CN108344925A - 一种电力电缆局部放电监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力电缆局部放电监测装置及方法。所述装置包括：交流高压发生设备与电力电缆电连接；高压电容耦合传感器与交流高压发生设备电连接；信号耦合单元设置在中间接头的金属外护层；局部放电测试仪与高压电容耦合传感器电连接；交流高压发生设备，用于向电力电缆施加低频交流电压信号以使电力电缆局部放电产生局部放电脉冲信号；多个信号耦合单元，用于在电力电缆局部放电时将局部放电脉冲信号耦合至电力电缆全线；高压电容耦合传感器用于获取电力电缆上的局部放电脉冲信号；局部放电测试仪用于根据上述局部放电脉冲信号计算所述电力电缆的局部放电量。本发明可以实现局部放电脉冲信号在电力电缆全线传输，提高局部放电量的计算精度。

Description

一种电力电缆局部放电监测装置及方法

技术领域

本发明涉及高电压检测技术领域，尤其涉及一种电力电缆局部放电监测装置及方法。

背景技术

电力电缆在运行过程中，由于受到各种原因(电场力和电流的效应、制造工艺缺陷、施工损伤以及进水、气体腐蚀、外力破坏等)影响导致其绝缘能力下降，引起没有贯通主绝缘层或电缆接头外绝缘处局部放电。加之，现有电力电缆的绝缘材料主要采用固体有机绝缘材料制成，局部放电会进一步恶化该电力电缆的绝缘能力，极易发展成为击穿从而影响到电力电缆的正常使用。因此，通过检测电力电缆的局部放电情况是评价其绝缘性能的一种有效方式。

现有技术中，电力电缆提供商按照相关标准的严格规定对出厂电缆进行局部放电量检测。例如，针对长度一定范围内电力电缆，采用高频脉冲电流法进行局部放电量检测时，采集局部放电频谱的30-500kHz范围的放电脉冲，然后计算该电力电缆的局部放电量。上述高频脉冲电流法技术所分析的数据相对可信。

然而，超过66kV的高压电力电缆由于电场强度设计和制造施工运行条件限制，只能采用单芯电缆且多段电缆连接构成。实际应用中，为了降低金属外护层感应电流，长距离电力电缆一般设置3N(N为非零自然数)个分段，各分段之间接头处将金属外护层交叉互联，并安装护层保护器以限制金属外护层的雷电和内部过电压，但这样会引起高频信号在中间接头处波阻抗不连续、损耗严重，导致无法检测全长电缆的局部放电。

在实现本发明方案的过程中，发明人发现：电力电缆敷设投运后，现场可能存在30-500kHz的高频信号，例如无线通讯、电力线路载波和电晕，导致上述高频脉冲电流法的检测结果不准确。为避免现场高频信号干扰，电力电缆提供商采用10MHz以上甚至GHz频段进行局部放电量检测。但是，电力电缆的内外屏蔽层会引起上述高频信号(10MHz以上甚至GHz频段)严重衰减，仅可用于分段接头的局部放电检测。因此，亟需一种有效的电力电缆监测装置及方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种电力电缆局部放电监测装置及方法，用于解决现有技术中单芯电缆中间接头局放高频信号中断和较高频段信号衰减严重的问题。

第一方面，本发明提供了一种电力电缆局部放电监测装置，适用于中间接头金属外护层交叉互联的长距离单芯电缆，所述装置包括：交流高压发生设备、高压电容耦合传感器、多个信号耦合单元和局部放电测试仪；其中，所述交流高压发生设备与所述电力电缆电连接；所述高压电容耦合传感器与所述交流高压发生设备电连接；所述信号耦合单元设置在中间接头的金属外护层；所述局部放电测试仪与所述高压电容耦合传感器电连接；

