选为：对局部放电事件进行定位的步骤包括：
在不知道电缆长度的情况下：
步骤41：通过对电缆注入脉冲，采取160-200m之间多次取波传播速度v，求平均后算电缆长度L。
作为本发明的具体方案可以优选为：在知道电缆长度L的情况下，只有一个检测端：
步骤421：通过对电缆注入脉冲，先测算出脉冲在电缆里面的传播速度v，获取直射脉冲的时间t1和反射脉冲的时间t2，放电位置x=L-（t2-t1）v/2。
作为本发明的具体方案可以优选为：在知道电缆长度L的情况下，有A、B两个检测端，分别设置在电缆两端：
步骤422：通过对电缆注入脉冲，先测算出脉冲在电缆里面的传播速度v，获取A端直射脉冲的时间t1和B端直射脉冲的时间t2，放电位置x=[t1×v+（L-t2×v）]/2。
作为本发明的具体方案可以优选为：在步骤1中，在试验电压下产生局部放电时，经耦合电容Ck产生脉冲电流，由输入单元拾取得脉冲讯号，经低噪声前置放大、滤波放大器选择所需频带及主放放大后，在示波屏的椭圆扫描基线上显示出放电脉冲，同时也送到脉冲峰值表显示其峰值,时间窗单元控制试验电压每一周期内脉冲峰值表的工作时间，并在这段时间内将显示屏的显示加亮，显示区宽度与位置改变。
另外，本发明提供一种局部放电监测系统，包括：视在放电量校准器、局部放电检测仪、电缆，视在放电量校准器、局部放电检测仪均连接于电缆上，所述视在放电量校准器用以获取经过视在放电量校准器校准后间接测出放电量，修正局部放电检测仪的检测数据；
局部放电检测仪用以对局部放电事件进行定位。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述视在放电量校准器包括校准脉冲电压发生器和校准电容，校准脉冲电压发生器电压波形上升时间为从0.1U到0.9U的时间，衰减时间定义为从峰值下降到0.1U的时间。
综上所述，本发明具有以下有益效果：检测精度高、现场效率高、检测比较全面，
1、放电电流脉冲信息含量丰富，易于定量，可通过电流脉冲的统计特征量—频率、相位、强度、密度、时间和实测波形来判定放电的严重程度，进而分析绝缘劣化的状况及其发展趋势；
2、对于突变信号反应灵敏，易于准确及时地发现故障；
3、基于局放脉冲电流信号检测技术，能对被测电缆设备进行带电的、实时的、能多相同时同步的局部放电检测；
4、本系统应用方便，便于在测试现场安装和拆卸，不影响电力设备的运行。
附图说明
图1为本实施例的局部放电监测系统搭建图；
图2为手拉手组网连接结构图；
图3为视在放电量校准器的原理图；
图4为局放特征波形；
图5为单检测端的局放定位方法示意图；
图6为双端的局放定位方法示意图。
图中1、传感器；2、交叉互联箱；3、局放信号采集器；4、局部放电监测主机；5、集中监控计算机；6、电缆接头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示局部放电监测系统的系统框架，以三相母线的监测为例，在每条三相母线上设置传感器1，传感器1类型：脉冲电流传感器，如高频电流互感器（HFCT）、电容耦合传感器等。传感器1的使用频率上限应该不低于10MHz。传感器1应该便于在被测设备不需停电的状态下安装，同时，无须改动影响设备运行的设备结构和接线。可采用多种传感器1的形式满足对电缆本体、电缆终端、中间接头的各种设备形式的要求。
传感器1连接交叉互联箱2以及局放信号采集器3，多个局放信号采集器3通过光纤或以太网连接局部放电监测主机4，再通过以太网连接集中监控计算机5。其组网方式可以采用手拉手组网。电缆上还有电缆接头6。如图2所示，其中APD-120D为局部放电信号采集器，APD-120M为局部放电监控主机。
当高压电缆内部局部放电发生的瞬间，会产生高频脉冲信号，其频率一般在300kHz以上，高频脉冲电流通过线芯与金属护套之间的电容，由高电位的线芯流到低电位的金属护套上，并且通过交叉互联箱2接地或终端处的接地线进入大地。因此，在交叉互联箱2或终端处的接地线上接上一个高频电流互感器HFCT，便可以将高频脉冲局部放电的电流耦合到HFCT中，并通过HFCT与检测仪之间的同轴电缆传入检测仪，利用软件进行信号分析显示。
