CN107831404A - 基于高频脉冲电流法定位xlpe电缆局放位置的方法及系统 - Google Patents

基于高频脉冲电流法定位xlpe电缆局放位置的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法及系统。其中，该方法包括采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号，根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序；根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近；通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位。

Description

基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法及系统
技术领域
本发明属于高压电缆运维领域，尤其涉及一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法及系统。
背景技术
近年来，随着城市电网的不断发展与改造，输电线路规模日益增加。电力电缆以其占地面积小、环境友好等优点而得到广泛应用。交联聚乙烯电缆(XLPE电缆)由于具有优良的电气性能和耐热性能，以及传输容量大、安装敷设方便的优点，已成为电力电缆的主流产品。然而，由于XLPE电缆结构复杂，且接头部位(终端和中间接头)现场制作安装易受工艺水平和环境条件等影响，电缆运行可靠性仍受较大挑战。
电缆的局部放电(局放)与其绝缘状态密切相关。电缆在绝缘击穿前通常会有局部放电的发展过程，局放初期放电量较小，一般不会对设备造成严重影响，但在高电压长期作用下会发展为贯穿性放电。局放检测可以判断电缆在运行中的局部放电水平，被认为是检测电缆绝缘缺陷发展的最有效手段。高频脉冲电流法作为电缆局放检测最有效的手段，近年得到广泛应用。目前常用的电缆缺陷定位方法有电容电桥法和震荡波检测法，多用于停电检测。如何通过带电检测发现缺陷并精确定位，是电缆运维的一大难题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，其在故障发生前发现缺陷并精确定位，避免线路因非计划停电造成损失。
本发明的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，包括：
步骤1：采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号，根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序，以确定局部放电电缆相序；
步骤2：根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；
步骤3：在放电点附近根据不同位置采集的相位时域图谱中放电信号的相位来判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近；
步骤4：通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位。
优选地，在所述步骤1中，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器来采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号。
采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号，抗干扰性强，灵敏度高，能够获取完整的时域波形。
优选地，在所述步骤1中，采用高频电流传感器来采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号。
优选地，所述高频电流传感器为镍锌铁氧化体作为磁芯的罗氏线圈。
其中，罗氏线圈采集精度高且抗干扰性强，能够获取完整的时域波形。
优选地，在所述步骤1中，判断电流脉冲信号的来源电缆相序的具体过程包括：
分析获取不同相电缆的相位时域图谱中局放信号幅值最大相对应的相位时域图谱，当局放信号点集中分布于一、三象限上升沿，且信号点对应的时间时域图谱为脉冲振荡且衰减剧烈的图像时，判断此相确有内部放电点。
本发明利用局放信号的相位时域图谱以及相位特征，准确判断出已确定相位电缆上的内部是否具有放电点。
优选地，在所述步骤3中，判断测试位置距离放电点的远近的具体过程为：
确定内部放电点所在的电缆相位后，测量此相电缆不同部位的局放信号，局放信号幅值数值较大者对应的测试部位距离放电点较近。
优选地，在所述步骤4中，将放电位置确定在一个预设精度区间范围内的具体过程为：
确定疑似内部放电点的大概位置，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集疑似内部放电点附近两处部位的电流脉冲信号；当两处测试部位的局放信号点簇相位相反时，内部放电点位于两处被测部位之间；当两处测试部位的局放信号点簇相位相同时，内部放电点位于两处被测部位外侧。
本发明的第二目的是提供一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统。
本发明的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统，包括：
电流脉冲信号采集部，其被配置为采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号；
信号处理部，其被配置为：
根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序，以确定局部放电电缆相序；
