CN110045241B - 一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对高压交联海缆工厂接头的电容耦合局放检测的方法及系统，其中方法包括：利用高压海缆及所述高压交联海缆的工程接头的铜丝铠装多个电容耦合传感器；所述多个电容耦合传感器设置在周转盘海缆的外柱面和内柱面，所述周转盘海缆的外柱面和内柱面形成组合式垂直传感器阵列；在所述周转盘海缆的上表面设置多个电容耦合传感器，所述周转盘海缆的上表面形成水平传感器阵列；通过多个所述电容耦合传感器检测所述高压海缆的局放特征信号。

Description

一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方 法及系统

技术领域

本发明涉及技术高压电缆检修技术领域，更具体地，涉及一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法及系统。

背景技术

随着我国海洋经济的迅猛发展及全球能源互联网的推进，海缆线路的敷设和应用的数量逐年增加，我国沿海经济发达省份如浙江、福建、上海等地越来越多地采用海底电缆作为大陆—海岛间电能传输纽带。从结构上，海底电缆通常会用铅护套和较强的铠装(如粗圆钢丝铠装)等，以提高其抗腐蚀能力和机械强度；通常采用外护套与海水作为外部接地体，以实现运行环境下金属套和铠装层上容性电流、泄露电流的引出外泄。CIGRE TB490、TB496技术指导性文件以及国网企标Q/GDW 11281-2014规定了，交流挤包绝缘海底电缆在出厂前和敷设后需进交流耐压测试，并测量金属屏蔽电阻和导体电阻比，以考核、检验线路绝缘品质和敷设质量。以上检验测试方式存在考核判据单一、无法有效检出潜伏性或微小绝缘缺陷的不足，缺失了利用局部放电状态参量作为海底电缆绝缘缺陷检出的有效技术手段。

局部放电测试虽未列入海底电缆标准规定检测试验项目，但局部放电作为高压、超高压海底电缆线路绝缘故障早期的主要表现形式，既是引起绝缘老化的主要原因，又是表征绝缘状况的主要特征参数。若面向在运海底电缆开展局部放电检测，进一步发掘交联绝缘海底电缆本体及接头中存在的局部放电物理现象，是当前判断该电缆线路运行状态和绝缘品质的直观、理想且有效的状态检测方法。

虽然皆用于电力传输，但高压海电缆系统与高压陆缆系统存在显著差异，主要体现在内部结构、接地形式和运行环境：(1)为满足海下运行环境，从内至外在结构层上，交联海缆比交联陆缆在外护套的外面多了光单元层、内衬层、铠装层以及聚丙烯绳混合着沥青的外被层。增加光单元层用以实现海底电缆的光/电复合传输；增加内衬层用以实现光单元和铠装之间缓冲、隔垫；增加铠装层以增加现场敷设施工的机械强度；增加外被层以实现防海水腐蚀和耐施工磨损。此外，不同于交联陆缆，海缆采用铅合金作为金属护套材料，具备径向阻水能力，并能耐受海洋环境下化学腐蚀。(2)110kV及以上电压等级的高压陆缆线路均为单芯电缆。因电缆金属护套与导体中交流电流产生的磁力线相铰链，使其出现较高的感应电压，故需采取接地措施。通常，短线路(500m)陆缆的金属护层采用一端直接接地、另一端经间隙或保护电阻接地的方式；长线路(1000m以上)陆缆的金属护层则采用三相分段交叉互联两端接地的方式。由于海缆运行环境的特殊性，无法在海缆线路中间进行类似于陆缆那样的交叉换位互联布置及接地。高压单芯海缆一般较长，为了限制长距离海缆的感应电压，在铅护套和金属铠装两端实施互联直接接地，中间段的铅护套和金属铠装相互连接方式则根据实际情况和过电压工况可能采用一点短接、分段短接或者不短接。不管哪种情况，高压单芯海缆的铅护套和金属铠装都将与海水(大地)构成回流通路。(3)高压单芯交联陆缆的运行环境与通道类型紧密相关，具体可细分为直埋、排管、沟道、隧道、桥架。不管陆缆处于何种通道类型，其运行环境整体可概括为处于一个地下紧凑型密闭空间，外护套与土壤或空气直接接触。一回完整的海缆线路包含有变电站内终端区、路上段、潮间段和水下段。其中水下段在回路长度中占比最高，一般敷设于海底的海床上或海床下，而海底地质环境复杂，地震、海床塌陷、滑坡、洋流变化、海洋生物及船只抛锚，都有可能影响电缆的安全运行，因此海缆的工作环境与陆缆大不相同，其运行环境可概括为位于海底，外被层与海泥、海水直接接触。

