CN108344928A - 一种电力电缆局部放电在线监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电力电缆局部放电在线监测装置及方法。所述装置包括耦合电容单元、高压电容耦合传感器和局部放电测试仪;多个耦合电容单元用于在所述电力电缆局部放电时将局部放电高频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高频脉冲信号转换成局部放电高频脉冲电流信号;所述局部放电测试仪用于从所述高压电容耦合传感器获取局部放电高频脉冲电流信号计算所述电力电缆的局部放电量。所述方法基于上述在线监测装置实现。本发明能够避免局放信号在电力电缆中折反射,采用高频脉冲电流法,克服更高频段信号在电力电缆中传输的快速衰减,检测电力电缆全线局部放电量,实现电缆绝缘在线监测。

Description

一种电力电缆局部放电在线监测装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高电压绝缘检测技术领域,尤其涉及一种电力电缆局部放电在线监测 装置及方法。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 现有技术中,电力电缆生产商按照相关标准的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 频脉冲电流法技术需要在高压电磁屏蔽室内测试,所分析的数据相对可信。
[0004] 然而,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现场检测结果不准确。为避免上述现场 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 力电缆内外屏蔽层电阻会引起(10MHz以上甚至GHz频段)严重衰减,导致上述高频信号频段 仅可用于电缆终端或中间接头的局部放电检测定位。因此,亟需一种有效的电力电缆在线 监测装置及方法。
发明内容
[0005] 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在线监测装置及方 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。
[0006] 第一方面,本发明提供了一种电力电缆局部放电在线监测装置,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:多个与中间接头金属外护层连接 的耦合电容单元、设置在电力电缆一端的高压电容耦合传感器和与所述高压电容耦合传感 器连接的局部放电测试仪;
[0007] 多个耦合电容单元用于在所述电力电缆局部放电时将局部放电高频脉冲信号耦 合至所述电力电缆全线;
[0008] 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高频脉冲信号转 换成局部放电高频脉冲电流信号;
[0009] 所述局部放电测试仪用于从所述高压电容耦合传感器获取局部放电高频脉冲电 流信号计算所述电力电缆的局部放电量。
[0010] 可选地,所述耦合电容单元分为三相,分别与中间接头金属外护层连接。
[0011] 可选地,所述耦合电容单元三相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。
[0012] 可选地,所述耦合电容单元可与中间接头护层交叉互连箱一体化。
[0013] 可选地,所述耦合电容单元的耐压值应与护层保护器配合。
[0014] 可选地,所述高压电容耦合传感器包括三相高压电容和对应的阻抗匹配器,根据 电力电缆参数和局放检测频段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。
[0015] 第二方面,本发明实施例还提供了一种电力电缆局部放电在线监测方法,基于第 一方面所述的电力电缆局部放电在线监测装置实现,所述方法包括:
[0016] 所述电力电缆投运加压;
[0017] 所述高压电容耦合传感器采集所述电力电缆终端处的局部放电高频脉冲信号转 换成局部放电高频脉冲电流信号并发送给所述局部放电测试仪;
[0018] 所述局部放电测试仪根据上述局部放电高频脉冲电流信号计算所述电力电缆的 局部放电量。
[0019] 可选地,所述电力电缆投运加压的步骤之前包括:
[0020] 在所述电力电缆一端安装高压电容耦合传感器。
