CN111830375B - 一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置及方法 - Google Patents

一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置及方法,包括高频电流传感器、相位传感器、信号采集单元、信号传输单元及检测装置;高频电流传感器、相位传感器布置于电缆A、B、C三相处,并通过信号采集单元、信号传输单元与检测装置通信;高频电流传感器用于获取A、B、C三相的放电脉冲电流信号;相位传感器用于获取放电脉冲电流信号的电流幅值及对应的相位;信号采集单元用于判断是否存在某相放电脉冲电流信号的电流幅值明显大于其他两相的情况,若是,判定存在局部放电;信号传输单元将传感器采集到的数据传输至检测装置;检测装置用于确定缺陷类型及对缺陷位置进行定位。本发明能够实现对高压电缆的在线监测及故障定位。

Description

一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置及方法
技术领域
本发明属于电力电缆绝缘监测技术领域,尤其涉及一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置及方法。
背景技术
电力电缆的绝缘发生损坏时,会产生一系列的物理上和化学上的变化,例如伴随局放信号产生的电磁波辐射、温度的变化以及超声波等现象,这些现象也可以作为局部放电信号的判据。目前对于电缆绝缘的劣化以及电缆接头内部故障产生的局部放电相关研究方法主要分为两大类,一类是非电气测试法,这一类方法主要通过非电气参数对电缆接头局部放电过程进行研究,目前主要有超声波检测法以及温度监测法等方法;另一类为电气测试法,主要通过对电气相关参数对其进行研究,例如电磁耦合法、差分法等。目前,各类状态量的检测方法已用在的电力电缆的带电检测,而用于在线监测的还较少。
相对于带电检测而言,在线监测有一定的优势。第一,在线监测方法不需要断开电缆线路的开关以及回路,因此不会影响到输电系统的正常工作。第二,在进行电缆在线监测的过程中,一般只在电缆的接头进行接地测试,实验过程不会对电缆本身结构造成较大影响,并且不会对电缆运行环境造成负面影响;第三,当监测长度较长的电缆线路时,只需要增加测点即可起到全线路的在线监测的目的,并且在通信上不需要使用额外的通信检测电缆,采用无线通信。
另外,故障定位对于准确掌握电缆的状态至关重要。目前已有应用的温度监测、接地电流监测等方式往往不能对绝缘类缺陷进行准确定位。
综述所述,以上检测方法多用于电缆带电检测,仅在电缆出现某方面缺陷后用于在线监测,实时掌握电缆状态。在线监测的现场实际利用率较低,且大多不具备绝缘类缺陷精确定位功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置及方法,实现对高压电缆的在线监测及故障定位。
本发明提供了一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置,包括高频电流传感器、相位传感器、信号采集单元、信号传输单元及检测装置;所述高频电流传感器、相位传感器布置于电缆A、B、C三相处,并通过所述信号采集单元、信号传输单元与所述检测装置通信;
所述高频电流传感器用于在A、B、C三相任意一相脉冲触发下获取A、B、C三相的放电脉冲电流信号,并经同轴电缆将所述放电脉冲电流信号送至所述信号采集单元;
所述相位传感器用于获取放电脉冲电流信号的电流幅值及对应的相位,并经同轴电缆将电流幅值信号送至所述信号采集单元;
所述信号采集单元用于判断是否存在某相放电脉冲电流信号的电流幅值明显大于其他两相的情况,若是,判定存在局部放电;若否,则判定为干扰信号;
所述信号传输单元用于当判定结果为局部放电时,将传感器采集到的数据传输至所述检测装置;
所述检测装置用于通过数据分析及处理得到用于确定缺陷类型的相关图谱,并将所述相关图谱与缺陷放电典型图谱进行对比,通过对局部放电信号的测量、放电信号特征提取、分类和特征指纹库比对分析判断是否为真实的放电信号并确定缺陷类型;及
根据单个脉冲电流的起始沿方向,判断局放信号相别,并通过调取电缆两端接头的放电脉冲信息,采用时差定位方法,对缺陷位置进行定位。
进一步地,所述检测装置得到的相关图谱包括PRPD谱图、TF时频图。
进一步地,所述高频电流传感器采用镍-锌铁氧体软磁材料制成,所述高频电流传感器屏蔽壳材料采用铝合金,屏蔽壳的最外层进行氧化处理。
进一步地,所述信号传输单元采用光纤传输信号。
进一步地,所述信号传输单元采用多端同步高速电信号采样系统。
本发明还提供了一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测方法,包括:
步骤1,在A、B、C三相任意一相脉冲触发下获取A、B、C三相的放电脉冲电流信号;
步骤2,获取放电脉冲电流信号的电流幅值及对应的相位;
步骤3,判断是否存在某相放电脉冲电流信号的电流幅值明显大于其他两相的情况,若是,判定存在局部放电;若否,则判定为干扰信号;
