CN109752634A - 一种电缆接头谐振式互感局放检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电缆接头谐振式互感局放检测装置及检测方法，所述装置包括局放采集传感器和局放信号处理器，还包括局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元，所述局放采集传感器和所述局放信号谐振输出单元有线连接且安装于所述电缆接头护套耐压层内，所述局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元无线连接，所述局放信号谐振采集单元和局放信号处理器有线连接且安装于所述电缆接头护套耐压层外。本发明可以将局放信号无线传输至电缆绝缘层外，对原有电缆接头的改动较小，保留了电缆接头原有的防水耐压工艺，在电缆接头绝缘层内无半导体电子元件，保证了电缆接头绝缘层内部件的运行寿命大于电缆本体的寿命，安全可靠。

Description

一种电缆接头谐振式互感局放检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及高压电缆局放检测领域，具体涉及一种电缆接头谐振式互感局放检测装置及检测方法。

背景技术

高压电缆作为城市的血脉，提供着城市生活所需的能量。一旦电缆出现故障，对城市生活造成的影响不可估量。高压电路主要故障位置为高压电缆接头。做好高压电缆接头检测，是确保高压电缆稳定工作的要点。

高压电缆的局部放电问题是引起高压电缆事故的主要因素，多年来一直受到广泛关注。电缆接头局放发生点主要集中在高压电缆硅橡胶上，如果能够定位局放发生部位在电缆接头橡胶绝缘层的具体位置，对电缆接头橡胶层的故障问题进行数据化分析，找出电缆接头橡胶层薄弱环节，有利于生产出合格率更好的产品。

本公司申请号为201710225831.2的发明专利公开了一种网状差分式电缆接头局放检测装置，其包括信号检测单元和信号处理单元，所述信号检测单元和信号处理单元设置有电缆接头处，所述信号检测单元是网状式电容信号检测单元，即信号检测单元为网状结构、采用多片式分布式布局、形成角度差；所述信号处理单元采用差分检测原理对信号检测单元传输的多组信号进行处理。上述发明的局放检测装置有效解决了传统电容无法在具备较大检测面积时具有较小电容值的技术问题，同时解决了从杂波信号中检测有效局放信号及局放发生位置定位的技术问题，但是，上述发明的信号处理单元由ADC采集芯片和信号处理单片机，鉴于局放传感器安装在高压接头铜壳内部，属于电缆铠装电压层，与大地零电压有耐压要求，因此不可以将局放传感器的信号线拉出将ADC采集芯片和信号处理单片机置于电缆外部；若将信号处理单元置于电缆内部，对原有电缆接头改动比较大，且电子元件的寿命没有电缆寿命长，信号处理单元损坏后无法维修。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种电缆接头谐振式互感局放检测装置及检测方法。

一种电缆接头谐振式互感局放检测装置，包括局放采集传感器和局放信号处理器，还包括局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元，所述局放采集传感器和所述局放信号谐振输出单元有线连接且安装于所述电缆接头护套耐压层内，所述局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元无线连接，所述局放信号谐振采集单元和局放信号处理器有线连接且安装于所述电缆接头护套耐压层外。

优选的是，所述局放采集传感器为电容式局放采集传感器并采用柔性PCB制作。

上述任一方案优选的是，所述电容式局放采集传感器具备网状电容检测区。

上述任一方案优选的是，所述电容采用的网状结构包括圆形网格结构和/或多边形网格结构，但不限于圆形网格结构、多边形网格结构，所述电容还采用其他网状结构。

上述任一方案优选的是，所述电容式局放采集传感器内的网状电容检测区由导电材料制成。

上述任一方案优选的是，所述导电材料包括铜。

上述任一方案优选的是，所述电容式局放采集传感器内有多块网状电容检测区，所述网状电容检测区采用阵列式结构、以分布式布局形成角度差包裹在所述电缆接头橡胶层外、铜网层内。