所述交流高压发生设备，用于向电力电缆施加低频交流电压信号以使所述电力电缆局部放电产生局部放电脉冲信号；

多个信号耦合单元，用于在所述电力电缆局部放电时将局部放电脉冲信号耦合至所述电力电缆全线；

所述高压电容耦合传感器，用于获取所述电力电缆上的局部放电脉冲信号；

所述局部放电测试仪，用于根据上述局部放电脉冲信号计算所述电力电缆的局部放电量。

可选地，所述信号耦合单元分为三相，分别与中间接头金属外护层连接。

可选地，所述信号耦合单元三相可采用星形中性点接地、星形中性点不接地或三角形方式连接。

可选地，所述信号耦合单元可与中间接头护层交叉互连箱一体化。

可选地，所述高压电容耦合传感器包括耦合电容器和匹配电阻；所述耦合电容器的第一极连接所述交流高压发生设备的输出端，其第二极连接所述匹配电阻的第一端；所述匹配电阻的第二端连接所述公共端。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电力电缆局部放电监测方法，基于第一方面所述的电力电缆局部放电监测装置实现，所述方法包括：

交流高压发生设备生成低频交流电压信号施加到所述电力电缆上以使所述电力电缆局部放电生成局部放电脉冲信号；

多个信号耦合单元将所述局部放电脉冲信号耦合至所述电力电缆全线；

高压电容耦合传感器获取所述电力电缆上的局部放电脉冲信号发送给所述局部放电测试仪；

所述局部放电测试仪根据所述局部放电脉冲信号计算所述电力电缆的局部放电量。

可选地，所述交流高压发生设备生成低频交流电压信号施加到所述电力电缆上以使所述电力电缆局部放电生成局部放电脉冲信号的步骤之前包括：

在所述电力电缆的任意相邻两个分段之间设置信号耦合单元，所述任意两个分段的金属外护层交叉连接，所述信号耦合单元的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接至分段的ABC相金属外护层。

可选地，每个信号耦合单元包括至少三个电容，所述至少三个电容采用星型或者三角型连接；所述至少三个电容采用星型连接时中性点可以接地。

由上述技术方案可知，本发明通过在电力电缆上设置交流高压发生设备、高压电容耦合传感器、多个信号耦合单元和局部放电测试仪；利用交流高压发生设备向电力电缆施加低频交流电压信号以使所述电力电缆局部放电产生局部放电脉冲信号；多个信号耦合单元设置在电力电缆任意两个相邻分段之间将局部放电脉冲信号耦合至所述电力电缆全线；利用高压电容耦合传感器获取电力电缆上的局部放电脉冲信号；局部放电测试仪根据上述局部放电脉冲信号计算所述电力电缆的局部放电量。与现有技术相比较，本发明适用于长距离高压超高压电力电缆，实现电力电缆全线局部放电检测；并且还可以采用高频脉冲电流法，避免更高频率脉冲信号在电力电缆中折反射快速衰减，提高局部放电量的计算精度。另外，由于局部放电脉冲信号可以在电力电缆全线传输，使得同样长度电力电缆的情况下可以降低交流高压发生设备的容量，或者同样容量的交流高压发生设备的情况下增加检测电力电缆的长度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种电力电缆局部放电监测装置结构图；

图2是图1中信号耦合单元电路原理图；

图3是本发明实施例提供的另一种电力电缆局部放电监测装置结构图；

图4是本发明实施例提供的一种电力电缆局部放电监测方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

第一方面，本发明提供了一种电力电缆局部放电监测装置，如图1，适用于中间接头金属外护层交叉互联的长距离单芯电力电缆1，所述装置包括：交流高压发生设备0、多个信号耦合单元2、高压电容耦合传感器3和局部放电测试仪4。其中，交流高压发生设备0与电力电缆1电连接；高压电容耦合传感器3与交流高压发生设备0电连接；信号耦合单元2设置在电力电缆1中间接头的外护层；局部放电测试仪4与高压电容耦合传感器3电连接；

交流高压发生设备0，用于向电力电缆1施加低频交流电压信号以使电力电缆1局部放电产生局部放电脉冲信号；

多个信号耦合单元2，用于在电力电缆1局部放电时将局部放电脉冲信号耦合至电力电缆1全线；

高压电容耦合传感器3，用于获取电力电缆1上的局部放电脉冲信号；

局部放电测试仪4，用于根据上述局部放电脉冲信号计算电力电缆1的局部放电量。

需要说明的是，本发明实施例中，低频交流电压信号的频率为工频(50Hz)，幅值超过66kV的脉冲信号。当然，本领域技术人员可以根据具体场景设置低频交流电压信号的频率，例如30Hz～300Hz；幅值可以是60Kv～S110kV，本发明不作限定。

