CN112630585A - 一种配电电缆局部放电带电检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种配电电缆局部放电带电检测系统及检测方法，检测方法包括如下步骤：对待测电缆进行标定测试，获得信号在该电缆中的传播速度和衰减系数；对获取的局部放电混合信号，采用第二代小波变换降噪方法进行去噪处理，提取局部放电信号；获取局部放电信号，识别局部放电信号的强度；提取的局部放电信号的特征数据以及局部放电信号的强度，采用支持向量机对局部放电类型进行识别。提出了基于4G通讯技术的电缆双端带电检测方案，基于双端脉冲同步技术的局放定位方案，解决了局放精确定位问题，采用基于第二代小波变换降噪方法，解决了电缆在线噪声的问题。

Description

一种配电电缆局部放电带电检测系统及检测方法

技术领域

本公开涉及电力系统相关技术领域，具体的说，是涉及一种配电电缆局部放电带电检测系统及检测方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

我国大城市的配电网络中安装有大量的地下电缆。作为城市电网的直接拥有者和经营管理者，电力公司一直以来在持续地努力，满足用户对高供电可靠性、高质量的要求和期待。近些年来，电网公司相继引进多种国外成熟的先进工具用于配网电缆的运维工作中,例如：电缆局放检测的振荡波测试设备OWTS，取得了一定的成效。然而，在不停电状态下，通过局部放电测试发现并定位绝缘缺陷，指导运维人员及时排除故障隐患，依然是电力公司首选的运维方式。

目前，国内部分电网公司开展配电电缆局部放电带电/在线检测相关的技术研究，国内许多厂家也开发了相应的设备，同样也引进了部分国外的先进设备，但大量实际应用表明，现有得配电电缆在线/带电检测装置得有效性非常不理想，未能取得良好的应用效果。分析导致这一现象得主要有一下几个原因：

一、定位问题:目前的电缆在线/带电检测设备不具备精确定位能力，即使发现明显放电现象，不能准确区分局部放电是源自于电缆还是沿线设备，即使确定放电来自于电缆，没有精确的位置信息，运维人员也很难进行维修。

二、噪声问题:现有的电缆在线/带电检测设备不具备强噪声情况下的局部放电检测，但是随着智能电网发展，电力电子器件不断接入电网，新能源设备不断接网，与局部放电属于同种类型的脉冲噪声的噪声水平甚至高达几百毫伏。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种配电电缆局部放电带电检测系统及检测方法，能够实现局部放电的准确检测和位置定位，同时能够识别局部放电的放电类型。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种配电电缆局部放电带电检测方法，包括如下步骤：

对待测电缆进行标定测试，获得信号在该电缆中的传播速度和衰减系数；

对获取的局部放电混合信号，采用第二代小波变换降噪方法融合进行去噪处理，提取局部放电信号；

获取局部放电信号，识别局部放电信号的强度；

提取的局部放电信号的特征数据以及局部放电信号的强度，采用支持向量机对局部放电类型进行识别。

一个或多个实施例提供了一种配电电缆局部放电带电检测系统，包括至少两台便携式局部放电检测设备，固定设置在待检测电缆两端的脉冲发射装置以及电流检测传感器，所述电流检测传感器的连接传感器引线,脉冲发射装置连接控制线,所述传感器引线和控制线分别与便携式局部放电检测设备可拆卸连接；设置在同一待测电缆两端的局部放电检测设备之间通过无线通信连接；还包括云端，所述云端分别与局部放电检测设备无线通信连接，所述云端执行上述的一种配电电缆局部放电带电检测方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开通过对待测电缆进行标定测试，结合EC能量准则到达时间综合算法能够准确过滤同种类型的脉冲噪声，解决了电缆在线噪声的问题。

(2)本公开通过双端脉冲同步技术的局放定位方案，解决了局放精确定位问题。三芯配电电缆的屏蔽层在两端通过接地线连接电站的接地网。电缆中发生的局部放电沿着电缆传播到两端，部分局部放电脉冲电流会经由屏蔽的接地线流入地网。采用高频电流互感器可以拾取该脉冲电流，可检测局部放电活动；为了进一步确定电缆中局部放电发生的位置(相距电缆两端的电缆长度)，需要在电缆两端同时开展测量工作，通过记录两端的脉冲序列信号并进行时域分析，可以确定局部放电发生的位置。

