CN111103515A - 一种内置式电缆局部放电检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内置式电缆局部放电检测装置及方法，用于安装在电缆接头进行电缆局部放电检测，内置式电缆局部放电检测装置包括依次连接的电容传感器、局放信号谐振输出单元、局放信号谐振采集单元和信号处理单元，局放信号谐振输出单元与局放信号谐振采集单元间无线连接，电容传感器和局放信号谐振输出单元位于电缆外护套耐压层内，局放信号谐振采集单元和信号处理单元位于电缆外护套耐压层外，局放信号谐振输出单元与局放信号谐振采集单元的位置相对应。与现有技术相比，本发明不会破坏电缆铠装电压层与大地零电压的耐压要求，能有效消除高频谐波干扰信号对检测结果的干扰，具有安全可靠、安装方便且检测结果准确等优点。

Description

一种内置式电缆局部放电检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电缆局部放电检测装置，尤其是涉及一种内置式电缆局部放电检测装置及方法。

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。

传统的电缆局部放电检测方法有脉冲电流法、振荡波检测法、高频电流法等。但是，脉冲电流法和振荡波检测法只能用于电缆离线情况下的安全检查，无法用于电缆接头的在线监测。高频电流法适合现场大规模的局部放电巡检，但是这种方法容易受外部信号干扰，难以用于实时监测。

电缆局放检测一直是电缆接头的故障判断的重要指标，常见的在电缆接头处的局放检测有HFCT(高频脉冲电流)检测和电容片局放检测。

HFCT局放检测方式的缺点比较明显，一是HFCT频率响应是一个技术瓶颈，因此不能检测更高频率的局放信号。二是HFCT安装在接头接地鞭两侧。因此受到接地线上的环流干扰，局放信号因此被掩埋在干扰信号中。

传统的内置电容式局放检测也有着明显的缺点：

缺点一：电容检测传感器的制作难以取舍，如果电容传感器覆盖的面积太小，检测放电的范围就小，因放电位置的随机性导致小型的电容传感器不能完全检测出电缆接头的放电位置；如果将电容传感器做大，覆盖面广，那么电容值也相对应增大。电缆放电量Q值一定时，电容C值越大，电压V值越小，检测设备通过检测电压值V和固定的电容值C，计算出放电量Q，当电容值C变大以后，微弱的局放信号，将不能被检查出来，所以，如何既要做大电容传感器的可覆盖面积，使得检测范围宽广、又要减小传感器的电容值是电容传感器的研究方向。

缺点二：高压电缆线路长，电流大，高频谐波多，电缆正常工作时，电缆电流谐波会对传感器造成干扰，使得有效的局放信号被淹没在电缆杂波中，如何从杂波中检测出有效的局放信号是现阶段的技术难点。

公开号为CN106980075A的发明公开了一种网状差分式电缆接头局放检测装置及方法，网状差分式电缆接头局放检测装置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于电缆接头处；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；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。

该网状差分式电缆接头局放检测装置中，信号检测单元安装在电缆接头橡胶层外、电缆铜网层内，信号处理单元有线连接信号检测单元，如此会在电缆铜网层中形成有线连接孔，破坏电缆铠装电压层与大地零电压的耐压要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不破坏电缆铜网层、安全可靠、安装方便且检测结果准确的一种内置式电缆局部放电检测装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种内置式电缆局部放电检测装置，用于安装在电缆接头进行电缆局部放电检测，所述内置式电缆局部放电检测装置包括依次连接的电容传感器、局放信号谐振输出单元、局放信号谐振采集单元和信号处理单元，所述局放信号谐振输出单元与所述局放信号谐振采集单元间无线连接，所述电容传感器和所述局放信号谐振输出单元位于电缆外护套耐压层内，所述局放信号谐振采集单元和信号处理单元位于电缆外护套耐压层外，所述局放信号谐振输出单元与所述局放信号谐振采集单元的位置相对应。通过谐振的方式将局部放电信号传输至电缆外护套耐压层外，不会破坏电缆铠装电压层与大地零电压的耐压要求。