基于上述原因，大长度在运海底电缆的局部放电检测作为电力电缆绝缘检测中技术难度最高的部分，国内外仍处于研究探索阶段，目前无任何相关文献阐述和技术成果报道。海底电缆自身的结构特点和运行环境特性，对局部放电检测提出了很高的要求。大长度海底电缆的局部放电在线监测也仅在电缆线路登陆段的户外终端处开展实施，线路中间的工程软接头(检修接头)处局部放电检测因无直接接地引出线而无法有效实施。国内外研究机构和电缆制造厂目前仍侧重于海底电缆出厂试验时离线式单端加压下测量局部放电测试方法研究，试图通过获取局部放电较低频段的特征信号来评价成盘海底电缆绝缘水平及制造质量。

因此，需要一种技术，以实现对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放进行检测。

发明内容

本发明技术方案提供一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法及系统，以解决如何对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放进行检测的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法，所述方法包括：

利用高压海缆及所述高压交联海缆的工程接头的铜丝铠装多个电容耦合传感器；

所述多个电容耦合传感器设置在周转盘海缆的外柱面和内柱面，所述周转盘海缆的外柱面和内柱面形成组合式垂直传感器阵列；在所述周转盘海缆的上表面设置多个电容耦合传感器，所述周转盘海缆的上表面形成水平传感器阵列；

通过多个所述电容耦合传感器检测所述高压海缆的局放特征信号。

优选地，多个所述电容耦合传感器检测所述高压海缆内部局放脉冲电流中100kHz-30MHz的高频分量。

优选地，包括：所述多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间在时间上同步，并与所述局放检测前级单元采用光缆以手拉手的方式连接。

优选地，包括：所述多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间时间同步精度为纳秒ns级。

优选地，包括：根据所述电容耦合传感器的图谱特征，包括：信号幅值、上升时间和频率分布判断放电源的方向、与测点的距离。

基于本发明的另一方面，提供一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的系统，所述系统包括：

设置单元，用于利用高压海缆及所述高压交联海缆的工程接头的铜丝铠装多个电容耦合传感器；所述多个电容耦合传感器设置在周转盘海缆的外柱面和内柱面，所述周转盘海缆的外柱面和内柱面形成组合式垂直传感器阵列；在所述周转盘海缆的上表面设置多个电容耦合传感器，所述周转盘海缆的上表面形成水平传感器阵列；

检测单元，用于通过多个所述电容耦合传感器检测所述高压海缆的局放特征信号。

优选地，多个所述电容耦合传感器检测所述高压海缆内部局放脉冲电流中100kHz-30MHz的高频分量。

优选地，包括：所述多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间在时间上同步，并与所述局放检测前级单元采用光缆以手拉手的方式连接。

优选地，包括：所述多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间时间同步精度为纳秒ns级。

优选地，系统还包括判断单元，用于：根据所述电容耦合传感器的图谱特征，包括：信号幅值、上升时间和频率分布判断放电源的方向、与测点的距离。

本发明技术方案提供一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法及系统，其中方法包括：利用高压海缆及高压交联海缆的工程接头的铜丝铠装多个电容耦合传感器；多个电容耦合传感器设置在周转盘海缆的外柱面和内柱面，周转盘海缆的外柱面和内柱面形成组合式垂直传感器阵列；在周转盘海缆的上表面设置多个电容耦合传感器，周转盘海缆的上表面形成水平传感器阵列；通过多个电容耦合传感器检测高压海缆的局放特征信号。本发明技术方案提出的海缆工程接头的电容耦合局放检测方法，针对500kV交联海底电缆局放的特殊性，基于“电容耦合+高频脉冲电流闭环”原理，通过高阻抗型脉冲电流转换器检出海缆及其工程接头内部的局放特征信号，并在交流耐压下采用分布式同步局放检测方式，可为大长度、大截面海底电缆运行的安全性、可靠性提供技术保障。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的海缆制造厂内高压交联海缆及其工程接头的电容耦合传感器阵列布置结构示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的基于电容耦合传感的分布式局部放电同步检测方式示意图；以及