根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；
在放电点附近根据不同位置采集的相位时域图谱中放电信号的相位来判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近；
通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位。
优选地，所述电流脉冲信号采集部为基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器或高频电流传感器。
优选地，所述信号处理部，还被配置为：
在判断电流脉冲信号的来源电缆相序的过程中，分析获取不同相电缆的相位时域图谱中局放信号幅值最大相对应的相位时域图谱，当局放信号点集中分布于一、三象限上升沿，且信号点对应的时间时域图谱为脉冲振荡且衰减剧烈的图像时，判断此相确有内部放电点。
优选地，所述信号处理部，还被配置为：
在判断测试位置距离放电点的远近的过程中，确定内部放电点所在的电缆相位后，测量此相电缆不同部位的局放信号，局放信号幅值数值较大者对应的测试部位距离放电点较近。
优选地，所述信号处理部，还被配置为：
在将放电位置确定在一个预设精度区间范围内的过程中，确定疑似内部放电点的大概位置，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集疑似内部放电点附近两处部位的电流脉冲信号；当两处测试部位的局放信号点簇相位相反时，内部放电点位于两处被测部位之间；当两处测试部位的局放信号点簇相位相同时，内部放电点位于两处被测部位外侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序，以确定局部放电电缆相序；根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；在放电点附近根据不同位置采集的相位时域图谱中放电信号的相位来判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近；通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位，可以实现在故障发生前发现缺陷，避免线路因非计划停电造成损失。
(2)本发明的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统，操作简单，安全可靠，缺陷定位精度较高，能够实现在故障发生前发现缺陷，避免线路因非计划停电造成损失。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法流程图；
图2是本发明的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的原理示意图；
图3为本发明中高频脉冲电流法电缆缺陷定位检测示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1是本发明的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法流程图。
如图1所示，本发明的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，包括：
步骤1：采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号，根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序，以确定局部放电电缆相序。
在该步骤中，可以考虑采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器来采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号。
采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号，抗干扰性强，灵敏度高，能够获取完整的时域波形。
在该步骤中，也可以采用高频电流传感器来采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号。
其中，高频电流传感器为镍锌铁氧化体作为磁芯的罗氏线圈。
罗氏线圈采集精度高且抗干扰性强，能够获取完整的时域波形。
在步骤1中，判断电流脉冲信号的来源电缆相序的具体过程包括：
分析获取不同相电缆的相位时域图谱中局放信号幅值最大相对应的相位时域图谱，当局放信号点集中分布于一、三象限上升沿，且信号点对应的时间时域图谱为脉冲振荡且衰减剧烈的图像时，判断此相确有内部放电点。
本发明利用局放信号的相位时域图谱以及相位特征，准确判断出已确定相位电缆上的内部是否具有放电点。
具体地，例如：如图2所示，测试部位相邻200米，定义为部位1和部位2。
从获取的部位1的相位时域图谱中提取局放信号幅值，分别记为Ua1、Ub1、Uc1；从步获取的部位2的相位时域图谱中提取局放信号幅值，分别记为Ua2、Ub2、Uc2；同一相两测试部位测得的局放信号幅值，记做U*1、U*2；
比较Ua1、Ub1、Uc1(或Ua2、Ub2、Uc2)数值：若某相U值最大，则对应相内部出现放电点的概率最大；
分析U值最大相对应的相位时域图谱，当局放信号点集中分布于一、三象限上升沿时，且信号点对应的时间时域图谱为脉冲振荡且衰减剧烈的图像时(脉宽为ns级)，判断此相确有内部放电点。
步骤2：根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；