步骤4,当判定结果为局部放电时,通过数据分析及处理得到用于确定缺陷类型的相关图谱,并将所述相关图谱与缺陷放电典型图谱进行对比,通过对局部放电信号的测量、放电信号特征提取、分类和特征指纹库比对分析判断是否为真实的放电信号并确定缺陷类型;
步骤5,根据单个脉冲电流的起始沿方向,判断局放信号相别,并通过调取电缆两端接头的放电脉冲信息,采用时差定位方法,对缺陷位置进行定位。
借由上述方案,通过可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置及方法,能够实现对高压电缆的在线监测及故障定位。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1是本发明可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置的结构示意图;
图2是本发明可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置的一应用实例;
图3是本发明可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置的监测流程图;
图4是本发明高频电流传感器拾取脉冲电流信号接线示意图;
图5是本发明局放信号相别判断示意图;
图6是本发明对缺陷位置进行定位接线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
参图1所示,本实施例提供了一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置,包括高频电流传感器10、相位传感器20、信号采集单元30、信号传输单元40及检测装置50;高频电流传感器10、相位传感器20布置于电缆A、B、C三相处,并通过信号采集单元30、信号传输单元40与检测装置50通信;
高频电流传感器10用于在A、B、C三相任意一相脉冲触发下获取A、B、C三相的放电脉冲电流信号,并经同轴电缆将放电脉冲电流信号送至信号采集单元30;
相位传感器20用于获取放电脉冲电流信号的电流幅值及对应的相位,并经同轴电缆将电流幅值信号送至信号采集单元20;
信号采集单20元用于判断是否存在某相放电脉冲电流信号的电流幅值明显大于其他两相的情况,若是,判定存在局部放电;若否,则判定为干扰信号;
信号传输单元40用于当判定结果为局部放电时,将传感器采集到的数据传输至检测装置50;
检测装置50用于通过数据分析及处理得到用于确定缺陷类型的相关图谱,并将相关图谱与缺陷放电典型图谱进行对比,通过对局部放电信号的测量、放电信号特征提取、分类和特征指纹库比对分析判断是否为真实的放电信号并确定缺陷类型;及
根据单个脉冲电流的起始沿方向,判断局放信号相别,并通过调取电缆两端接头的放电脉冲信息,采用时差定位方法,对缺陷位置进行定位。
通过该可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置,能够实现对高压电缆的在线监测及故障(缺陷)定位。
参图2所示,在一具体实施例中,电缆在线监测装置各部件的布置方式及功能如下:
1、高频电流传感器(HFCT):高频电流传感器采用镍-锌(Ni-Zn)铁氧体软磁材料,其具有矫顽力低、磁导率高等优势。镍-锌(Ni-Zn)铁氧体性能参数见表1。
表1镍-锌(Ni-Zn)铁氧体性能参数
Figure BDA0002565621970000041
镍-锌铁氧体材料在100kHz-200MHz的频谱区域,具有较高的饱和磁通密度和初始磁导率。电力电缆现场局放信号的频谱大多在几十KHz到几百MHz的范围内,因此镍-锌软磁铁氧体材料适合制作高频电流局部放电传感器。在高频电流传感器的镍-锌铁氧体磁芯外部加装屏蔽壳体,以减小杂散磁场对测试精度的影响。屏蔽壳的材料选择铝合金,屏蔽壳的最外层进行氧化处理。高频传感器的形状设计为两个半圆形,两个半圆形的内侧开一条2mm宽的缝隙。
2、相位CT(相位传感器)
选择福禄克i2000Flex电流探头作为工频相位的单元的传感器,该传感器参数如表2所示。具有三个工作档位(100mV/10mV/1mVperA),可满足最大2000A的交流电流测量需求。
表2工频相位单元电流探头参数表
Figure BDA0002565621970000051
电流探头可环绕直径不超过178mm的电缆,对其电流幅值及相位进行测量,相位测量精度<±1%(45-65Hz),可满足电缆局部放电绘制谱图的需求。
3、信号采集单元:实现采集、数字化预处理、通讯、控制功能。
4、信号传输单元:采用光纤传输,将采集的信号传输至主机。
信号传输单元采用多端同步高速电信号采样系统,包含1个从采样分系统,1个主采样分系统。从采样系统实现对高压电缆一端三相屏蔽接地线上高频局放信号的采样,并通过光纤把采样数据传给主采样分系统,主采样分系统实现对高压电缆另一端三相屏蔽接地线上高频局放信号的采样,同时实现主采样分系统和从采样分系统之间的同步,并且读取从采样分系统的数据,主采样分系统通过千兆网口和就地单板工控机相连,由就地单板工控机实现数据分析,存储和后台服务器通信的功能。