如图3所示，视在放电量校准器、局部放电检测仪、电缆，视在放电量校准器、局部放电检测仪均连接于电缆上，视在放电量校准器用以获取经过视在放电量校准器校准后间接测出放电量，修正局部放电检测仪的检测数据；局部放电检测仪用以对局部放电事件进行定位。
局部放电是指在绝缘的局部位置放电，它并不构成整个绝缘的贯通性击穿。它包含三种放电形式：内部放电（在介质内部）、沿面放电（在介质表面）、电晕放电（在电极尖端）。
在试品（电缆）两端瞬时注入一定电荷量，使试品端电压的变化和由局部放电本身引起的端电压的变化相同，此注入量即为局部放电的视在电荷量。
视在放电量校准器是一标准电量发生器，试验前它以输出某固定电量加之试品两端，模拟该试品在此电量下放电时局部放电测试仪的响应，此时调整刻度系数，确定局部放电检测仪的量程，以便在试验时测量该试品在额定电压下的视在放电量。因该放电量时以标准电量发生器比较后间接测出，而非直接测出，故此放电量称为“视在放电量”。
校正电量发生器是测量局部放电时必备的仪器，它的性能参数直接关系到测试结果的准确性。
视在放电量校准器由校准脉冲电压发生器和校准电容串联组成，其参数主要包括：脉冲波形上升时间、衰减时间、内阻、脉冲峰值、校准电容值等。
校准脉冲电压发生器电压波形上升时间为从0.1U到0.9U的时间，衰减时间定义为从峰值下降到0.1U的时间。
检测阻抗是拾取检测信号的装置，在使用中，应根据不同的测试目的，被试品的种类来选择合适的检测阻抗，以提高局部放电测量的灵敏度、分辨能力、波形特性及信噪比。
时间窗(门单元)是为防止大于局部放电的干扰信号进入峰值检波电路而设计的一种电路装置。因在实际试验时，尤其是在现场做试验时，不可避免地会引入一些干扰，所以，时间窗的使用更显得重要。
时间窗的工作原理是把椭圆扫描时基分成导通(加亮区域)和截止(未加亮区域)两部分,通过改变时间窗的位置和宽度将放电脉冲置于导通(加亮区域)，干扰脉冲置于截止(未加亮区域)，此时仪表读数即为放电脉冲数值，而干扰则不论大小，皆不会影响放电脉冲数值。若此时两个时间窗同时关闭，则仪表读数为整个椭圆上脉冲之峰值。
如图3所示的视在放电量校准器的原理图，试品Ca在试验电压下产生局部放电时，经过耦合电容Ck产生脉冲电流，由输入单元拾取脉冲讯号，经过前置放大、带变（选择所需要的频带），经过主放放大之后，在波形显示器上显示，在示波屏的椭圆扫描基线上显示放电脉冲，同时也送到脉冲峰值表显示峰值。时间窗单元控制试验电压没一周期内脉冲峰值表的工作时间。
局放产生的电磁波信号它有自己特有的电信号特征，如电磁波信号的上升沿，下降沿时间比较短，脉宽宽度，相位特征比较有特点，波形形状也比较特殊，正因为局放产生的电磁波信号有这些特征才为我们检测提供了理论检测依据。如4图所示局放特征波形。电流脉冲的信号特征包括频率、相位、强度、密度、时间和实测波形，并以此来判定放电的严重程度。
另外，以下介绍本发明的局部放电监测方法，包括以下步骤：
步骤1：试验前，将视在放电量校准器和局部放电检测仪连接到电缆上，在试验电压下产生局部放电时，经耦合电容Ck产生脉冲电流，由输入单元拾取得脉冲讯号，经低噪声前置放大、滤波放大器选择所需频带及主放放大后，在示波屏的椭圆扫描基线上显示出放电脉冲，同时也送到脉冲峰值表显示其峰值,时间窗单元控制试验电压每一周期内脉冲峰值表的工作时间，并在这段时间内将显示屏的显示加亮，宽度与位置改变。
步骤2：通过视在放电量校准器输出一固定电量加之电缆两端，调整刻度系数，确定局部放电检测仪的量程，获取经过视在放电量校准器校准后间接测出放电量，修正局部放电检测仪的检测数据；
步骤3：试验时，对电缆局部放电进行数据采集，对局部放电事件进行定位。
对电缆局部放电进行数据采集包括：
步骤31：通过对电缆的局放脉冲电流信号进行宽带采样获取信号完整的时域波形；
步骤32：针对不同放电及噪声的差异提取多种信号特征；
步骤33：将不同的放电波形进行模拟信号和数字处理图谱的分离；
步骤34：将其放电特征与专家库中的放电特征进行比较，判断被测放电类型。
对局部放电事件进行定位的步骤包括：
在不知道电缆长度的情况下：
步骤41：通过对电缆注入脉冲，采取160-200m之间多次取波传播速度v，求平均后算电缆长度L。
如图5所示，在知道电缆长度L的情况下，只有一个检测端：
