CN111751687A - 直流电缆局部放电与故障击穿定位系统 - Google Patents

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肖黎
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Abstract

本发明涉及电工检测技术领域，更具体地说，涉及直流电缆局部放电与故障击穿定位系统。所述系统包括：电源、传感模块、传输光纤、信号处理模块、通信模块、数据分析载体，采用一种脉冲同步技术进行局部放电与故障击穿定位，实现沿着直流电缆连接定位薄弱点，并识别每个单独位置随时间的发展。提高了直流电缆运行状态的准确预测评估能力，降低直流电缆维护技术门槛，从而使维护人员可以提前做好维护工作，减少故障带来的损失。

Description

直流电缆局部放电与故障击穿定位系统
技术领域
本发明属于电工检测技术领域，更具体地说，属于一种直流电缆局部放电与故障击穿定位系统。
背景技术
国家电网公司先后在上海、浙江舟山、福建厦门建设柔性直流输电工程，均采用了交联聚乙烯绝缘直流海底电缆，而且计划在2019年张北柔直工程中挂网试运行一段世界首个±535kV直流电缆及附件，确保这些电缆线路安全运行十分重要。随着新能源并网、海上风电的发展，未来直流电缆的应用将越来越广泛，但直流电缆的状态检测评价技术仍处于起步阶段，加快开展直流电缆状态检测技术研究，对于验证我国自主研发的直流电缆的可靠性，提升现有直流电缆的运行监测水平，保证直流电缆的安全可靠运行，保证未来使用直流电缆的新能源并网和远距离跨洲际输电的安全可靠性具有重要意义。
局部放电是直流电缆退化现象的征兆，然而在测试期间出现的局部放电在电缆正常运行期间可能不存在，从而导致对直流电缆状态的错误判断。测量局部放电的最佳测试条件是在电力电缆正常运行期间。当在一段较长的时间(几周或几个月)内每小时测量一次时，通过局部放电趋势分析对直流电缆运行状态评价成为可能。目前直流电缆局部放电与与故障击穿定位设备仍处于空白。
发明内容
本发明的的目的是提供一种对运行工况下的直流电缆进行局部放电检测，并预测并定位故障发生的位置，为直流电缆的运维检修及决策提供依据的直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，以克服现有技术的不足。
为了实现上述目的本发明所采用的技术方案是：
一种直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，包括：
电源，用于提供系统工作所需电压。
传感模块：用于发出及检测同步单元的脉冲信号，同时检测直流电缆局部放电信号；所述传感模块包括巨磁电阻传感单元、光电转换单元、同步单元，巨磁电阻传感器单元用于检测同步信号、直流电缆局部放电及故障信号以及输出电压信号。光电转换单元，用于将巨磁电阻传感单元接收到的脉冲信号转换为光信号。同步单元，用于同步多个传感模块的时间，同步单元采用脉冲同步技术的时间同步方法进行同步，同步单元可发出两个或多个脉冲。传感模块设计为钳形结构，内径大于等于待测直流电缆接地线的外径。直流电缆局部放电及故障击穿定位时，传感模块数量至少为2个。
信号处理模块：用于接收传感模块的信号、并将信号进行A/D转换，输出数字信号。信号处理模块数量与传感模块数量一一对应。
传输光纤；用于连接传感模块与信号处理模块，并传输信号。
通信模块；用于将传感模块中同步单元发出的脉冲信号与信号处理模块输出的数字信号传送到数据分析载体。典型地可采用4G、5G或电力专网通信。
数据分析载体，用于提取数字信号，获得直流电缆局部放电或故障相关参数。所述参数至少包括：局部放电位置、放电幅值、放电时间和故障位置、故障时间。数据分析载体的最少数量为1个，最多数量为传感单元的1/2。
本发明直流电缆局部放电及故障定位采用一种脉冲同步技术，同步单元由一个或多个脉冲信号源构成，脉冲信号源，用于发出一定幅值和数量(大于等于2个)的脉冲信号。同步通道由直流电缆一端接地线安装的传感模块和直流电缆金属护套与直流电缆另一端接地线安装的传感模块构成。
采用脉冲同步技术的时间同步方法包括两个步骤：时基对齐和时间校正。
