CN108957267A - 一种电缆局部放电双端检测装置及方法 - Google Patents

一种电缆局部放电双端检测装置及方法 Download PDF

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郭建钊
李洪杰
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    • G01R31/14Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits

Abstract

本发明提供一种电缆局部放电双端检测装置,包括高压电源、第一局部放电检测单元、第二局部放电检测单元、标准脉冲发生单元和主机单元,高压电源与电缆首端连接,标准脉冲发生单元与电缆首端连接以向电缆注入高幅值的标准脉冲,第一、第二局部放电检测单元分别与电缆首端和末端连接,以分别获取第一组波形和第二组波形,第一、第二组波形均包括标准脉冲的入射波和反射波,主机单元分别与第一、第二局部放电检测单元通信连接以根据第一、第二组波形确定电缆局部放电位置。本发明还提供一种电缆局部放电双端检测方法。本发明对于各种长度的电缆,均能准确检测出局部放电位置,适应性强。

Description

一种电缆局部放电双端检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电缆局部放电双端检测装置及方法。
背景技术
局部放电是电缆及其附件绝缘故障的重要表现形式之一,是引起进一步绝缘劣化的原因,也是绝缘状态的主要特征量之一。当前在电缆局部放电检测中,利用局部放电信号的前行波和反行波到达检测端的时间差进行局部放电定位,反行波需要传输至电缆末端,经全反射再传输至电缆首端及测量端才能被检测到,在这一过程中可能由于电缆较长,衰减较大,导致反行波被噪声淹没,无法利用时间差进行定位。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提出一种电缆局部放电双端检测装置及方法,对于各种长度的电缆,均能准确检测出局部放电位置,适应性强。
本发明通过以下技术方案实现:
一种电缆局部放电双端检测装置,包括高压电源、第一局部放电检测单元、第二局部放电检测单元、标准脉冲发生单元和主机单元,高压电源与电缆首端连接,标准脉冲发生单元与电缆首端连接以向电缆注入高幅值的标准脉冲,第一、第二局部放电检测单元分别与电缆首端和末端连接,以分别获取第一组波形和第二组波形,第一、第二组波形均包括标准脉冲的入射波和反射波,主机单元分别与第一、第二局部放电检测单元通信连接以根据第一、第二组波形确定电缆局部放电位置。
进一步的,所述主机单元包括依次连接的校时模块、脉冲对确定模块、时间差计算模块和位置确定模块,校时模块用于根据第一组波形计算标准脉冲在电缆中的传输时间T,并将第二组波形向时间轴正方向平移T长度;脉冲对确定模块用于根据公式Tnm=t1n-t2m计算第一、第二组波形的时间差序列,t1n表示第一组波形内第n个脉冲对应的时间,t2m表示第二组波形内第m个脉冲对应的时间,当Tnm<T时,表示t1n和t2m对应的脉冲为同一次局部放电产生的两个传输方向相反的脉冲对;时间差计算模块用于将通过集中性分析后的所有脉冲对的时间差计算平均值以得到标准时间差TA;位置确定模块用于根据得到电缆局部放电位置,x为局部放电位置与电缆首端的距离,L为电缆长度,v为标准脉冲在电缆中的传播速度。
进一步的,所述第一、第二局部放电检测单元均包括检测阻抗、数据采集单元和数据上传单元,检测阻抗包括一端与所述电缆连接的耦合电容、输入端与耦合电容另一端连接的过阻尼谐振电路,以及输入端与过阻尼谐振电路输出端连接的滤波电路,数据采集单元输入端与检测阻抗输出端连接、输出端通过数据上传单元与所述主机单元连接。
