CN113030661B - 电缆缓冲层缺陷检测设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电缆缓冲层缺陷检测设备和方法，该设备电流发生装置、谐振电感单元、局部放电检测单元和主机系统，电流发生装置连接电缆的一端，谐振电感单元连接电缆的另一端，局部放电检测单元设置于电缆的接头处，电流发生装置和局部放电检测单元均与主机系统无线通信。利用谐振方式在被测电缆上产生电流以激发局部放电，将电缆沟道中的检测数据上传至主机系统，解决了高压电缆离线试验现场难以提供大电流电源的问题，以无线控制的形式实现了试验过程中对电缆沿线局部放电信号的实时检测，可进行高效准确的电缆缓冲层缺陷检测，提高了检测可靠性。

Description

电缆缓冲层缺陷检测设备和方法
技术领域
本申请涉及电力设备绝缘状态检测技术领域，特别是涉及一种电缆缓冲层缺陷检测设备和方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，对供电可靠性和供电质量都提出了更高的要求。在经济发达、人口众多的大城市，电力设施和城市发展矛盾日益加剧，输电走廊的紧张使得地下电力电缆在城市电力系统中的应用变得越来越广泛，地下电缆输电线路取代架空输电线路已成为趋势。高压电缆作为电缆网络的“主动脉”，其安全、稳定运行具有十分重要的意义，而缓冲层缺陷导致高压电缆烧蚀的问题却成为近年来高压电缆正常运行的“拦路虎”。
当前高压电缆现场缺少能模拟电缆高负荷情况的试验设备，难以提供数百安培、乃至上千安培的大功率交变电流源，无法有效的激发缓冲层缺陷产生局部放电。传统的电缆缓冲层缺陷检测方法常采用X射线法对高压电缆缓冲层开展检测，但X射线法单次检测距离有限，通常只能对电缆终端以及中间接头处开展检测，并不能对整条电缆的缓冲层开展全面可靠评估，存在检测可靠性低的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高检测可靠性的电缆缓冲层缺陷检测设备和方法。
一种电缆缓冲层缺陷检测设备，包括电流发生装置、谐振电感单元、局部放电检测单元和主机系统，所述电流发生装置连接电缆的一端，所述谐振电感单元连接所述电缆的另一端，所述局部放电检测单元设置于所述电缆的接头处，所述电流发生装置和所述局部放电检测单元均与所述主机系统无线通信；
所述主机系统用于控制所述电流发生装置输出电流进入谐振状态，所述局部放电检测单元用于检测所述电缆的振荡电流，并将得到的检测数据传输至所述主机系统。
在其中一个实施例中，所述电流发生装置包括供电单元、充电开关单元、储能单元、电压电流测量单元和振荡开关单元，所述充电开关单元连接所述供电单元和所述储能单元，所述电压电流测量单元连接所述储能单元和所述振荡开关单元，所述振荡开关单元连接所述电缆，所述充电开关单元和所述振荡开关单元均与所述主机系统无线通信。
在其中一个实施例中，所述供电单元包括整流电路、调频调压电路、倍压电路和第一控制模块，所述调频调压电路连接所述整流电路和所述倍压电路，所述倍压电路连接所述充电开关单元，所述第一控制模块连接所述调频调压电路，并与所述主机系统无线通信。
在其中一个实施例中，所述充电开关单元包括高压继电器、限流电阻和第二控制模块，所述高压继电器的触点开关与所述限流电阻串联后一端连接所述供电单元，另一端连接所述储能单元；所述第二控制模块连接所述高压继电器的线圈，并与所述主机系统无线通信。
在其中一个实施例中，所述储能单元为多级串联的电容模块，每级电容模块包括多个并联的薄膜电容。
在其中一个实施例中，所述电压电流测量单元包括阻容分压器、电流互感器、采集单元和第三控制模块，所述阻容分压器与所述储能单元并联，所述电流互感器连接所述储能单元和所述振荡开关单元，所述采集单元连接所述阻容分压器、所述电流互感器和所述第三控制模块，所述第三控制模块与所述主机系统无线通信。
在其中一个实施例中，所述振荡开关单元包括第四控制模块和两个以上的半导体开关模块，各所述半导体开关模块并联后连接所述电压电流测量单元和所述电缆，所述第四控制模块连接各所述半导体开关模块，并与所述主机系统无线通信。
在其中一个实施例中，所述局部放电检测单元包括超声波局部放电检测传感器、数据采集模块和第五控制模块，所述超声波局部放电检测传感器设置于电缆的接头处，所述数据采集模块连接所述超声波局部放电检测传感器和所述第五控制模块，所述第五控制模块与所述主机系统无线通信。