上述任一方案优选的是，制作所述电容式局放采集传感器的柔性PCB为双层结构，其中靠近所述电缆橡胶层为网状结构，靠近所述电缆铜网层为整体一片式结构。

上述任一方案优选的是，包裹某一电缆接头的所述电容式局放采集传感器内的网状电容检测区数目为偶数，位置相对的两块检测区组成一组。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振输出单元和所述局放信号谐振采集单元均包括外壳、电磁屏蔽层和线圈层，所述电磁屏蔽层和所述线圈层安装于所述外壳内。

上述任一方案优选的是，所述所述线圈层为电感线圈采用阵列式结构布置于PCB上。

上述任一方案优选的是，某一电缆接头处所述局放信号谐振输出单元内电感线圈的组数、所述局放信号谐振采集单元内电感线圈的组数、所述电容式局放采集传感器内的网状电容检测区数目一致。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振输出单元内电感线圈与所述电容式局放采集传感器内的电容构成谐振电路。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振采集单元内的电感线圈与所述电容相匹配，通过所述电感线圈与所述局放信号谐振输出单元内的电感线圈互感，接收所述局放信号谐振输出单元传递的信号。

上述任一方案优选的是，所述电感线圈采用双线圈结构，采用反向绕制的方式，对磁力线回路进行约束。

上述任一方案优选的是，所述电磁屏蔽层采用铁氧体材料制成。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振输出单元和所述局放信号谐振采集单元均采用一体注塑结构，其外壳均具备IP68防水结构。

上述任一方案优选的是，所述外壳上设置有出线口，在所述出线口设置有橡胶柱塞，用于防水。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振输出单元安装于所述电缆铜壳灌胶口处，用于将局放信号传递到电缆外护套耐压层外。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振采集单元安装于电缆外护套耐压层外，并与局放信号谐振输出单元位置对应。

上述任一方案优选的是，所述局放信号处理器通过所述局放信号谐振输出单元和所述局放信号谐振采集单元采集所述电容式局放采集传感器的检测信号。

上述任一方案优选的是，所述局放信号处理器包括FPGA、单片机中的至少一种。

上述任一方案优选的是，所述局放信号处理器对采集到的信号进行处理，得到频域信号强度。

上述任一方案优选的是，所述局放信号处理器对成组电容的信号差进行处理，通过信号强度的分辨，对局放发生位置进行定位。

上述任一方案优选的是，所述局放信号处理器将局放发生位置上传至服务器。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振采集单元与所述局放信号处理器的连接线为电磁屏蔽信号线。

本发明的另一方面提供一种电缆接头谐振式互感局放检测方法，用于对电缆接头局放进行检测，包括步骤：

安装所述电缆接头谐振式互感局放检测装置；

所述电缆接头谐振式互感局放检测装置对局放信号进行检测，进行局放发生位置定位。

优选的是，所述电容式局放采集传感器安装在所述电缆接头橡胶层外、铜网层内，包裹电缆接头。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振输出单元安装于所述电缆铜壳灌胶口处，用于将局放信号传递到电缆外护套耐压层外。

上述任一方案优选的是，所述局放信号谐振采集单元安装于电缆外护套耐压层外，且于所述局放信号谐振输出单元位置对应。

上述任一方案优选的是，所述电缆接头谐振式互感局放检测装置对局放信号进行检测，进行局放发生位置定位进一步包括步骤：

所述电容式局放采集传感器采集局放信号；

所述局放信号谐振输出单元与所述电容式局放采集传感器产生谐振，将局放信号传递到电缆外护套耐压层外；

所述局放信号谐振采集单元接收所述局放信号谐振输出单元输出至电缆外护套耐压层外的信号；

所述局放信号处理器对局放信号谐振采集单元采集的信号进行处理，进行局放发生位置定位。

上述任一方案优选的是，所述局放信号处理器将局放发生位置上传至服务器。

本发明的电缆接头谐振式互感局放检测装置及检测方法可以将局放信号无线传输至电缆绝缘层外，不会破坏电缆铠装电压层与大地零电压的耐压要求，同时因为只有部分检测装置置于电缆内部，对原有电缆接头的改动较小，保留了电缆接头原有的防水耐压工艺，在电缆接头绝缘层内无半导体电子元件，保证了电缆接头绝缘层内部件的运行寿命大于电缆本体的寿命，安全可靠。