需要说明的是，本发明实施例中电力电缆1包括多个分段，图1中所示的分段11、分段12和分段13(图中仅示出了3个分段)。例如，分段11包括分段A相111、分段B相112和分段C相113(仅以分段11进行说明)，分段A相111的金属外护层尾端(图1中分段A相111的右端)连接分段12中分段B相121的金属外护层头端(图1中分段B相121的左端)；分段B相112的金属外护层尾端(图1中分段B相112的右端)连接分段12中分段C相123的金属外护层头端(图1中分段C相123的左端)；分段C相113的金属外护层尾端(图1中分段C相113的右端)连接分段12中分段A相121的金属外护层头端(图1中分段A相121的左端)。该电力电缆其他任意两个相邻分段的金属外护层采用上述交叉互联方式连接。当然，相邻两个分段金属外护层之间还可以采用其他交叉互联方式，本发明不作限定。

如图1所示，本发明实施例中交流高压发生设备0包括控制器10、变频器11、励磁变压器12、串谐电感13和电容分压器14。其中，控制器10的输入端连接电容分压器14的输出端，其输出端连接变频器11的控制端。该变频器的输入端连接工频(50Hz)交流电源，其输出端连接励磁变压器12的输入端。该励磁变压器12的第一输出端连接串谐电感13的输入端，其第二输出端连接电力电缆1一端对应分段11的ABC相金属外护层。该串谐电感13的输出端连接电力电缆1的A相，并且电力电缆1的BC连接公共端GND。上述电容分压器14的第一端连接串谐电感13的输出端，其第二端连接该励磁变压器12的第二输出端。

需要说明的是，本发明实施例中串谐电感13和电容分压器14构成谐振电路，该谐振电路的谐振频率可以设置在30～300Hz，例如50Hz、60Hz，本领域技术人员可以根据具体场景调整上述谐振电路的谐振频率，本发明不作限定。

实际应用中，本发明实施例提供的电力电缆局部放电监测装置还包括阻波电感5。该阻波电感5的输入端连接串谐电感13的输出端，其输出端连接电力电缆1的A相以及高压电容耦合传感器14的第一端，用于阻止高频信号传输到电力电缆1造成干扰。

上述阻波电感5可以采用现有技术中的电感实现，该阻波电感的参数值可以根据需要滤除信号的频率、幅值等参数进行调整，本发明不作限定。

本发明实施例中设置有多个信号耦合单元2。每个信号耦合单元2包括第一输入端211、第二输入端212、第三输入端213和输出端214。其中，信号耦合单元2的第一输入端211连接分段11中分段A相111金属外护层的尾端，其第二输入端212连接分段B相112金属外护层的尾端，其第三输入端213连接分段C相113金属外护层的尾端，其输出端214连接公共端GND。可见，不管电力电缆何处局部放电时局部放电脉冲信号会经过信号耦合单元2在该电力电缆全线上传输，例如，分段13中分段B相发生局部放电时，局部放电脉冲信号经过信号耦合单元2传输到分段12中分段C相以及分段11中分段A相，最终端实现全线传输，可见上述局部放电脉冲信号在各分段之间传输时无需经过分段中间接头，从而避免阻抗变化折反射引起的信号衰减，提高信号传输效率。

本发明实施例中信号耦合单元2可以设置为多种结构。该信号耦合单元2三相可采用星形中性点接地(图2(a)所示)、星形中性点不接地(图2(b)所示)或三角形方式连接(图2(c)所示)。需要说明的是，本发明实施例中仅介绍了信号耦合单元的三种具体电路连接方式，本领域技术人员可以根据电力电缆的实际应用场景计算信号耦合单元各器件的参数值，具体计算方法可以采用现有方法实现。另外，本领域技术人员还可以根据实际需要选择其他电路实现上述信号耦合单元，同样落入本发明实施例的保护范围。

本发明实施例中电力电缆连接电源。如图1所示，上述电力电缆的一端(图1中电力电缆右端)设置有电源，分段13对应电力电缆设置电源一端，该分段13中分段A相连接电源A相，分段B相连接电源B相和分段C相连接电源C相。上述电力电缆的另一端(图1中电力电缆左端)即分段11的分段A相、B相和C相的金属外护层经接地线连接公共端GND。