(1)时基对齐：已知电缆长度L及电缆波速度v，传输时间t＝L/v，t1时刻同步单元向直流电缆一端接地线注入脉冲信号，脉冲信号通过接地线沿直流电缆金属护套到达直流电缆另一端接地线，巨磁电阻传感单元检测到脉冲信号的时刻为t2，t2＝t1+t。
(2)时间校正：当实现时基对齐时，由于信号处理模块的采样速率限制仍会导致时间游移，数据点仍然可以在时间上偏离。脉冲注入也可以用来补偿这种时间漂移。不是只注入一个脉冲来实现记录帧中只有一个时间瞬间的同步，而是可以注入两个或多个脉冲。如果注入脉冲之间的确切时间延迟已知，则记录数据中的时差可表示该时间。根据检测设备中的时钟速度，可以通过调整采样率来补偿测量时间的偏差。
以注入两个已知时间差△to的双脉冲信号为例，脉冲信号对应于多个样本真实样本频率fso。实际采样率fsm与实际测得脉冲时间差△tm校正后的关系为：
Figure BDA0002585851350000031
校正后的时间tj可表达为：
Figure BDA0002585851350000032
本发明中直流电缆局部放电及故障定位流程包括：
1.多个传感模块时间同步；
2.数据分析载体接收各个数据处理模块发送的直流电缆局部放电或故障信号时间；
3.计算直流电缆局部放电或故障点位置。
本发明中直流电缆局部放电或故障点位置计算方法：
安装在直流电缆两端接地线的传感单元分别检测到局部放电或故障脉冲波形的时刻是ta和tb。已知电缆长度L及电缆波速度v，直流电缆局部放电或故障点位置La和Lb与ta和tb的关系为：
Figure BDA0002585851350000041
Figure BDA0002585851350000042
本发明具有以下有益效果：
本发明中直流电缆局部放电与故障击穿定位系统采用钳形结构传感器，安装于直流电缆两端接地线，监测及安装不影响直流电缆正常运行，在任何期望的时间段(小时、周、年)获取数据，监测长度可长达数公里。通过采用脉冲同步技术，可实现沿着电缆连接定位薄弱点，并识别每个单独位置随时间的发展。提高了直流电缆运行状态的准确预测评估能力，降低直流电缆维护技术门槛，从而使维护人员可以提前做好维护工作，减少故障带来的损失。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明系统定位流程图；
图3本发明实施例工作时结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1～3所示，本发明所述的一种直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，包括：
电源，用于提供装置工作所需电压。本实施例中电源包括电源11、电源12、电源21、电源22，电源11为传感模块1供电，电源12为数据处理模块1供电，电源21为传感模块2供电，电源22为数据处理模块2供电。
传感模块，用于发出及检测同步模块的脉冲信号，同时检测直流电缆局部放电信号。传感模块由巨磁电阻传感单元、光电转换单元、同步单元构成。巨磁电阻传感器单元用于检测同步信号、直流电缆局部放电及故障信号，输出电压信号。光电转换单元，用于将巨磁电阻传感单元接收到的脉冲信号转换为光信号。同步单元，用于多个传感模块的时间。传感模块设计为钳形结构，内径大于等于待测直流电缆接地线的外径。本实施例中，传感模块数量为2个，分别为传感模块1与传感模块2，安装于直流电缆两端接地线上。
信号处理模块，用于接收传感模块的信号、并将信号进行A/D转换，输出数字信号。放大器信号处理模块数量与传感模块数量一一对应。本实施例中，信号处理模块数量为2个，信号处理模块1与传感模块1通过传输光纤1连接，信号处理模块2与传感模块2通过传输光纤2连接。
传输光纤，用于连接传感模块与信号处理模块，传输信号。本实施例中，传输光纤数量为2个。通信模块，用于将信号源模块发出的脉冲信号与信号处理模块输出的数字信号传送到数据分析载体。典型地可采用4G、5G或电力专网通信。本实施例中，通信模块数量为2个，通信模块1与数据处理模块1相连，通信模块2与数据处理模块2相连。