附图说明

图1为按照本发明的电缆接头谐振式互感局放检测装置的一优选实施例的结构示意图。

图2为按照本发明的电缆接头谐振式互感局放检测装置如图1所示实施例的电容式局放采集传感器的一优选实施例的平铺示意图。

图3为按照本发明的电缆接头谐振式互感局放检测装置中的电容式局放采集传感器如图2所示实施例的安装截面示意图。

图4为按照本发明的电缆接头谐振式互感局放检测装置如图1所示实施例的局放信号谐振输出单元的一优选实施例的爆炸图。

图5为按照本发明的电缆接头谐振式互感局放检测装置如图1所示实施例的局放信号谐振采集单元的一优选实施例的爆炸图。

图6为按照本发明的电缆接头谐振式互感局放检测装置中的局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元中的线圈层的一优选实施例的示意图。

图7为按照本发明的电缆接头谐振式互感局放检测装置中的局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元中的线圈对磁力线回路进行约束的示意图。

图8为按照本发明的电缆接头谐振式互感局放检测方法的一优选实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。

实施例1

如图1所示，一种电缆接头谐振式互感局放检测装置，包括电容式局放采集传感器1、局放信号谐振输出单元2、局放信号谐振采集单元3和局放信号处理器4，所述电容式局放采集传感器1和所述局放信号谐振输出单元2有线连接且安装于所述电缆接头护套耐压层内，所述局放信号谐振输出单元2和局放信号谐振采集单元3无线连接，所述局放信号谐振采集单元3和局放信号处理器4有线连接且安装于所述电缆接头护套耐压层外。

如图2和图3所示，所述电容式局放采集传感器1采用柔性PCB（FPC）制作而成，其具有网状电容检测区，所述网状电容检测区由导电材料铜制作。所述电容式局放采集传感器1安装于所述电缆接头橡胶层32外、铜网层33内，所述橡胶层32包绕电缆导芯31。制作所述电容式局放采集传感器的柔性PCB为双层结构，其中靠近所述电缆橡胶层32为铜线制作而成的网状结构，具有四个网状电容检测区121、122、123和124，靠近所述电缆铜网层33为铜片制作而成的整体一片式结构11。所述电容式局放采集传感器内的网状电容检测区采用阵列式结构、以分布式布局形成角度差包裹于电缆接头处。位置相对的两块网状电容检测区为一组，即网状电容检测区121和123为一组，122和124为一组。所述电容式局放采集传感器1靠近电缆铜网层33采用铜片整体一片式结构11，可以保证电缆接头本身的铜网层不会影响电容面积，因此不会对电容值产生影响；其靠近电缆橡胶层32采用网状结构，可以保证电容在具有较大的电缆接头包裹面积的同时，具有较小的电容值，当有较少的局放电荷时，根据电荷量Q=C*V，可以有一个相对较大容易被检测到的电压值。所述电容式局放采集传感器1采用柔性双层PCB（FPC）制作，可以严格控制电容两层间距，保证不会因为安装造成电容值偏差，影响测量结果。

如图4所示，所述局放信号谐振输出单元2包括外壳21、线圈层22和电磁屏蔽层23，所述电磁屏蔽层23和所述线圈层22安装于所述外壳21内。所述所述线圈层22为电感线圈采用阵列式结构布置于PCB上，某一电缆接头处所述局放信号谐振输出单元2内电感线圈的组数与该处安装的所述电容式局放采集传感器1内电容的块数，即网状电容检测区的数目一致，所述电感线圈采用双线圈结构，采用反向绕制的方式，每一组电感线圈与一网状电容检测区连接，形成谐振电路。所述电磁屏蔽层23采用铁氧体材料制成。所述局放信号谐振输出单元2采用一体注塑结构，其外壳21具备IP68防水结构，在所述外壳21上设置有出线口24，所述线圈层与所述电容检测区的连接线由所述出线口24引出，在所述出线口24处还设置有橡胶柱塞，用于防水。所述局放信号谐振输出单元2安装于所述电缆接头热缩管内电缆铜壳灌胶口处，用于将局放信号传递到电缆外护套耐压层外。