如图1所示，本发明实施例中高压电容耦合传感器3包括耦合电容器31和匹配电阻32。耦合电容器31的第一极连接交流高压发生设备0的输出端，其第二极连接匹配电阻32的第一端；匹配电阻32的第二端连接公共端GND。该高压电容耦合传感器3可以从阻波电感5的输出端获取电力电缆1局部放电时产生的局部放电脉冲信号，然后由匹配电阻32分压。

本发明实施例中，变频器11将工频交流电源转换为低频交流电压信号(30～300Hz，例如50Hz、60Hz)，经过励磁变压器12调整上述低频交流电压信号的幅值后，经过串谐电感13和电容分压器14构成的谐振电路筛选谐振频率的低频交流电压信号。上述低频交流电压信号经过阻波电感5的滤波后传输到电力电缆1。当电力电缆1发生局部放电时，其产生的局部放电脉冲信号通过信号耦合单元2在该电力电缆1全线传输直至一端(图1中电力电缆1左端)，然后经过该高压电容耦合传感器3传输至公共端GND。在局部放电脉冲信号经过高压电容耦合传感器3时，局部放电测试仪4通过设置在上述匹配电阻32的检测端，实时获取到上述局部放电脉冲信号并根据上述局部放电脉冲信号计算局部放电量。

需要说明的是，本发明实施例中介绍了高压电容耦合传感器3的电气连接关系，本领域技术人员可以根据电力电缆的实际应用场景计算上述高压电容耦合传感器3中匹配电阻32、耦合电容器31的参数，具体计算方法可以采用现有方法实现。另外，本领域技术人员还可以根据实际需要选择其他电路实现上述高压电容耦合传感器3，同样落入本发明实施例的保护范围。

实际应用中，如图3所示，本发明实施例中可以在励磁变压器12与电力电缆分段11的金属外护层之间设置HFCT(high frequency current transformer,高频电流互感器)，该HFCT可以测量局部放电脉冲信号，然后传输给局部放电测试仪4。由局部放电测试仪4根据上述局部放电脉冲信号计算局部放电量。当然，局部放电测试仪4还可以分别采集来自HFCT和高压电容耦合传感器3的局部放电脉冲信号，然后分别计算局部放电量，并且取两者的平均值作为最终的局部放电量，从而提高准确度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电力电缆局部放电监测方法，基于第一方面所述的电力电缆局部放电监测装置实现，如图4所示，所述方法包括：

S1、交流高压发生设备生成低频交流电压信号施加到所述电力电缆上以使所述电力电缆局部放电生成局部放电脉冲信号；

S2、多个信号耦合单元将所述局部放电脉冲信号耦合至所述电力电缆全线；

S3、高压电容耦合传感器获取所述电力电缆上的局部放电脉冲信号发送给所述局部放电测试仪；

S4、所述局部放电测试仪根据所述局部放电脉冲信号计算所述电力电缆的局部放电量。

本发明实施例中在电力电缆1的一端连接有交流高压发生设备0。该交流高压发生设备0将工频交流电源转换为低频交流电压信号(30～300Hz，例如50Hz、60Hz)，然后经过谐振电路筛选出对应谐振频率的低频交流电压信号。上述低频交流电压信号经过阻波电感5的滤波后传输到电力电缆1。当电力电缆1发生局部放电时，其产生的局部放电脉冲信号通过信号耦合单元2在该电力电缆1全线传输直至一端(图1中电力电缆1左端)，然后经过该高压电容耦合传感器3传输至公共端GND。在局部放电脉冲信号经过高压电容耦合传感器3时，该高压电容耦合传感器3可以从阻波电感5的输出端获取电力电缆1局部放电时产生的局部放电脉冲信号，然后由匹配电阻32分压。局部放电测试仪4通过设置在上述匹配电阻32的检测端，实时获取到上述局部放电脉冲信号；然后根据上述局部放电脉冲信号计算该电力电缆1的局部放电量。

本发明实施例提供的电力电缆局部放电监测方法，还包括：

S5、在所述电力电缆的任意相邻两个分段之间设置信号耦合单元，所述任意两个分段的金属外护层交叉连接，所述信号耦合单元的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接至分段的ABC相金属外护层。

本发明实施例中在交流高压发生设备输出端与电力电缆一端之间安装高压电容耦合传感器，并且将高压电容耦合传感器电连接至局部放电测试仪；根据电力电缆参数确定所述高压电容耦合传感器的参数，以匹配所述电力电缆与所述高压电容耦合传感器的阻抗。