(3)本公开设置了脉冲发射装置和可移动设置的便携式局部放电检测设备，在进行局部放电检测时可以携带检测设备对电缆分段逐一检测，可以减少便携式局部放电检测设备的设置数量，减少设置成本，设置在两端的局部放电检测设备通过无线通信实现两个设备的同步。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的配电电缆局部放电带电检测的整体框架图

图2是本公开实施例1的检测系统设置示意图；

图3是本公开实施例1的检测系统的物联网架构示意图；

图4是本公开实施例1的电流检测传感器的具体设置示意图；

图5是本公开实施例1的检测系统4G网络结构；

图6是本公开实施例2的方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种配电电缆局部放电带电检测系统,包括至少两台便携式局部放电检测设备，固定设置在待检测电缆两端的脉冲发射装置以及电流检测传感器，所述电流检测传感器的连接传感器引线,脉冲发射装置连接控制线,所述传感器引线和控制线分别与便携式局部放电检测设备可拆卸连接；设置在同一待测电缆两端的局部放电检测设备之间通过无线通信连接。

本实施例设置了脉冲发射装置和可移动设置的便携式局部放电检测设备，在进行局部放电检测时可以携带检测设备对电缆分段逐一检测，可以减少便携式局部放电检测设备的设置数量，减少设置成本，设置在两端的局部放电检测设备通过无线通信实现两个设备的同步。

可选的，电流检测传感器可以采用高频电流互感器HFCT，具体的，将高频电流互感器开口检测端设置在电缆两端的接地线上。

可选的，脉冲发射装置可以为脉冲发射器，将脉冲发射器的同步注入单元连接至待测电缆两端的接地线上。

可选的，电流检测传感器和脉冲发射装置分别设置在电缆两端的配电开关处，电流检测传感器的传感器引线以及脉冲发射装置的控制线分别引到配电开关的仪表仓。配电开关可以为环网柜、开关柜等。

具体的，设置方式如图4所示，传感器引线和控制线通过开关柜或环网柜的走线槽连接到仪表仓的接线插座上，当使用电缆带电检测设备对该开关柜或环网柜对应的电缆时，打开仪表仓，将传感器引线连接到移动式便携主机，然后开展检测工作。

将引线分别设置在仪表箱可以提高安全性，在维护人员进行检测时，可以直接通过引线连接便携式局部放电检测设备，不进行检测的时间内，可以将引线进行保护，避免损坏同时避免漏电引发危险。

进一步的，还包括云端，所述设置在待测电缆两端的便携式局部放电检测设备分别连接至云端。

具体的，整体上，可以采用物联网架构，如图3所示，多个便携式局部放电检测设备作为节点，分别通过网关连接至控制中心。可选的无线通信方式可以采用4G无线通信方式，在便携式局部放电检测设备上设置4G无线通信模块。

基于4G网络的通讯方式可以如图5所示，便携式局部放电检测设备通过 4G基站以及4G控制器连接至4G网络，通过4G网络连接至云端，云端可以将数据传输至控制终端。

为了达到现场检测双端数据通讯及电网管理人员对检测结果的实时把控，采用如图3所示的物联网架构作为电缆双端带电检测的物联网架构，保证双端数据共享的前提下，实现远程云平台及应用层(高级技术人员或电网管理人员) 指导现场操作。通讯方式选择4G通讯方式，其数据传输能力强，室内信号良好。

具体的设置方式，本实施例中，可以如图2所示，配电电缆的屏蔽层在两端通过接地线连接电站的接地网。电缆中发生的局部放电沿着电缆传播到两端，部分局部放电脉冲电流会经由屏蔽的接地线流入地网。采用高频电流互感器可以拾取该脉冲电流，可检测局部放电活动；主机包括：(1)高频电流传感(A 端)；(2)脉冲发射器注入单元(A端)；(3)信号调理、采集及处理系统 (A端)。辅机包括：(4)高频电流传感器(B端)；(5)脉冲注入单元(B端)；

上述检测系统的使用方法：电网运维人员或服务公司人员定期携带两台移动便携式检测设备逐一对每条电缆进行局部放电检测及绝缘状态评估。两台移动便携式检测设备分为一主一从，主要由主设备进行操作，通过4G网络实现对从设备的控制及数据提取，进而进行局部放电精确定位及危险性评估。