进一步地，所述局放信号谐振输出单元安装在电缆铜壳灌胶口处，用于将局放信号传递到电缆外护套耐压层外。

进一步地，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至少一组电感线圈，所述电感线圈采用阵列式结构布置于PCB上，所述电感线圈为双线圈结构和反向绕制结构，对磁力线回路进行约束，

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的电感线圈构成互感连接。

进一步地，所述电容传感器采用柔性PCB制作，具备网状电容检测区，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的橡胶层外、铜网层内，

所述局放信号谐振输出单元内电感线圈与所述电容传感器内的网状电容检测区构成谐振电路。

进一步地，每个电缆接头处的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和所述电容传感器内的网状电容检测区数目一致，每个所述局放信号谐振输出单元内的电感线圈分别连接一个网状电容检测区和一个所述局放信号谐振采集单元内的电感线圈。

进一步地，包裹电缆接头的所述电容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。

进一步地，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还包括外壳，以及设置在外壳内的电磁屏蔽层。

进一步地，所述外壳设有出线口，该出线口设有橡胶柱塞，用于防水。

本发明还提供一种如上所述的内置式电缆局部检测装置的电缆局部放电检测方法，该方法包括以下步骤：

S1：所述电容传感器实时检测电缆的放电信号；

S2：所述局放信号谐振输出单元与所述局放信号谐振采集单元间构成谐振电路，所述局放信号谐振输出单元将电容传感器检测到的放电信号，传输到电缆外护套耐压层外的所述局放信号谐振采集单元；

S3：所述信号处理单元接收所述局放信号谐振采集单元传输的放电信号，判断电缆放电位置。

本发明还提供一种如上述的内置式电缆局部检测装置的电缆局部放电检测方法，该方法包括以下步骤：

S1：所述电容传感器实时检测电缆的放电信号；

S2：所述局放信号谐振输出单元与所述局放信号谐振采集单元间构成谐振电路，所述局放信号谐振输出单元将电容传感器检测到的放电信号，传输到电缆外护套耐压层外的所述局放信号谐振采集单元；

S3：所述信号处理单元接收所述局放信号谐振采集单元传输的放电信号，对成组的网状电容检测区的检测信号差进行处理，通过信号强度的分辨，判断电缆放电位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元，通过谐振的方式，将电缆外护套耐压层内的电容传感器检测到的局部放电信号传输到电缆外护套耐压层外，不会破坏电缆铠装电压层与大地零电压的耐压要求。

(2)本发明内置式电缆局部放电检测装置均设置在电缆接头的橡胶层外，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。

(3)本发明电容传感器网状电容检测区成组设置，信号处理单元通过检测成组电容检测区放电信号的信号差的方式，能有效消除高频谐波干扰信号对检测结果的干扰，检测结果更加准确。

(4)本发明内置式电缆局部放电检测装置，在电缆接头内置电容传感器上采用了网状结构，既增加了检测面积，也减小了电容值，并且检测装置在电缆接头硅橡胶层外与铜壳内，可以方便安装。

附图说明

图1为本发明内置式电缆局部放电检测装置的结构示意图；

图2为本发明电容传感器的平铺示意图；

图3为本发明电容传感器的安装截面示意图；

图4为本发明电容传感器的安装状态正面示意图；

图5为本发明局放信号谐振输出单元和局放信号谐振采集单元中的电感线圈示意图；

图6为本发明内置式电缆局部放电检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例为内置式电缆局部放电检测装置，用于安装在电缆接头进行电缆局部放电检测，包括电容传感器1、信号采集单元、信号处理单元4，信号采集单元为谐振式信号采集单元，包括局放信号谐振输出单元2和局放信号谐振采集单元3，局放信号谐振输出单元2与电容传感器1有线连接，局放信号谐振输出单元2与局放信号采集单元3无线连接，局放信号采集单元3与信号处理单元4有线连接。

下面对各部件进行详细介绍：

1、电容传感器1

如图2所示，电容传感器1采用柔性PCB制作，具备网状电容检测区，网状电容检测区采用的网状结构包括圆形网格结构、多边形网格结构或紧密型网格结构，紧密型网格结构的网孔面积小于1平方厘米，电容传感器内的网状电容检测区由导电材料制成，本实施例中采用的导电材料为铜。