如图5所示，所述局放信号谐振采集单元3包括外壳31、线圈层32和电磁屏蔽层33，所述电磁屏蔽层33和所述线圈层32安装于所述外壳31内。所述所述线圈层32为电感线圈采用阵列式结构布置于PCB上，某一电缆接头处所述局放信号谐振采集单元3内电感线圈的组数与该处安装的所述电容式局放采集传感器1内电容的块数，即网状电容检测区的数目一致，所述电感线圈采用双线圈结构，采用反向绕制的方式，每一组电感线圈与所述电容相匹配，接收所述局放信号谐振输出单元2内电感线圈传递的信号。所述电磁屏蔽层33采用铁氧体材料制成。所述局放信号谐振采集单元3采用一体注塑结构，其外壳31具备IP68防水结构，在所述外壳31上设置有出线口34，所述线圈层与所述局放信号处理器的连接线由所述出线口34引出，在所述出线口34处还设置有橡胶柱塞35，用于防水。所述局放信号谐振采集单元3安装于所述电缆外护套耐压层外，并与局放信号谐振输出单元位置对应，其电感线圈与所述电容相匹配，通过所述电感线圈与所述局放信号谐振输出单元2内的电感线圈互感，接收所述局放信号谐振输出单元2传递的信号。

如图6所示，所述局放信号谐振输出单元2和所述局放信号谐振采集单元3的线圈层均包括四组电感线圈，分别为电感线圈621、电感线圈622、电感线圈623和电感线圈624，所述电感线圈采用阵列式结构布置于PCB板61上。由电感线圈的两端引出连接线，在所述PCB板61的一端形成连接端63，所述连接端63具有8个连接端点，其中最上两个连接端点对应电感线圈621的两端，往下每两个连接端点分别对应电感线圈622、623和624的两端。所述电感线圈采用双线圈结构，采用反向绕制的方式，对磁力线回路进行约束。对于局放信号谐振输出单元2内的线圈层，电感线圈621通过连接端63连接所述电容检测区121的电容两侧，电感线圈622通过连接端63连接所述电容检测区122的电容两侧，电感线圈623通过连接端63连接所述电容检测区123的电容两侧，电感线圈624通过连接端63连接所述电容检测区124的电容两侧，每组电感线圈与电容连接之后形成谐振电路。对于局放信号谐振采集单元3内的线圈层，其通过连接端63连接所述局放信号处理器4，将信号传递给所述局放信号处理器4。

电感线圈对磁力线回路进行约束的原理如图7所示，磁力线73从所述局放信号谐振输出单元2中的电感线圈组71中的一个线圈穿出，从所述电感线圈组71的另一个线圈穿入，后从所述局放信号谐振采集单元3中的电感线圈组72的一个线圈穿出，再从所述电感线圈组72的另一个线圈穿入，形成闭环，由此对磁力线73起到约束作用。

所述局放信号处理器4包括FPGA和/或单片机，其接收所述局放信号谐振采集单元3的信号后，采用傅里叶变换对信号进行处理，利用快速傅里叶变换（FFT）和/或离散傅里叶变换（DFT）等方法求出频域信号强度。因为高压电缆线路长、电流大、高频谐波多，在电缆正常工作时，电缆谐波会对所述电容式局放采集传感器1造成干扰，使得有效的局放信号被淹没在电缆杂波中，因此，所述局放信号处理器4采用差分的方式对信号进行处理，即计算成组电容的信号差，一方面电缆本身的干扰信号会被包裹其的所述网状电容检测区均匀吸收，成组电容之间信号值相同没有差分量，干扰信号会被很好的过滤掉，另一方面，对于局放信号，电荷从电缆线芯逃逸到电缆铜网层，在电容传感器的一小块检测区上充电形成电压差，而与之成组的另一电容检测区没有电压差形成，因而存在信号差，并可以通过哪一电容检测区检测到了电压差实现对局放发生的位置进行定位。所述局放信号处理器4将局放发生位置上传至服务器。同时也可以将放电强度上传，工作人员根据检测结果对电缆进行及时维修，减少电缆故障的发生。