进一步的,所述标准脉冲发生单元包括脉冲发生电路,脉冲发生电路具有两输出端,所述电缆首端设置有接地线,两输出端分别与接地线连接以向电缆注入幅值不小于500V的标准脉冲,两输出端之间的接地线长度在10cm-20cm范围内。
进一步的,所述数据采集单元包括第一屏蔽外壳和设置在第一屏蔽外壳内的数据采集卡。
进一步的,所述标准脉冲发生单元还包括第二屏蔽外壳,所述脉冲发生电路设置在第二屏蔽外壳。
进一步的,所述数据上传单元包括第一校验模块和与第一校验模块连接的GPRS通信模块,所述数据采集单元采集的数据通过第一校验模块进行哈希校验后,通过GPRS通信模块传输至所述主机单元。
本发明还通过以下技术方案实现:
一种电缆局部放电双端检测方法,包括如下步骤:
A、标准脉冲发生单元在电缆首端向电缆中注入一个高幅值的标准脉冲,该标准脉冲触发第一局部放电检测单元开始总时长为t的检测,获取第一组波形,当该标准脉冲传输至电缆末端时,触发第二局部放电检测单元开始总时长为t的检测,获取第二组波形;
B、主机单元根据第一、第二组波形确定电缆局部放电位置。
进一步的,所述步骤B包括如下步骤:
B1、根据第一组波形中幅值最高的两相邻脉冲计算标准脉冲在电缆中的传输时间T,并将第二组波形向时间轴正方向平移T长度;
B2、根据公式Tnm=t1n-t2m计算第一、第二组波形的时间差序列,t1n表示第一组波形内第n个脉冲对应的时间,t2m表示第二组波形内第m个脉冲对应的时间,当Tnm<T时,表示t1n和t2m对应的脉冲为同一次局部放电产生的两个传输方向相反的脉冲对;
B3、利用集中性分析剔除脉冲对中的干扰数据,得到有效的脉冲对;
B4、对所有有效的脉冲对的时间差计算平均值以得到标准时间差TA
B5、根据和|x|≤L得到电缆局部放电位置,x为局部放电位置与电缆首端的距离,L为电缆长度,为标准脉冲在电缆中的传播速度。
本发明具有如下有益效果:
1、本发明的标准脉冲发生单元向电缆注入高幅值的标准脉冲,第一、第二局部放电检测单元分别与电缆的首端和末端连接以分别获取第一组波形和第二组波形,主机单元根据第一、第二组波形确定电缆局部放电位置,由于标准脉冲幅值高,经过两倍于电缆长度的传输路程后被第一、第二局部放电检测单元检测到时仍有较高幅值,且第一、第二组波形共同确定局部放电位置,避免了长电缆中脉冲信号衰减过大导致局部放电定位失败的问题,对于各种长度的电缆,均能准确检测处局部放电位置,适应性强,提高了局部放电定位的精度。
2、本发明利用第一组波形中的标准脉冲对第一、第二局部放电检测单元进行校时,而无需采用GPS校时系统这类要求高、造价贵的设备进行校时,既能准确稳定地校时,又降低了本发明的经济成本;利用集中性分析剔除脉冲对中的干扰数据,能够更加精确地计算出局部放电的位置。
3、本发明的数据上传单元包括可进行哈希校验的第一校验模块,如此能够解决数据量大时由于设备网络不稳定导致的数据丢失问题。
4、本发明的检测阻抗包括过阻尼谐振电路,谐振的方式能够提高局部放电脉冲信号的峰值,从而提高检测灵敏度,过阻尼能够加快局部放电脉冲信号的衰减,避免由于局部放电信号衰减较慢导致多个局部放电信号叠加在一起的情况。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明脉冲发生电路的电路原理图。
图3为本发明检测阻抗的电路原理图。
图4为本发明的第一、第二组波形图。
图5为本发明经校时后的第一、第二组波形图。
其中,1、电缆;2、高压电源;3、第一局部放电检测单元;4、第二局部放电检测单元;5、标准脉冲发生单元;51、倍压电路;6、主机单元;61、接收模块;62、第二校验模块;63、校时模块;64、脉冲对确定模块;65、时间差计算模块;66、位置确定模块;67、显示模块;71、检测阻抗;711、滤波电路;72、数据采集单元;73、数据上传单元。