实施例2

本实施例还提供一种配电电缆局部放电带电检测方法，如图6所示，包括如下步骤：

步骤1、对待测电缆进行标定测试，获得信号在该电缆中的传播速度和衰减系数；

步骤2、对获取的局部放电混合信号，采用第二代小波变换降噪方法融合进行去噪处理，提取局部放电信号；

步骤3、获取局部放电信号，识别局部放电信号的强度；

步骤4、提取的局部放电信号的特征数据以及局部放电信号的强度，采用支持向量机对局部放电类型进行识别。

本实施例通过对待测电缆进行标定测试，结合第二代小波变换降噪方法能够准确过滤同种类型脉冲噪声，解决了电缆在线噪声的问题。

进一步地，还包括对局部放电位置的判断的步骤，具体如下：

步骤5、获取待测电缆一端A的检测设备检测到的放电信号的第一时间t1，获取另一端B获得该放电信号的第二时间t2；

步骤6、通过标定测试获得的传播速度和电缆全长度信号传播时间，计算局部放电的位置。其中，电缆全长度信号传播时间，即为将信号从电缆一端传播至另一端的所需要的时间。

以A端为参考，局部放电位置为距离A端的长度x，具体的计算公式可以如下:

x＝(T+t1-t2)v/2

其中，T为电缆全长度信号传播时间的两倍；v为信号在待测电缆中的传播速度。

在一些实施例中，步骤1中，可以采用双端脉冲同步方法对待测电缆进行标定测试，具体的方法如下：

步骤11、控制待测电缆第一端A的脉冲发射器发射第一发射脉冲；

可设置的，该脉冲幅值为Vc，注入电荷为Qc；

步骤12、获取待测电缆第二端B接收到第一发射脉冲的时间，并在接收第一发射脉冲的瞬间控制第二端B的脉冲发射器发射第一反射脉冲；其中所述待测电缆第一端和第二端为待测电缆的两端；

步骤13、获取待测电缆第一端A接收到第一反射脉冲的时间；

步骤14、根据待测电缆的实际长度计算信号在电缆内的传播速度；

传播速度的计算公式，可以为：

其中，l为待测电缆的实际长度，T为待测电缆第一端A端发射第一发射脉冲和接收到第一反射脉冲时间间隔T。

步骤15、根据发射信号的幅值和接收到发射信号的幅值，计算电缆的高频衰减系数α。其中，衰减系数为接收到原发射信号的信号幅值与原发射信号的幅值的差值与原发射信号幅值的比值。

本实施例通过双端脉冲同步技术的局放定位方案，解决了局放精确定位问题，下面以具体的示例进行说明。

一)AB之间线路传播特性的测试：

a)设两点相距l，在A端，控制单元启动脉冲发射器产生和发射一个脉冲，脉冲的幅值为Vc，注入电荷为Qc，该脉冲沿电路传播至B；

b)B端的脉冲接收单元收到一个脉冲，可根据检测幅值确定电缆的高频衰减系数α，并立即启动脉冲发射器反射一个脉冲；

c)A端的脉冲接收装置收到B的反射脉冲；

d)A端测得发射脉冲和反射脉冲时间间隔为T。这样脉冲沿整个线路的单向播时间可知为T/2，传播速度v＝2l/T；

二)局部放电脉冲位置的判断局部放电在某时刻发生，脉冲向电缆两端传播。根据A端信号采集所记录的波形，传感器A在时间t1接收到第一个脉冲，传感器B在时间t2接收到这个脉冲，则局部放电发生的位置x(距离A端)；