实施例2

一种电缆接头谐振式互感局放检测方法，如图8所示，包括：

步骤81：安装所述电缆接头谐振式互感局放检测装置；

步骤82：所述电缆接头谐振式互感局放检测装置对局放信号进行检测，进行局放发生位置定位；

步骤83：所述局放信号处理器将局放发生位置上传至服务器。

所述步骤81中，将所述电容式局放采集传感器安装在所述电缆接头橡胶层外、铜网层内；将所述局放信号谐振输出单元安装于所述电缆铜壳灌胶口处，用于将局放信号传递到电缆外护套耐压层外；将所述局放信号谐振采集单元安装于电缆外护套耐压层外，且与所述局放信号谐振输出单元位置对应。所述电容式局放采集传感器与所述局放信号谐振输出单元有线连接，所述局放信号谐振输出单元和所述局放信号采集单元无线连接，所述局放信号谐振采集单元和所述局放信号处理器有线连接，其连接线为电磁屏蔽信号线。

所述步骤82进一步包括：

步骤821：所述电容式局放采集传感器采集局放信号；

步骤822：所述局放信号谐振输出单元与所述电容式局放采集传感器产生谐振，将局放信号传递到电缆外护套耐压层外；

步骤823：所述局放信号谐振采集单元接收所述局放信号谐振输出单元输出至电缆外护套耐压层外的信号；

步骤824：所述局放信号处理器对局放信号谐振采集单元采集的信号进行处理，进行局放发生位置定位。

实施例3

所述电容式局放采集传感器内电容的网状结构包括多边形网状结构如三角形网状结构、正方形网状结构、长方形网状结构、正六边形网状结构等，和/或，圆形网状结构，但是不限于多边形网状结构和圆形网状结构，还可以是不规则网状结构或者几种网状结构的组合。

为了所述局放信号处理器可以通过差分的方法对信号进行处理，所述电容式局放采集传感器内的网状电容检测区的数目为偶数块，为了使局放位置定位更加精确，可以增加网状电容检测区的数目，同时相应的增加所述局放信号谐振输出单元和所述局放信号谐振采集单元中电感线圈的数目。

需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应该理解：其可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电缆接头谐振式互感局放检测装置，包括局放采集传感器和局放信号处理器，其特征在于：还包括局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元，所述局放采集传感器和所述局放信号谐振输出单元有线连接且安装于所述电缆接头护套耐压层内，所述局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元无线连接，所述局放信号谐振采集单元和局放信号处理器有线连接且安装于所述电缆接头护套耐压层外。

2.如权利要求1所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置，其特征在于：所述局放信号谐振输出单元和所述局放信号谐振采集单元均包括外壳、电磁屏蔽层和线圈层，所述电磁屏蔽层和所述线圈层安装于所述外壳内。

3.如权利要求2所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置，其特征在于：所述线圈层为电感线圈采用阵列式结构布置于PCB上。

4.如权利要求3所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置，其特征在于：所述电感线圈采用双线圈结构，采用反向绕制的方式，对磁力线回路进行约束。

5.如权利要求2所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置，其特征在于：所述电磁屏蔽层采用铁氧体材料制成。

6.如权利要求2所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置，其特征在于：所述局放信号谐振输出单元和所述局放信号谐振采集单元均采用一体注塑结构，其外壳均具备IP68防水结构。

7.如权利要求6所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置，其特征在于：所述外壳上设置有出线口，在所述出线口设置有橡胶柱塞，用于防水。

8.如权利要求1所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置，其特征在于：所述局放信号谐振输出单元安装于所述电缆铜壳灌胶口处，用于将局放信号传递到电缆外护套耐压层外。

9.如权利要求1所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置，其特征在于：所述局放信号谐振采集单元安装于电缆外护套耐压层外，且与所述局放信号谐振输出单元位置对应。

10.一种电缆接头谐振式互感局放检测方法，用于对电缆接头局放进行检测，其特征在于：包括步骤：

安装如权利要求1-9任一项所述的电缆接头谐振式互感局放检测装置；

所述电缆接头谐振式互感局放检测装置对局放信号进行检测，进行局放发生位置定位。