具体实施方式
如图1至图5所示,电缆局部放电双端检测装置包括高压电源2、第一局部放电检测单元3、第二局部放电检测单元4、标准脉冲发生单元5和主机单元6,高压电源2输出电压峰值最高可达1.7倍电缆1额定电压,频率范围为0-500Hz可调,高压电源2与电缆1首端连接,标准脉冲发生单元5与电缆1首端连接以向电缆1注入高幅值的标准脉冲,第一局部放电检测单元3、第二局部放电检测单元4分别与电缆1首端和末端连接,以分别获取第一组波形和第二组波形,第一、第二组波形均包括标准脉冲的入射波和反射波,主机单元6分别与第一、第二局部放电检测单元4通信连接以根据第一、第二组波形确定电缆1局部放电位置。
标准脉冲发生单元5包括第二屏蔽外壳和设置在第二屏蔽外壳内的脉冲发生电路。第二屏蔽外壳接地,其由铝合金材料制成,厚度为2mm,能够有效屏蔽空间中频率在500kHz-100MHz范围内的电磁干扰。脉冲发生电路包括变压器T、与变压器T原边线圈串接的第一开关管Q1、第一电阻R1和电源E、串接在变压器T副边的倍压电路51、阳极与倍压电路51输出端连接的二极管D1、与二极管D1阴极连接的第三电阻R3、两端分别与变压器T副边线圈和二极管D1阴极连接的第二电阻R2、并接在串接后的第二电阻R2和第三电阻R3两端之间的电容C1、集电极分别与电容C1、第二电阻R2和变压器T副边线圈连接的第二开关管Q2和连接在第二开关管Q2发射极和电容C1之间的第四电阻R4,脉冲发生电路的两输出端AB为第四电阻R4两端,电缆1首端设置有接地线,两输出端AB分别与接地线连接以向电缆1注入幅值不小于500V的标准脉冲,第一开关管Q1和第二开关管Q2开断的控制为现有技术。
脉冲发生电路工作过程为:通过开断第一开关管Q1在变压器T原边产生电压脉冲,该电压脉冲通过变压器T及倍压电路51产生直流高压给电容C1,两输出端AB之间的接地线可等效为一个电感,因此接地线长度在10cm-20cm范围内以使该等效电感与电容C1形成谐振回路,第二开关管Q2开通后,电容C1与接地线的等效电感构成谐振回路,向电缆1输出高压的标准脉冲,标准脉冲的上升沿小于100ns,脉宽小于1us,幅值为500V。
第一局部放电检测单元3和第二局部放电检测单元4均包括检测阻抗71、数据采集单元72和数据上传单元73。检测阻抗71包括一端与电缆1连接的耦合电容C2、输入端与耦合电容C2另一端连接的过阻尼谐振电路,以及输入端与过阻尼谐振电路输出端连接的滤波电路711,更具体地,过阻尼谐振电路包括电容C3、电感L和电阻R5,滤波电路711采用级联式RC滤波电路,数据采集单元72输入端与检测阻抗71输出端Uout连接、输出端通过数据上传单元73与主机单元6连接,即数据采集单元72采集电感L两端电压,并将该电压传输至主机单元6。
数据采集单元72包括第一屏蔽外壳和设置在第一屏蔽外壳内的数据采集卡,第一屏蔽外壳接地,采用铝合金材料制成,厚度为2mm,数据采集卡的存储容量在5GB以上,采样频率大于1GSa/s,频带宽度高于500MHz。
数据上传单元73包括第一校验模块和与第一校验模块连接的GPRS通信模块,数据采集单元72采集的数据通过第一校验模块进行哈希校验后,通过GPRS通信模块传输至主机单元6。其中,哈希校验为现有技术。