图4为根据本发明优选实施方式的用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法流程图。本申请实施方式提出海缆工程接头的电容耦合局放检测方法，本申请利用铜丝铠装对接地电容和外披层上粘贴金属电极产生耦合检测电容，基于“电容耦合+高频脉冲电流闭环”原理，通过高阻抗型脉冲电流转换器检出海缆及其工程接头内部的局放特征信号，以解决大长度高压交联海缆及其工行接头处局部放电检测因无如陆地高压电缆的直接接地引出线而无法有效实施局放检测试验的技术难题。如图1所示，一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法，方法包括：

优选地，在步骤101：利用高压海缆及高压交联海缆的工程接头的铜丝铠装多个电容耦合传感器.

优选地，在步骤102：多个电容耦合传感器设置在周转盘海缆的外柱面和内柱面，周转盘海缆的外柱面和内柱面形成组合式垂直传感器阵列；在周转盘海缆的上表面设置多个电容耦合传感器，周转盘海缆的上表面形成水平传感器阵列。

优选地，在步骤103：通过多个电容耦合传感器检测高压海缆的局放特征信号。

优选地，多个电容耦合传感器检测高压海缆内部局放脉冲电流中100kHz-30MHz的高频分量。

优选地，包括：多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间在时间上同步，并与局放检测前级单元采用光缆以手拉手的方式连接。

优选地，包括：多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间时间同步精度为纳秒ns级。

优选地，包括：根据电容耦合传感器的图谱特征，包括：信号幅值、上升时间和频率分布判断放电源的方向、与测点的距离。

本申请实施方式提出的一种海缆工程接头的电容耦合局放检测方法，海缆制造工程内周转盘上海缆内部局放信号不仅会沿海缆路径进行传播，同时会在海缆间进行空间传播，局放信号随空间距离呈现明显衰减特性，但与电缆轴向传播距离间的关系并不显著，即离局放源空间位置越远信号越弱。因此采用如附图2所示的传感器阵列布置方式，采用外置式电容耦合法，即运用外贴电极+高阻抗型脉冲电流转换器来检测海缆内部局放脉冲电流中100kHz-30MHz的高频分量，能有效地检测到周转盘上海缆的内部局放信号。

本申请外置电容耦合传感器与海缆外表面接触面较大时可有效提高检测信号的灵敏度。本申请电容耦合传感器优化布点方式在于：在周转盘海缆的外柱面与内柱面布设传感器，形成外柱面与内柱面组合式垂直传感器阵列，同时，在周转盘海缆的上表面层安装传感器，形成上表面层水平传感器阵列，进而形成垂直与水平的空间局放检测传感器阵列，具有更优的检测灵敏度与空间局放定位效果。

图3为根据本发明优选实施方式的基于电容耦合传感的分布式局部放电同步检测方式示意图。如图3所示的基于电容耦合传感的分布式局放同步检测方式，与局放传感器连接的局放检测前级单元与单元之间在时间上严格同步，通过控制主机依据加压流程进行统一的检测操作，形成一套具有分布式同步测量网架构的局放检测系统。局放检测前级单元之间采用光缆以手拉手的方式相互连接，系统通过光纤环网实现局放海量数据的传输和远程控制。所有局放检测前级单元实现同步测量的时间同步精度应达到纳秒ns级。局放检测控制主机安装在耐压试验系统的主变频柜控制室内，实现分布式局放检测与加压操作同步执行。主机通过光缆盘与靠近海缆试验终端的局放检测前级单元相连。在控制主机局放检测主界面上每个局放传感器测点对应的放电图谱独立、同步显示，并执行检测数据流的后台存储记录，可进一步提升耐压时长内局放检测效率，便于后续异常信号的类型判别分析。

本申请周转盘上海缆内部异常信号初定位在于：根据不同传感器异常放电信号图谱特征，尤其是信号幅值、上升时间、频率分布等可初步判断放电源来自于哪一个方向，距离测点附近还是远离测点，可以大致确定放电源的大概位置。