具体技术要求如下:
(1)采样板数量为32块,各采样板同步精度优于15ns。
(2)各块采样板物理距离大于100m,通过光纤实现同步及采样数据传输。
(3)每块采样板实现4个电信号模拟通道的高速同步采样,模拟通道带宽不小于20MHz,AD采样精度不低于12位,每个通道采样率不低了100MHz/s,最大采样深度不低于128MPoint/Ch,板上内存不低了1GB。
(4)每块采样板有一个千兆以太网口、一个SFP+接口的单模光模块。
(5)每块采样板工作电源电压DC12V~DC50V。
(6)采样系统工作环境温度范围-30℃~70℃,海拔不小于3000米。
(7)采样系统工作电源电压AC110V~AC220V。
5、主机(检测装置):实现数据实时汇总,实现电缆设备监测数据的汇总和集中显示、分析。
参图3所示,该电缆在线监测装置通过数据处理生成PRPD谱图、TF时频图等各类谱图,进而结合特征指纹库来确定被检测电缆中所存在的缺陷类型,具体流程如下:
1)确认传感器状态。保证高频电流传感器、相位传感器、采集单元安装正确,准备开始对待检测电缆进行局部放电检测试验。其中高频电流传感器获取流经电缆本体、接地线内的放电脉冲电流信号,并经由同轴电缆将信号送至就地信号采集单元,具体接线如图4所示。
2)开始检测。通过外部触发信号对处于ABC三相的高频电流传感器(HFCT)进行脉冲触发,从而使三个HFCT能够同时开始工作。
3)ABC三相的高频电流传感器全部启动后,信号采集单元实时采集信号,若三个高频电流传感器接收到的脉冲信号幅值相差不大,则可以将其视为干扰,继续对波形数据进行采集;若其中存在某相脉冲信号幅值明显大于其他两相的情况,则可认为该相存在局部放电。
4)确定是局部放电后,开始对采集到的数据进行分析和处理。对数据分析和处理可以得到PRPD谱图、TF时频图等各类谱图并确定缺陷的位置。
5)对比系统数据库中各类型缺陷放电的典型图谱,通过对局部放电信号的测量、放电信号特征提取、分类和特征指纹库比对分析判断是否为真实的放电信号并确定缺陷类型。
6)缺陷定位:
根据单个脉冲电流的起始沿方向,判断局放信号是从哪一相电缆传出的。如图5所示。A、B、C三相的高频电流传感器采集的脉冲信号波形分别用对应于通道1、通道3、通道2(实际定位中也可用红色、蓝色、灰色区分通道1、通道3、通道2对应的波形)。图中显示B相脉冲电流上升沿方向与A、C相脉冲相反,说明局放信号是从B相电缆传出的。
确定故障相后,调取电缆两端接头的放电脉冲信息,采用时差定位原理,对缺陷位置进行定位,信号的传输基于4G网络,具体接线如图6所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置,其特征在于,包括高频电流传感器、相位传感器、信号采集单元、信号传输单元及检测装置;所述高频电流传感器、相位传感器布置于电缆A、B、C三相处,并通过所述信号采集单元、信号传输单元与所述检测装置通信;
所述高频电流传感器用于在A、B、C三相任意一相脉冲触发下获取A、B、C三相的放电脉冲电流信号,并经同轴电缆将所述放电脉冲电流信号送至所述信号采集单元;
所述相位传感器用于获取放电脉冲电流信号的电流幅值及对应的相位,并经同轴电缆将电流幅值信号送至所述信号采集单元;
所述信号采集单元用于判断是否存在某相放电脉冲电流信号的电流幅值明显大于其他两相的情况,若是,判定存在局部放电;若否,则判定为干扰信号;
所述信号传输单元用于当判定结果为局部放电时,将传感器采集到的数据传输至所述检测装置;
所述检测装置用于通过数据分析及处理得到用于确定缺陷类型的相关图谱,并将所述相关图谱与缺陷放电典型图谱进行对比,通过对局部放电信号的测量、放电信号特征提取、分类和特征指纹库比对分析判断是否为真实的放电信号并确定缺陷类型;及
根据单个脉冲电流的起始沿方向,判断局放信号相别,并通过调取电缆两端接头的放电脉冲信息,采用时差定位方法,对缺陷位置进行定位;
所述检测装置得到的相关图谱包括PRPD谱图、TF时频图;
所述高频电流传感器采用镍-锌铁氧体软磁材料制成,所述高频电流传感器屏蔽壳材料采用铝合金,屏蔽壳的最外层进行氧化处理;所述高频电流传感器的形状为两个半圆形,两个半圆形的内侧开一条2mm宽的缝隙;
所述信号传输单元采用多端同步高速电信号采样系统;
所述相位传感器具有三个工作档位:100mV/10mV/1mVperA,在45-65HZ工作条件下,相位精度<±1%,满足电缆局部放电绘制图的要求;
所述信号采集单元采样板数量为32块,各采样板同步精度优于15ns,模拟通道带宽不小于20MHz,每个通道采样率不低于100MHz/s,最大采样深度不低于128Mpoint/Ch,内存不低于1GB。
2.根据权利要求1所述的可定位绝缘缺陷的电缆在线监测装置,其特征在于,所述信号传输单元采用光纤传输信号。
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