主机单元6包括用于依次连接的接收模块61、第二校验模块62、校时模块63、脉冲对确定模块64、时间差计算模块65、位置确定模块66和显示模块67。接收模块61用于接收数据上传单元73传输的数据;第二校验模块62与第一校验模块对应以用于对接收的数据进行哈希校验以确保数据的完整性;校时模块63用于根据第一组波形计算标准脉冲在电缆1中的传输时间T,并将第二组波形向时间轴正方向平移T长度;脉冲对确定模块64用于根据公式Tnm=t1n-t2m计算第一、第二组波形的时间差序列,t1n表示第一组波形内第n个脉冲对应的时间,t2m表示第二组波形内第m个脉冲对应的时间,当Tnm<T时,表示t1n和t2m对应的脉冲为同一次局部放电产生的两个传输方向相反的脉冲对;时间差计算模块65用于将通过集中性分析后的所有脉冲对的时间差计算平均值以得到标准时间差TA;位置确定模块66用于根据公式得到电缆1局部放电位置,x为局部放电位置与电缆1首端的距离,L为电缆1长度,v为标准脉冲在电缆1中的传播速度;显示模块67用于显示位置确定模块66的结果。
一种电缆1局部放电双端检测方法,其特征在于:包括如下步骤:
A、标准脉冲发生单元5在电缆1首端向电缆1中注入一个高幅值的标准脉冲,该标准脉冲触发第一局部放电检测单元3开始总时长为t=500ms的检测,获取第一组波形,当该标准脉冲传输至电缆1末端时,触发第二局部放电检测单元4开始总时长为t=500ms的检测,获取第二组波形;
B、主机单元6根据第一、第二组波形确定电缆1局部放电位置;具体包括:
B1、根据第一组波形中幅值最高的两相邻脉冲计算标准脉冲在电缆1中的传输时间T,并将第二组波形向时间轴正方向平移T长度;具体过程为:
如图4所示,V1为第一局部放电检测单元3测得的第一组波形,V4为第二局部放电检测单元4测得的第二组波形,从图4可看出,脉冲M1、M2、M3幅值远高于其他脉冲,判定为标准脉冲;第一组波形中,M1和M2之间的时间差即为标准脉冲在电缆1中传输两倍电缆1长度所用的时间2T,则标准脉冲在电缆1中的传输时间为T;以第一局部放电检测单元3被触发时刻作为时间零点将第一局部放电检测单元3和第二局部放电检测单元4进行校时,即将第二组波形向时间轴正方向平移T长度,即得到图5所示的示意图;
B2、如图5所示,对经过步骤B1处理后的第一组波形和第二组波形,标记第一组波形中的脉冲序列为11、12、13、14、...、1n,标记第二组波形中的脉冲序列为21、22、23、24、...、2n,根据公式Tnm=t1n-t2m计算第一组波形、第二组波形的时间差序列,t1n表示第一组波形内第n个脉冲对应的时间,t2m表示第二组波形内第m个脉冲对应的时间,当Tnm<T时,表示t1n和t2m对应的脉冲为同一次局部放电产生的两个传输方向相反的脉冲对;
B3、满足Tnm<T的时间差通常会集中在某一个范围内,利用集中性分析即可判定偏离较大的时间差为错误数据,将这些错误数据剔除,即可得到有效的脉冲对;
B4、对所有有效的脉冲对的时间差计算平均值以得到标准时间差TA
B5、根据和|x|≤L得到电缆1局部放电位置,x为局部放电位置与电缆1首端的距离,L为电缆1长度是已知的,为标准脉冲在电缆1中的传播速度,对于|x|>L的脉冲,均可判断为噪声,因为若局部放电位置与电缆1首端的距离比电缆1长度还长,那么此次定位必定是错误的。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,故不能以此限定本发明实施的范围,即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种电缆局部放电双端检测装置,其特征在于:包括高压电源、第一局部放电检测单元、第二局部放电检测单元、标准脉冲发生单元和主机单元,高压电源与电缆首端连接,标准脉冲发生单元与电缆首端连接以向电缆注入高幅值的标准脉冲,第一、第二局部放电检测单元分别与电缆首端和末端连接,以分别获取第一组波形和第二组波形,第一、第二组波形均包括标准脉冲的入射波和反射波,主机单元分别与第一、第二局部放电检测单元通信连接以根据第一、第二组波形确定电缆局部放电位置。