本申请提出的海缆工程接头的电容耦合局放检测方法，可利用高压交联海缆及其工程接头的铜丝铠装对接地电容和外披层上粘贴金属电极产生耦合检测电容，基于“电容耦合+高频脉冲电流闭环”原理通过高阻抗型脉冲电流转换器检出海缆内部的局放特征信号。在海缆制造企业内周转盘上海缆的外柱面与内柱面布设传感器，形成外柱面与内柱面组合式垂直传感器阵列，同时，在周转盘海缆的上表面层安装传感器，形成上表面层水平传感器阵列，进而形成垂直与水平的空间局放检测传感器阵列，具有更优的检测灵敏度与空间局放定位效果。

图4为根据本发明优选实施方式的用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的系统结构图。如图4所示，一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的系统，系统包括：

设置单元401，用于利用高压海缆及高压交联海缆的工程接头的铜丝铠装多个电容耦合传感器；多个电容耦合传感器设置在周转盘海缆的外柱面和内柱面，周转盘海缆的外柱面和内柱面形成组合式垂直传感器阵列；在周转盘海缆的上表面设置多个电容耦合传感器，周转盘海缆的上表面形成水平传感器阵列；

检测单元402，用于通过多个电容耦合传感器检测高压海缆的局放特征信号。

优选地，多个电容耦合传感器检测高压海缆内部局放脉冲电流中100kHz-30MHz的高频分量。

优选地，包括：多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间在时间上同步，并与局放检测前级单元采用光缆以手拉手的方式连接。

优选地，包括：多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间时间同步精度为纳秒ns级。

优选地，还包括判断单元，用于：根据电容耦合传感器的图谱特征，包括：信号幅值、上升时间和频率分布判断放电源的方向、与测点的距离。

本申请提出的用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的系统，针对500kV交联海底电缆局放的特殊性，基于“电容耦合+高频脉冲电流闭环”原理，通过高阻抗型脉冲电流转换器检出海缆及其工程接头内部的局放特征信号，并在交流耐压下采用分布式同步局放检测方式，可为大长度、大截面海底电缆运行的安全性、可靠性提供技术保障。

本发明优选实施方式的用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的系统400与本发明优选实施方式的用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法100相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (8)

1.一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的方法，所述方法包括：

利用高压海缆及所述高压交联海缆的工程接头的铜丝铠装设置多个电容耦合传感器；

所述多个电容耦合传感器设置在周转盘海缆的外柱面和内柱面，所述周转盘海缆的外柱面和内柱面形成组合式垂直传感器阵列；在所述周转盘海缆的上表面设置多个电容耦合传感器，所述周转盘海缆的上表面形成水平传感器阵列；

通过多个所述多个电容耦合传感器检测所述高压海缆的局放特征信号，包括：所述多个电容耦合传感器检测所述高压海缆内部局放脉冲电流中100kHz-30MHz的高频分量。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：所述多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间在时间上同步，并与所述局放检测前级单元采用光缆以手拉手的方式连接。

3.根据权利要求2所述的方法，包括：所述多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间时间同步精度为纳秒ns级。

4.根据权利要求1所述的方法，包括：根据所述电容耦合传感器的图谱特征，包括：信号幅值、上升时间和频率分布判断放电源的方向、与测点的距离。

5.一种用于对高压交联海缆工程接头的电容耦合局放检测的系统，所述系统包括：

设置单元，用于利用高压海缆及所述高压交联海缆的工程接头的铜丝铠装设置多个电容耦合传感器；所述多个电容耦合传感器设置在周转盘海缆的外柱面和内柱面，所述周转盘海缆的外柱面和内柱面形成组合式垂直传感器阵列；在所述周转盘海缆的上表面设置多个电容耦合传感器，所述周转盘海缆的上表面形成水平传感器阵列；

检测单元，用于通过所述多个电容耦合传感器检测所述高压海缆的局放特征信号，包括：所述多个电容耦合传感器检测所述高压海缆内部局放脉冲电流中100kHz-30MHz的高频分量。

6.根据权利要求5所述的系统，包括：所述多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间在时间上同步，并与所述局放检测前级单元采用光缆以手拉手的方式连接。

7.根据权利要求6所述的系统，包括：所述多个电容耦合传感器与局放检测前级单元之间时间同步精度为纳秒ns级。

8.根据权利要求5所述的系统，还包括判断单元，用于：根据所述电容耦合传感器的图谱特征，包括：信号幅值、上升时间和频率分布判断放电源的方向、与测点的距离。

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