步骤421：通过对电缆注入脉冲，先测算出脉冲在电缆里面的传播速度v，获取直射脉冲的时间t1和反射脉冲的时间t2，放电位置x=L-（t2-t1）v/2。
当出现局部放电事件发生时，局部放电脉冲从图5所示的原始P点开始沿电缆屏蔽层（和电缆芯）的两个方向传播。到达电缆测量端的第一个脉冲（“直接脉冲”）是直接到达此端的脉冲。定位局部放电点的脉冲是“反射脉冲”，它首先反向传播，然后从远端反射回测量端。这为电缆局放测试及定位提供了可能。直射脉冲和反射脉冲的时间差算出传播速度。这样测试精度很高，而且测试性也很高。
如图6所示，在知道电缆长度L的情况下，有A、B两个检测端，分别设置在电缆两端：
步骤422：通过对电缆注入脉冲，先测算出脉冲在电缆里面的传播速度v，获取A端直射脉冲的时间t1和B端直射脉冲的时间t2，放电位置x=[t1×v+（L-t2×v）]/2。采用平均值，减少误差。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种局部放电监测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：试验前，将视在放电量校准器和局部放电检测仪连接到电缆上；
步骤2：通过视在放电量校准器输出一固定电量加之电缆两端，调整刻度系数，确定局部放电检测仪的量程，获取经过视在放电量校准器校准后间接测出的放电量，修正局部放电检测仪的检测数据；
步骤3：试验时，对电缆局部放电进行数据采集，对局部放电事件进行定位。
2.根据权利要求1所述的局部放电监测方法，其特征在于，对电缆局部放电进行数据采集包括：
步骤31：通过对电缆的局放脉冲电流信号进行宽带采样获取信号完整的时域波形；
步骤32：针对不同放电及噪声的差异提取多种信号特征；
步骤33：将不同的放电波形进行模拟信号和数字处理图谱的分离；
步骤34：将其放电特征与专家库中的放电特征进行比较，判断被测放电类型。
3.根据权利要求2所述的局部放电监测方法，其特征在于：电流脉冲的信号特征包括频率、相位、强度、密度、时间和实测波形，并以此来判定放电的严重程度。
4.根据权利要求1所述的局部放电监测方法，其特征在于，对局部放电事件进行定位的步骤包括：
在不知道电缆长度的情况下：
步骤41：通过对电缆注入脉冲，采取160-200m之间多次取波传播速度v，求平均后算电缆长度L。
5.根据权利要求4所述的局部放电监测方法，其特征在于，在知道电缆长度L的情况下，只有一个检测端：
步骤421：通过对电缆注入脉冲，先测算出脉冲在电缆里面的传播速度v，获取直射脉冲的时间t1和反射脉冲的时间t2，放电位置x=L-（t2-t1）v/2。
6.根据权利要求4所述的局部放电监测方法，其特征在于：在知道电缆长度L的情况下，有A、B两个检测端，分别设置在电缆两端：
步骤422：通过对电缆注入脉冲，先测算出脉冲在电缆里面的传播速度v，获取A端直射脉冲的时间t1和B端直射脉冲的时间t2，放电位置x=[t1×v+（L-t2×v）]/2。
7.根据权利要求1所述的局部放电监测方法，其特征在于：在步骤1中，在试验电压下产生局部放电时，经耦合电容Ck产生脉冲电流，由输入单元拾取得脉冲讯号，经低噪声前置放大、滤波放大器选择所需频带及主放放大后，在示波屏的椭圆扫描基线上显示出放电脉冲，同时也送到脉冲峰值表显示其峰值,时间窗单元控制试验电压每一周期内脉冲峰值表的工作时间，并在这段时间内将显示屏的显示区加亮，显示区宽度与位置改变。
8.一种局部放电监测系统，其特征在于，包括：视在放电量校准器、局部放电检测仪、电缆，视在放电量校准器、局部放电检测仪均连接于电缆上，所述视在放电量校准器用以获取经过视在放电量校准器校准后间接测出放电量，修正局部放电检测仪的检测数据；
局部放电检测仪用以对局部放电事件进行定位。
9.根据权利要求8所述的局部放电监测系统，其特征在于：所述视在放电量校准器包括校准脉冲电压发生器和校准电容，校准脉冲电压发生器电压波形上升时间为从0.1U到0.9U的时间，衰减时间定义为从峰值下降到0.1U的时间。
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