2.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电双端检测装置,其特征在于:所述主机单元包括依次连接的校时模块、脉冲对确定模块、时间差计算模块和位置确定模块,校时模块用于根据第一组波形计算标准脉冲在电缆中的传输时间T,并将第二组波形向时间轴正方向平移T长度;脉冲对确定模块用于根据公式Tnm=t1n-t2m计算第一、第二组波形的时间差序列,t1n表示第一组波形内第n个脉冲对应的时间,t2m表示第二组波形内第m个脉冲对应的时间,当Tnm<T时,表示t1n和t2m对应的脉冲为同一次局部放电产生的两个传输方向相反的脉冲对;时间差计算模块用于将通过集中性分析后的所有脉冲对的时间差计算平均值以得到标准时间差TA;位置确定模块用于根据得到电缆局部放电位置,x为局部放电位置与电缆首端的距离,L为电缆长度,v为标准脉冲在电缆中的传播速度。
3.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电双端检测装置,其特征在于:所述第一、第二局部放电检测单元均包括检测阻抗、数据采集单元和数据上传单元,检测阻抗包括一端与所述电缆连接的耦合电容、输入端与耦合电容另一端连接的过阻尼谐振电路,以及输入端与过阻尼谐振电路输出端连接的滤波电路,数据采集单元输入端与检测阻抗输出端连接、输出端通过数据上传单元与所述主机单元连接。
4.根据权利要求3所述的一种电缆局部放电双端检测装置,其特征在于:所述标准脉冲发生单元包括脉冲发生电路,脉冲发生电路具有两输出端,所述电缆首端设置有接地线,两输出端分别与接地线连接以向电缆注入幅值不小于500V的标准脉冲,两输出端之间的接地线长度在10cm-20cm范围内。
5.根据权利要求3或4任一所述的一种电缆局部放电双端检测装置,其特征在于:所述数据采集单元包括第一屏蔽外壳和设置在第一屏蔽外壳内的数据采集卡。
6.根据权利要求4任一所述的一种电缆局部放电双端检测装置,其特征在于:所述标准脉冲发生单元还包括第二屏蔽外壳,所述脉冲发生电路设置在第二屏蔽外壳。
7.根据权利要求3或4任一所述的一种电缆局部放电双端检测装置,其特征在于:所述数据上传单元包括第一校验模块和与第一校验模块连接的GPRS通信模块,所述数据采集单元采集的数据通过第一校验模块进行哈希校验后,通过GPRS通信模块传输至所述主机单元。
8.一种电缆局部放电双端检测方法,其特征在于:包括如下步骤:
A、标准脉冲发生单元在电缆首端向电缆中注入一个高幅值的标准脉冲,该标准脉冲触发第一局部放电检测单元开始总时长为t的检测,获取第一组波形,当该标准脉冲传输至电缆末端时,触发第二局部放电检测单元开始总时长为t的检测,获取第二组波形;
B、主机单元根据第一、第二组波形确定电缆局部放电位置。
9.根据权利要求8所述的一种电缆局部放电双端检测方法,其特征在于:所述步骤B包括如下步骤:
B1、根据第一组波形中幅值最高的两相邻脉冲计算标准脉冲在电缆中的传输时间T,并将第二组波形向时间轴正方向平移T长度;
B2、根据公式Tnm=t1n-t2m计算第一、第二组波形的时间差序列,t1n表示第一组波形内第n个脉冲对应的时间,t2m表示第二组波形内第m个脉冲对应的时间,当Tnm<T时,表示t1n和t2m对应的脉冲为同一次局部放电产生的两个传输方向相反的脉冲对;
B3、利用集中性分析剔除脉冲对中的干扰数据,得到有效的脉冲对;
B4、对所有有效的脉冲对的时间差计算平均值以得到标准时间差TA
B5、根据和|x|≤L得到电缆局部放电位置,x为局部放电位置与电缆首端的距离,L为电缆长度,为标准脉冲在电缆中的传播速度。
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