本发明实施例在监测局部放电时，还需要在任意相邻两分段之间设置信号耦合单元2。每个信号耦合单元包括至少三个电容，所述至少三个电容采用星型或者三角型连接；所述至少三个电容采用星型连接时中性点可以接地。具体连接结构请参见装置实施例中的信号耦合单元的电路连接方式，在此不再介绍。

综上所述，本发明实施例提供的电力电缆局部放电监测装置及方法，通过设置交流高压发生设备、高压电容耦合传感器、多个信号耦合单元和局部放电测试仪；利用交流高压发生设备向电力电缆施加低频交流电压信号以使所述电力电缆局部放电产生局部放电脉冲信号；多个信号耦合单元设置在电力电缆任意两个相邻分段之间将局部放电脉冲信号耦合至所述电力电缆全线；利用高压电容耦合传感器获取电力电缆上的局部放电脉冲信号；局部放电测试仪根据上述局部放电脉冲信号计算所述电力电缆的局部放电量。可见，本发明适用于长距离高压超高压电力电缆，实现电力电缆全线局部放电检测；并且还可以采用高频脉冲电流法，避免更高频率脉冲信号在电力电缆中折反射快速衰减，提高局部放电量的计算精度。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种电力电缆局部放电监测装置，其特征在于，适用于中间接头金属外护层交叉互联的长距离单芯电缆，所述装置包括：交流高压发生设备、高压电容耦合传感器、多个信号耦合单元和局部放电测试仪；其中，所述交流高压发生设备与所述电力电缆电连接；所述高压电容耦合传感器与所述交流高压发生设备电连接；所述信号耦合单元设置在中间接头的金属外护层；所述局部放电测试仪与所述高压电容耦合传感器电连接；

所述交流高压发生设备，用于向电力电缆施加低频交流电压信号以使所述电力电缆局部放电产生局部放电脉冲信号；

多个信号耦合单元，用于在所述电力电缆局部放电时将局部放电脉冲信号耦合至所述电力电缆全线；

所述高压电容耦合传感器，用于获取所述电力电缆上的局部放电脉冲信号；

所述局部放电测试仪，用于根据上述局部放电脉冲信号计算所述电力电缆的局部放电量。

2.根据权利要求1所述的电力电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述信号耦合单元分为三相，分别与中间接头金属外护层连接。

3.根据权利要求2所述的电力电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述信号耦合单元三相可采用星形中性点接地、星形中性点不接地或三角形方式连接。

4.根据权利要求1～3任一项所述的电力电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述信号耦合单元可与中间接头护层交叉互连箱一体化。

5.根据权利要求1～3任一项所述的电力电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述高压电容耦合传感器包括耦合电容器和匹配电阻；所述耦合电容器的第一极连接所述交流高压发生设备的输出端，其第二极连接所述匹配电阻的第一端；所述匹配电阻的第二端连接所述公共端。

6.一种电力电缆局部放电监测方法，其特征在于，基于权利要求1～5任一项所述的电力电缆局部放电监测装置实现，所述方法包括：

交流高压发生设备生成低频交流电压信号施加到所述电力电缆上以使所述电力电缆局部放电生成局部放电脉冲信号；

多个信号耦合单元将所述局部放电脉冲信号耦合至所述电力电缆全线；

高压电容耦合传感器获取所述电力电缆上的局部放电脉冲信号发送给所述局部放电测试仪；

所述局部放电测试仪根据所述局部放电脉冲信号计算所述电力电缆的局部放电量。

7.根据权利要求6所述的电力电缆局部放电监测方法，其特征在于，所述交流高压发生设备生成低频交流电压信号施加到所述电力电缆上以使所述电力电缆局部放电生成局部放电脉冲信号的步骤之前包括：

在所述电力电缆的任意相邻两个分段之间设置信号耦合单元，所述任意两个分段的金属外护层交叉连接，所述信号耦合单元的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接至分段的ABC相金属外护层。

8.根据权利要求6或7所述的电力电缆局部放电监测方法，其特征在于，每个信号耦合单元包括至少三个电容，所述至少三个电容采用星型或者三角型连接；所述至少三个电容采用星型连接时中性点可以接地。