数据分析载体，用于提取数字信号，获得直流电缆局部放电或故障相关参数。所述参数至少包括：局部放电位置、放电幅值、放电时间和故障位置、故障时间。本实施例中，数据分析载体的数量为1个，通信模块1与通信模块2将信息传输到数据分析载体，进行数据分析与图形展示。
本发明实施例工作时，对直流电缆局部放电及故障定位流程包括：
1.传感模块1与传感模块2进行时间同步；
2.电源11、传感模块1、传输光纤1、电源12、数据处理模块1通过通信模块1向数据分析载体传送检测到的直流电缆一端接地线局部放电或故障信号时间ta，电源21、传感模块2、传输光纤2、电源22、数据处理模块2通过通信模块2向数据分析载体传送检测的记录接收直流电缆另一端接地线局部放电或故障信号时间tb；
3.计算直流电缆局部放电或故障点位置。
如图3所示，本发明工作时，安装在直流电缆两端接地线的传感模块1与传感模块2利用同步单元的脉冲进行时间同步；数据分析载体接收到两端数据处理模块的局部放电或故障脉冲波形的时刻是ta和tb。已知电缆长度L及电缆波速度v，直流电缆局部放电或故障点位置距A点距离La为：
Figure BDA0002585851350000061
直流电缆局部放电或故障点位置距B点距离Lb为：
Figure BDA0002585851350000062
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，其特征在于，所述系统包括：
电源：用于提供系统工作所需电压；
传感模块：用于发出及检测同步单元的脉冲信号，同时检测直流电缆局部放电信号；
信号处理模块：用于接收传感模块的信号、并将信号进行A/D转换，输出数字信号；
传输光纤；用于连接传感模块与信号处理模块，并传输信号；
通信模块；用于将传感模块中同步单元发出的脉冲信号与信号处理模块输出的数字信号传送到数据分析载体；
数据分析载体，用于提取数字信号，获得直流电缆局部放电或故障相关参数。
2.如权利要求1所述的直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，其特征在于：所述传感模块包括：
巨磁电阻传感器单元：用于检测同步信号、直流电缆局部放电及故障信号以及输出电压信号；
光电转换单元：用于将巨磁电阻传感单元接收到的脉冲信号转换为光信号；
同步单元：用于同步多个传感模块的时间，同步单元采用脉冲同步技术的时间同步方法进行同步，同步单元可发出两个或多个脉冲。
3.如权利要求1所述的直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，其特征在于：所述信号处理模块数量与传感模块数量一一对应。
4.如权利要求1所述的直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，其特征在于：所述将传感模块中同步单元发出的脉冲信号与信号处理模块输出的数字信号传送到数据分析载体的传输方式为：采用4G、5G或电力专网通信。
5.如权利要求1所述的直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，其特征在于：所述数据分析载体的最少数量为1个，最多数量为传感模块的1/2。
6.如权利要求1所述的直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，其特征在于：所述数据分析载体获得的所述相关参数包括：局部放电位置、放电幅值、放电时间和故障位置、故障时间。
7.如权利要求1所述的直流电缆局部放电与故障击穿定位系统，其特征在于：所述传感模块为钳形结构，内径大于等于待测直流电缆接地线的外径，直流电缆局部放电及故障击穿定位时，传感模块数量至少为2个。
8.利用权利要求1-7任一项所述的直流电缆局部放电与故障击穿定位系统的定位方法是：
安装在直流电缆两端接地线的传感模块分别检测到局部放电或故障脉冲波形的时刻是ta和tb。已知电缆长度L及电缆波速度v，直流电缆局部放电或故障点位置La和Lb与ta和tb的关系为：
Figure FDA0002585851340000021
Figure FDA0002585851340000022
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