[0021] 由上述技术方案可知,本发明通过在电力电缆上设置多个耦合电容单元、高压电 容耦合传感器和局部放电测试仪,上述多个耦合电容单元连接中间接头金属外护层,这样 任意一个分段发生局部放电时耦合电容单元会将局部放电高频脉冲电流信号耦合至其它 分段上,并且可以避免每个分段中间接头处因阻抗变化折反射局部放电高频脉冲电流信号 的情况,从而实现局部放电高频脉冲信号在电力电缆全线上传输,然后高压电容耦合传感 器获取局部放电高频脉冲电流信号由局部放电测试仪计算局部放电量。与现有技术相比 较,本发明适用于长距离高压/超高压单芯电力电缆,避免局部放电高频信号在电力电缆中 间接头处的折反射损耗,以及更高频段信号在电力电缆中的快速衰减,采用高频脉冲电流 法,检测电力电缆全线局部放电量,实现电缆绝缘在线监测。
附图说明
[0022] 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:
[0023] 图1是本发明实施例提供的一种电力电缆局部放电在线监测装置结构图;
[0024] 图2是图1中耦合电容单元电路原理图;
[0025] 图3是图1中高压电容耦合传感器电路原理图;
[0026] 图4是本发明实施例提供的一种电力电缆局部放电在线监测方法流程示意图。
具体实施方式
[0027] 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。
[0028] 第一方面,本发明提供了一种电力电缆局部放电在线监测装置,如图1所示,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:多个与中间接头 金属外护层连接的耦合电容单元2、设置在电力电缆1终端接地线上的高压电容耦合传感器 3和局部放电测试仪4。其中,
[0029] 多个耦合电容单元2用于在电力电缆1局部放电时将局部放电高频脉冲信号耦合 至电力电缆1全线;
[0030] 高压电容耦合传感器3用于获取电力电缆1上的局部放电高频脉冲信号转换成局 部放电高频脉冲电流信号;
[0031] 局部放电测试仪4用于从所述高压电容耦合传感器3获取局部放电高频脉冲电流 信号计算所述电力电缆的局部放电量。
[0032] 如图1和图2所示,耦合电容单元2分为三相,其ABC相分别与中间接头的两侧电力 电缆金属外护层连接。并且,上述耦合电容单元2三相采用星形中性点接地(图2(a)所示)、 星型中性点不接地(图2 (b)所示)或者三角形(图2 (c)所示)方式连接。本发明实施例中耦合 电容单元2用于短路中间接头交叉互联金属外护层和空气的电场
[0033] 需要说明的是,本发明实施例中图2 (a)〜2 (c)电阻Rl 1〜R13、电阻R21〜R23、电阻 R31〜R33为护层保护器,该护层保护器是非线性电阻,又称现有技术中的压敏电阻或者金 属氧化物避雷器。
[0034] 为提高耦合电容单元的可靠性,本发明实施例中耦合电容单元2的耐压值与护层 保护器配合。并且,本发明实施例中还可将耦合电容单元2与中间接头金属外护层交叉互连 箱一体化,即将两者设置在同一个箱体内,或者采用相同的技术手段制成,从而使各电容与 各护层保护器更好的匹配。这样,可以避免耦合电容单元遭受雷电或内部过电压损坏。
[0035] 需要说明的是,本发明实施例中仅介绍了耦合电容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参数和耦合电容单元的连接方式、需要采集的局 放信号频段计算耦合电容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 夕卜,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耦合电容单元,同样落入 本发明实施例的保护范围。
[0036]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、需要采集的局放信号频段计算上述高压 电容耦合传感器3中护层保护器和电容(C4、C5、C6)的参数,具体计算方法可以采用现有方 法实现。例如,高压电容耦合传感器3的电容量C4、C5、C6可以设置为1000-2000pF,护层保护 器包括带通滤波器和电阻,电阻值应与电缆波阻抗接近。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。
[0037] 本发明实施例中,当电力电缆1发生局部放电时,其产生的局部放电高频脉冲信号 通过耦合电容单元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。在局部放电高频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可以实时获取到上述局部放电高频脉冲信号。
[0038] 第二方面,本发明实施例还提供了一种电力电缆局部放电在线监测方法,基于第 一方面所述的电力电缆局部放电在线监测装置实现,如图4所示,所述方法包括:
[0039] S1、所述电力电缆投运加压;
[0040] S2、所述高压电容耦合传感器采集所述电力电缆终端处的局部放电高频脉冲信号 转换成局部放电高频脉冲电流信号并发送给所述局部放电测试仪;
[0041] S3、所述局部放电测试仪根据上述局部放电高频脉冲电流信号计算所述电力电缆 的局部放电量。
[0042] 本发明实施例中将电源接入电力电缆(图1中电力电缆的右侧),投运后逐步施加 高频电压直至该电力电缆发生局部放电。电力电缆发生局部放电时,局部放电高频脉冲信 号会经过耦合电容单元2耦合至其他分段,最终经过该电力电缆全线传输到上述高压电容 耦合传感器3。局部放电测试仪4从上述高压电容耦合传感器3上采集局部放电高频脉冲信 号,并计算该电力电缆的局部放电量。
[0043] 本发明实施例提供的电力电缆局部放电在线监测方法,还包括:
[0044] S4、在所述电力电缆中间接头金属外护层上连接耦合电容单元。
[0045] 综上所述,本发明实施例提供的电力电缆局部放电在线监测装置及方法,通过在 电力电缆上设置多个耦合电容单元、高压电容耦合传感器和局部放电测试仪,多个耦合电 容单元连接中间接头金属外护层,这样任意一个分段发生局部放电时耦合电容单元会将局 部放电高频脉冲电流信号耦合至其它分段上,并且可以避免每个分段中间接头处因阻抗变 化折反射局部放电高频脉冲电流信号的情况,从而实现局部放电高频脉冲信号在电力电缆 全线上传输。然后上述高压电容耦合传感器将局部放电高频脉冲信号转换成局部放电高频 脉冲电流信号,最终利用局部放电测试仪根据上述局部放电高频脉冲电流信号计算局部放 电量。可见,本发明适用于长距离高压/超高压单芯电力电缆,避免局放高频信号在电力电 缆中折反射和更高频段信号在电力电缆中的快速衰减,采用高频脉冲电流法,检测电力电 缆全线局部放电量,实现电缆绝缘在线监测。
[0046] 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。
[0047] 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在线监测装置,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:多个与中间接头金属外护层连接的耦合电容单 元、设置在电力电缆一端的高压电容耦合传感器和与所述高压电容耦合传感器连接的局部 放电测试仪; _ 多个耦合电容单元用于在所述电力电缆局部放电时将局部放电高频脉冲信号顆合至 所述电力电缆全线; _ , 1 , 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高频脉冲信号转换成 局部放电高频脉冲电流信号; _ 所述局部放电测试仪用于从所述高压电容耦合传感器获取局部放电高频脉冲电流信 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在线监测装置,其特征在于,所述耦合电容 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在线监测装置,其特征在于,所述耦合电容 单元三相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2或3所述的电力电缆局部放电在线监测装置,其特征在于,所述耦合 电容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4所述的电力电缆局部放电在线监测装置,其特征在于,所述耦合电容 单元的耐压值应与护层保护器配合。
6. 根据权利要求1〜5任一项所述的电力电缆局部放电在线监测装置,其特征在于,所 述高压电容耦合传感器包括三相高压电容和对应的阻抗匹配器,根据电力电缆参数和局放 检测频段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。
7. —种电力电缆局部放电在线监测方法,其特征在于,基于权利要求1〜6任一项所述 的电力电缆局部放电在线监测装置实现,所述方法包括: 所述电力电缆投运加压; 所述高压电容耦合传感器采集所述电力电缆终端处的局部放电高频脉冲信号转换成 局部放电高频脉冲电流信号并发送给所述局部放电测试仪; 所述局部放电测试仪根据上述局部放电高频脉冲电流信号计算所述电力电缆的局部 放电量。
8. 根据权利要求7所述的电力电缆局部放电在线监测方法,其特征在于,所述电力电缆 投运加压的步骤之前包括: 在所述电力电缆一端安装高压电容稱合传感器。
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