具体地，比较对应的两测试部位测得的局放信号幅值U*1、U*2，两者数值较大者对应的测试部位距离放电点较近；距离放电点较近处信号点对应的时间时域图谱中会有振荡衰减波及幅值较小的反射波，根据两者波形振荡起始点的时间差Δt，单位us；可以计算出内部放电点与测试部位的距离其中，v为局放脉冲信号在XLPE电缆中的传播速度，取172m/us。
步骤3：在放电点附近根据不同位置采集的相位时域图谱中放电信号的相位来判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近。
具体地，在所述步骤3中，判断测试位置距离放电点的远近的具体过程为：
确定内部放电点所在的电缆相位后，测量此相电缆不同部位的局放信号，局放信号幅值数值较大者对应的测试部位距离放电点较近。
步骤4：通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位。
具体地，在所述步骤4中，将放电位置确定在一个预设精度区间范围内的具体过程为：
确定疑似内部放电点的大概位置，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集疑似内部放电点附近两处部位的电流脉冲信号；当两处测试部位的局放信号点簇相位相反时，内部放电点位于两处被测部位之间；当两处测试部位的局放信号点簇相位相同时，内部放电点位于两处被测部位外侧。
根据确定的疑似内部放电点的大概位置，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集疑似内部放电点附近的电流脉冲信号；测试部位相邻10米，定义为部位3、部位4；同步线圈信号采集部位选取部位3和部位4外侧；
分析从获取的部位3和部位4的相位时域图谱，当两个测试部位的局放信号点簇相位相反时，内部放电点位于部位3和部位4之间；当两个测试部位的局放信号点簇相位相同时，内部放电点位于部位3和部位4外侧；
根据分析结果，当内部放电点位于部位3和部位4外侧时，整体平移两测试部位位置，重复上述步骤，直至确定内部放电点位置位于两测试部位之间；
根据分析结果，当内部放电点位于两测试部位之间时，重复上述步骤，此时选定的测试部位距离相邻预设距离(例如：1米)；最终将内部放电点位置精确到预设精度范围内(例如：1米)。
电缆的局部放电(局放)与其绝缘状态密切相关，电缆在绝缘击穿前通常会有局部放电的发展过程，当绝缘介质(XLPE)发生局放时，会伴有声、光、热、电等一系列现象。局放检测通过测试局放产生的各种现象来表征绝缘状态，被认为是检测电缆绝缘缺陷发展的最有效手段。
本发明的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序，以确定局部放电电缆相序；根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；在放电点附近根据不同位置采集的相位时域图谱中放电信号的相位来判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近；通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位，可以实现在故障发生前发现缺陷，避免线路因非计划停电造成损失。
本发明还提供了一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统。
本发明的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统，包括：
电流脉冲信号采集部，其被配置为采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号；
信号处理部，其被配置为：
根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序，以确定局部放电电缆相序；
根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；
在放电点附近根据不同位置采集的相位时域图谱中放电信号的相位来判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近；
通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位。
如图3所示，其中，a为同步线圈，b为高频电流传感器，c为电流脉冲信号采集部，d为信号处理部，e为缺陷电缆。
其中，同步线圈a用以从电缆本体上采集参考相位信号。
电流脉冲信号采集部c用以捕获高频脉冲信号和参考相位信号。
信号处理部d用以对捕获的信号进行分离、分类及放电模式识别。
具体地，所述信号处理部d，还被配置为：
在判断电流脉冲信号的来源电缆相序的过程中，分析获取不同相电缆的相位时域图谱中局放信号幅值最大相对应的相位时域图谱，当局放信号点集中分布于一、三象限上升沿，且信号点对应的时间时域图谱为脉冲振荡且衰减剧烈的图像时，判断此相确有内部放电点。
在另一实施例中，所述信号处理部，还被配置为：
在判断测试位置距离放电点的远近的过程中，确定内部放电点所在的电缆相位后，测量此相电缆不同部位的局放信号，局放信号幅值数值较大者对应的测试部位距离放电点较近。
在另一实施例中，所述信号处理部，还被配置为：
在将放电位置确定在一个预设精度区间范围内的过程中，确定疑似内部放电点的大概位置，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集疑似内部放电点附近两处部位的电流脉冲信号；当两处测试部位的局放信号点簇相位相反时，内部放电点位于两处被测部位之间；当两处测试部位的局放信号点簇相位相同时，内部放电点位于两处被测部位外侧。
本发明的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统，操作简单，安全可靠，缺陷定位精度较高，能够实现在故障发生前发现缺陷，避免线路因非计划停电造成损失。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，其特征在于，包括：