电容传感器内有多块网状电容检测区，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电缆接头橡胶层32外、铜网层33内，制作电容传感器的柔性PCB为双层结构，其中靠近电缆橡胶层为网状电容检测区，靠近电缆铜网层为整体一片式结构11。电缆接头橡胶层32内包括电缆线芯31。

如图3和图4所示，包裹某一电缆接头的电容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。在本实施例中，电容传感器1具备4块网状电容检测区，包括第一检测区121、第二检测区122、第三检测区123和第四检测区124，其中第一检测区121和第三检测区123为一组，第二检测区122和第四检测区124为一组。

电容传感器的此种安装方式的优点在于：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(局部放电)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。电容传感器1采用柔性双层PCB制作，可以在柔性PCB外边缘加装铜网防护带，既控制电容边距，又防止柔性PCB与电缆接头的铜网绕包层接触，造成电容的改变和短路，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。

2、信号采集单元

局放信号谐振输出单元2安装于电缆铜壳灌胶口处，用于将局放信号传递到电缆外护套耐压层外，局放信号谐振采集单元3安装于电缆外护套耐压层外，并与局放信号谐振输出单元2位置对应。局放信号谐振输出单元2和局放信号谐振采集单元3均包括至少一组电感线圈，电感线圈采用阵列式结构布置于PCB上，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。局放信号谐振输出单元2内电感线圈的组数、局放信号谐振采集单元3内电感线圈的组数、电容传感器1内的网状电容检测区数目一致。局放信号谐振输出单元2内电感线圈与电容传感器1内的电容检测区构成谐振电路。局放信号谐振采集单元3内的电感线圈与电容相匹配，通过电感线圈与局放信号谐振输出单元2内的电感线圈互感，接收局放信号谐振输出单元2传递的信号。

如图5所示，在本实施例中，局放信号谐振输出单元2和局放信号谐振采集单元3均包括4组方向绕制的双线圈，分别为第一电感线圈521、第二电感线圈522、第三电感线圈523和第四电感线圈524。第一电感线圈521、第二电感线圈522、第三电感线圈523和第四电感线圈524设置于PCB版51上，且在PCB的一端具备连接端点，通过连接节点，局放信号谐振输出单元2与电容传感器的第一检测区121、第二检测区122、第三检测区123和第四检测区124分别连接，局放信号谐振采集单元3与信号处理单元连接。

因为电感线圈采用双线圈的结构，且采用反向绕制的方式，电感线圈可以对磁力线回路进行约束。磁力线局放信号谐振输出单元2中的电感线圈组中的一个线圈穿出，从电感线圈组的另一个线圈穿入，后从局放信号谐振采集单元3中的位置相对应的电感线圈组的一个线圈穿出，再从电感线圈组的另一个线圈穿入，形成闭环，由此对磁力线起到约束作用。

局放信号谐振输出单元2和局放信号谐振采集单元3均还包括外壳和电磁屏蔽层，电磁屏蔽层和设置有电感线圈的PCB安装于外壳内。电磁屏蔽层采用铁氧体材料制成。局放信号谐振输出单元2和局放信号谐振采集单元3均采用一体注塑结构，其外壳均具备IP68防水结构。外壳上设置有出线口，在出线口设置有橡胶柱塞，用于防水。

3、信号处理单元4

信号处理单元4通过局放信号谐振输出单元2和局放信号谐振采集单元3接收电容传感器1的检测信号，对成组电容检测区检测到的信号差进行处理，通过信号强度的分辨，对局放发生位置进行定位。信号处理单元4可以采用FPGA、DSP或者单片机，其对接收的局放信号进行快速傅里叶变换(FFT)和/或离散傅里叶变换(DFT)处理，得到局放信号的频域信号强度。

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，电缆谐波会对电容传感器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，信号处理单元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。