三)局部放电强度的评估在首端由脉冲发射器注入已知电荷的脉冲来标定，可推测实际放电量；

四)局部放电类型的识别根据放电脉冲的重复性、极性、频谱特性、波形特征及相位特征等信息，采用支持向量机模式识别技术对放电类型进行判定。

步骤3中，获取局部放电信号，识别局部放电信号的强度的方法，具体为，根据获得的衰减系数和局部放电信号的位置，计算实际放电量，即为局部放电信号的强度。

获取局部放电信号，识别局部放电信号的强度，具体的步骤如下：

步骤31、根据获得的固定频率下的衰减系数α和放电点位置x，根据高斯函数模拟局部放电脉冲的脉宽表达式，计算放电脉冲的时间因子σ；

步骤32、根据高斯函数模拟局部放电脉冲的幅值表达式，计算原始的局放放电量。

具体的，局部放电信号的强度，根据高斯函数模拟局部放电脉冲的脉宽表达式，即脉宽随传输距离x的变化，具体为：

根据高斯函数模拟局部放电脉冲的幅值表达式，具体为：

其中，L为局部信号发生的位置，σ为放电脉冲的时间因子，α为电缆的高频衰减系数，Z是电缆的阻抗，Q值电缆电感的品质因数。

电缆电感的品质因数是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。

步骤4中，所述局部放电信号的特征数据包括放电脉冲的重复性、极性、频谱特性、波形特征及相位特征等，可采用第二代小波变换降噪方法融合EC能量准则到达时间综合算法进行去噪处理，也可以采用基于第二代小波变换降噪方法进行去噪。

本实施例通过采用基于第二代小波变换降噪方法能够有效去除噪声，解决了电缆在线噪声的问题。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种配电电缆局部放电带电检测方法，其特征是，包括如下步骤：

对待测电缆进行标定测试，获得信号在该电缆中的传播速度和衰减系数；

对获取的局部放电混合信号，采用第二代小波变换降噪方法融合进行去噪处理，提取局部放电信号；

获取局部放电信号，识别局部放电信号的强度；

提取的局部放电信号的特征数据以及局部放电信号的强度，采用支持向量机对局部放电类型进行识别。

2.如权利要求1所述的一种配电电缆局部放电带电检测方法，其特征是：还包括对局部放电位置的判断的步骤，具体如下：

获取待测电缆一端的检测设备检测到的放电信号的第一时间，获取另一端获得该放电信号的第二时间；

通过标定测试获得的传播速度、电缆全长度信号传播时间、第一时间和第二时间，计算局部放电的位置。

3.如权利要求1所述的一种配电电缆局部放电带电检测方法，其特征是：获取局部放电信号，识别局部放电信号的强度，具体的步骤如下：

根据衰减系数α和放电点位置x，根据高斯函数模拟局部放电脉冲的脉宽表达式，计算放电脉冲的时间因子σ；

根据高斯函数模拟局部放电脉冲的幅值表达式，计算原始的局放放电量。

4.如权利要求1所述的一种配电电缆局部放电带电检测方法，其特征是：采用双端脉冲同步方法对待测电缆进行标定测试，具体的方法如下：

控制待测电缆第一端的脉冲发射器发射第一发射脉冲；

获取待测电缆第二端接收到第一发射脉冲的时间，并在接收第一发射脉冲的瞬间控制第二端的脉冲发射器发射第一反射脉冲；

获取待测电缆第一端A接收到第一反射脉冲的时间；

根据待测电缆的实际长度计算信号在电缆内的传播速度。

5.如权利要求1所述的一种配电电缆局部放电带电检测方法，其特征是：

根据发送发射信号的幅值和接收到该发射信号的幅值，计算电缆的高频衰减系数，衰减系数为接收到原发射信号的信号幅值与原发射信号的幅值的差值与原发射信号幅值的比值。

6.一种配电电缆局部放电带电检测系统，其特征是：包括至少两台便携式局部放电检测设备，固定设置在待检测电缆两端的脉冲发射装置以及电流检测传感器，所述电流检测传感器的连接传感器引线,脉冲发射装置连接控制线,所述传感器引线和控制线分别与便携式局部放电检测设备可拆卸连接；设置在同一待测电缆两端的局部放电检测设备之间通过无线通信连接；还包括云端，所述云端分别与局部放电检测设备无线通信连接，所述云端执行权利要求1-5任一项所述的一种配电电缆局部放电带电检测方法。

7.如权利要求6所述的一种配电电缆局部放电带电检测系统，其特征是：电流检测传感器采用高频电流互感器。

8.如权利要求6所述的一种配电电缆局部放电带电检测系统，其特征是：脉冲发射装置为脉冲发射器，所述脉冲发射器的同步注入单元连接至待测电缆两端的接地线上。

9.如权利要求6所述的一种配电电缆局部放电带电检测系统，其特征是：电流检测传感器和脉冲发射装置分别设置在电缆两端的配电开关处，电流检测传感器的传感器引线以及脉冲发射装置的控制线分别连接至配电开关的仪表仓。

10.如权利要求6所述的一种配电电缆局部放电带电检测系统，其特征是：所述无线通信连接采用4G无线通信方式，便携式局部放电检测设备上设置有4G无线通信模块。

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