步骤1：采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号，根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序，以确定局部放电电缆相序；
步骤2：根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；
步骤3：在放电点附近根据不同位置采集的相位时域图谱中放电信号的相位来判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近；
步骤4：通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位。
2.如权利要求1所述的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，其特征在于，在所述步骤1中，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器来采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号。
3.如权利要求1所述的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，其特征在于，在所述步骤1中，采用高频电流传感器来采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号。
4.如权利要求3所述的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，其特征在于，所述高频电流传感器为镍锌铁氧化体作为磁芯的罗氏线圈。
5.如权利要求1所述的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，其特征在于，在所述步骤1中，判断电流脉冲信号的来源电缆相序的具体过程包括：
分析获取不同相电缆的相位时域图谱中局放信号幅值最大相对应的相位时域图谱，当局放信号点集中分布于一、三象限上升沿，且信号点对应的时间时域图谱为脉冲振荡且衰减剧烈的图像时，判断此相确有内部放电点。
6.如权利要求1所述的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，其特征在于，在所述步骤3中，判断测试位置距离放电点的远近的具体过程为：
确定内部放电点所在的电缆相位后，测量此相电缆不同部位的局放信号，局放信号幅值数值较大者对应的测试部位距离放电点较近。
7.如权利要求1所述的基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的方法，其特征在于，在所述步骤4中，将放电位置确定在一个预设精度区间范围内的具体过程为：
确定疑似内部放电点的大概位置，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集疑似内部放电点附近两处部位的电流脉冲信号；当两处测试部位的局放信号点簇相位相反时，内部放电点位于两处被测部位之间；当两处测试部位的局放信号点簇相位相同时，内部放电点位于两处被测部位外侧。
8.一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统，其特征在于，包括：
电流脉冲信号采集部，其被配置为采集三相电缆局部放电产生的电流脉冲信号；
信号处理部，其被配置为：
根据各相电缆的相位时域图谱提取符合局放信号的特征参数来判断电流脉冲信号的来源电缆相序，以确定局部放电电缆相序；
根据在确定的局部放电的电缆相序上所采集的局放信号相位时域图谱中振荡衰减波与反射波的时间差，计算出测试部位与内部放电点的距离；
在放电点附近根据不同位置采集的相位时域图谱中放电信号的相位来判断测试位置与放电点的方位，根据确定的局部放电的电缆相序不同位置采集的相位时域图谱中放电信号幅值的大小来判断测试位置距离放电点的远近；
通过调整被测部位与放电点的方位，并不断缩小被测部位间的距离，最终将放电位置确定在一个预设精度区间范围内，实现对电缆局部放电位置的精确定位。
9.如权利要求8所述的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统，其特征在于，所述电流脉冲信号采集部为基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器或高频电流传感器。
10.如权利要求8所述的一种基于高频脉冲电流法定位XLPE电缆局放位置的系统，其特征在于，所述信号处理部，还被配置为：
在判断电流脉冲信号的来源电缆相序的过程中，分析获取不同相电缆的相位时域图谱中局放信号幅值最大相对应的相位时域图谱，当局放信号点集中分布于一、三象限上升沿，且信号点对应的时间时域图谱为脉冲振荡且衰减剧烈的图像时，判断此相确有内部放电点；
或/和
所述信号处理部，还被配置为：
在判断测试位置距离放电点的远近的过程中，确定内部放电点所在的电缆相位后，测量此相电缆不同部位的局放信号，局放信号幅值数值较大者对应的测试部位距离放电点较近；
或/和
所述信号处理部，还被配置为：
在将放电位置确定在一个预设精度区间范围内的过程中，确定疑似内部放电点的大概位置，采用基于高频脉冲电流法原理的局部放电测试仪器采集疑似内部放电点附近两处部位的电流脉冲信号；当两处测试部位的局放信号点簇相位相反时，内部放电点位于两处被测部位之间；当两处测试部位的局放信号点簇相位相同时，内部放电点位于两处被测部位外侧。
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