信号处理单元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。

如图6所示，本实施例还提供一种基于上述内置式电缆局部放电检测装置的一种内置式电缆局部放电检测方法，包括以下步骤：

S61：安装内置式电缆局部放电检测装置；

S62：采用内置式电缆局部放电检测装置进行局放检测；

S63：信号处理单元将局放发生位置进行上传。

具体地，步骤S2具体包括以下步骤：

S621：电容传感器检测放电信号；

S622：局放信号谐振输出单元的电感线圈与相应的电容检测区构成谐振电路；

S623：局放信号谐振采集单元的电感线圈与局放信号谐振输出单元的电感线圈互感，将局放信号传递到电缆外护套耐压层外；

S264：信号处理单元接收互感信号，采用差分的方式计算成组电容的信号差，判断局放发生的位置。

实施例2

本实施例与实施例1大体相同，不同点在于，包裹电缆接头的电容传感器内的网状电容检测区未成组设置，采用上述的内置式电缆局部检测装置的电缆局部放电检测方法包括以下步骤：

S1：电容传感器实时检测电缆的放电信号；

S2：局放信号谐振输出单元与局放信号谐振采集单元间构成谐振电路，局放信号谐振输出单元将电容传感器检测到的放电信号，传输到电缆外护套耐压层外的局放信号谐振采集单元；

S3：信号处理单元接收局放信号谐振采集单元传输的放电信号，判断电缆放电位置。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内置式电缆局部放电检测装置，用于安装在电缆接头进行电缆局部放电检测，其特征在于，所述内置式电缆局部放电检测装置包括依次连接的电容传感器、局放信号谐振输出单元、局放信号谐振采集单元和信号处理单元，所述局放信号谐振输出单元与所述局放信号谐振采集单元间无线连接，所述电容传感器和所述局放信号谐振输出单元位于电缆外护套耐压层内，所述局放信号谐振采集单元和信号处理单元位于电缆外护套耐压层外，所述局放信号谐振输出单元与所述局放信号谐振采集单元的位置相对应。

2.根据权利要求1所述的一种内置式电缆局部放电检测装置，其特征在于，所述局放信号谐振输出单元安装在电缆铜壳灌胶口处。

3.根据权利要求1所述的一种内置式电缆局部放电检测装置，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至少一组电感线圈，所述电感线圈采用阵列式结构布置于PCB上，所述电感线圈为双线圈结构和反向绕制结构，

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的电感线圈构成互感连接。

4.根据权利要求3所述的一种内置式电缆局部放电检测装置，其特征在于，所述电容传感器采用柔性PCB制作，具备网状电容检测区，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的橡胶层外、铜网层内，

所述局放信号谐振输出单元内电感线圈与所述电容传感器内的网状电容检测区构成谐振电路。

5.根据权利要求4所述的一种内置式电缆局部放电检测装置，其特征在于，每个电缆接头处的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和所述电容传感器内的网状电容检测区数目一致，每个所述局放信号谐振输出单元内的电感线圈分别连接一个网状电容检测区和一个所述局放信号谐振采集单元内的电感线圈。

6.根据权利要求4所述的一种内置式电缆局部放电检测装置，其特征在于，包裹电缆接头的所述电容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。

7.根据权利要求1所述的一种内置式电缆局部放电检测装置，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还包括外壳，以及设置在外壳内的电磁屏蔽层。

8.根据权利要求7所述的一种内置式电缆局部放电检测装置，其特征在于，所述外壳设有出线口，该出线口设有橡胶柱塞。

9.一种如权利要求1所述的内置式电缆局部检测装置的电缆局部放电检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：所述电容传感器实时检测电缆的放电信号；

S2：所述局放信号谐振输出单元与所述局放信号谐振采集单元间构成谐振电路，所述局放信号谐振输出单元将电容传感器检测到的放电信号，传输到电缆外护套耐压层外的所述局放信号谐振采集单元；

S3：所述信号处理单元接收所述局放信号谐振采集单元传输的放电信号，判断电缆放电位置。

10.一种如权利要求6所述的内置式电缆局部检测装置的电缆局部放电检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：所述电容传感器实时检测电缆的放电信号；

S2：所述局放信号谐振输出单元与所述局放信号谐振采集单元间构成谐振电路，所述局放信号谐振输出单元将电容传感器检测到的放电信号，传输到电缆外护套耐压层外的所述局放信号谐振采集单元；

S3：所述信号处理单元接收所述局放信号谐振采集单元传输的放电信号，对成组的网状电容检测区的检测信号差进行处理，判断电缆放电位置。

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