在其中一个实施例中，所述主机系统包括无线传输模块和控制器，所述无线传输模块与所述电流发生装置和所述局部放电检测单元无线通信，所述控制器连接所述无线传输模块。
一种电缆缓冲层缺陷检测方法，基于上述的电缆缓冲层缺陷检测设备实现，该方法包括：
主机系统控制电流发生装置输出电流进入谐振状态；
局部放电检测单元检测电缆的振荡电流，并将得到的检测数据传输至所述主机系统。
上述电缆缓冲层缺陷检测设备和方法，通过主机系统控制电流发生装置输出电流进入谐振状态，利用局部放电检测单元检测电缆在振荡过程中的振荡电流，并将得到的检测数据传输至主机系统，以便主机系统进行电缆缓冲层缺陷检测。利用谐振方式在被测电缆上产生电流以激发局部放电，将电缆沟道中的检测数据上传至主机系统，解决了高压电缆离线试验现场难以提供大电流电源的问题，以无线控制的形式实现了试验过程中对电缆沿线局部放电信号的实时检测，可进行高效准确的电缆缓冲层缺陷检测，提高了检测可靠性。
附图说明
图1为一实施例中电缆缓冲层缺陷检测设备的结构示意图；
图2为一实施例中振荡开关单元的结构示意图；
图3为一实施例中电缆缓冲层缺陷检测方法的流程图；
图4为一实施例中电缆缓冲层缺陷检测试验开始前电缆中间接头引金属护套层出线连接方式示意图；
图5为一实施例中电缆缓冲层缺陷检测试验过程中储能单元的电压波形和被测电缆电流波形。
附图标记说明：10-电流发生装置、11-供电单元、12-充电开关单元、13-储能单元、14-电压电流测量单元、15-振荡开关单元、16-主机系统、17-局部放电检测单元、18-谐振电感单元。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语包括相关所列项目的任何及所有组合。
在高压电缆生产过程中，为了使金属护套层不会损伤其下的半导电层以及绝缘层，通常在高压电缆金属护层下绕包一定厚度的柔性材料作为缓冲层。此外，也要求缓冲层具有纵向阻水的功能，在高压电缆金属护套层破损的情况下，阻止水分不能沿电缆长度方向持续侵入，保护其余长度的电缆绝缘性能，便于修理故障电缆。缓冲层常采用金属丝和纤维布交叉编织而成，在高压电缆中缓冲层与半导电层、金属护套层紧密贴合以确保三者良好的电气连接。然而，在电缆制造、运输、安装和运行过程中受到工艺等因素的影响，缓冲层与半导电层、金属护套可能出现局部未连接上的情况，在高压电缆负载电流所产生的交变磁场作用下，局部未连接区域可能产生电势差，在严重情况下可能发生局部击穿的放电现象，进而导致电缆烧蚀，引起停电事故。
然而，当前高压电缆现场缺少能模拟电缆高负荷情况的试验设备，难以提供数百安培、乃至上千安培的大功率交变电流源，无法有效的激发缓冲层缺陷产生局部放电。基于此，本申请提供了一种电缆缓冲层缺陷检测设备和方法，产生高频大电流以用于高压电缆缓冲层缺陷检测，利用谐振方式在被测电缆上产生数千安培电流以激发局部放电，并以“接力式”传输方式将电缆沟道中的检测数据逐级上传至主机系统，解决了高压电缆离线试验现场难以提供大电流电源的问题，以无线控制的形式实现了试验过程中对电缆沿线局部放电信号的实时检测，为高压电缆缓冲层缺陷检测提供了一种高效、高精度的解决方案，具有重要的工程实用价值。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电缆缓冲层缺陷检测设备，包括电流发生装置10、谐振电感单元18、局部放电检测单元17和主机系统16，电流发生装置10连接电缆的一端，谐振电感单元18连接电缆的另一端，局部放电检测单元17设置于电缆的接头处，电流发生装置10和局部放电检测单元17均与主机系统16无线通信。主机系统16用于控制电流发生装置10输出电流进入谐振状态，局部放电检测单元17用于检测电缆的振荡电流，并将得到的检测数据传输至主机系统16。
具体地，主机系统16以无线方式与电流发生装置10和局部放电检测单元17进行通信，控制电流发生装置10输出电流并控制谐振方式在被测电缆上产生数千安培电流以激发局部放电，同时利用安装在电缆沿线中间接头处的局部放电检测单元17以非侵入方式捕获局部放电信号，并将得到的检测数据以无线方式传输至主机系统16。其中，无线通信具体可以采用WIFI、蓝牙等无线传输技术，主机系统16还通过无线方式检测电流发生装置10的工作参数并进行反馈调节，设定试验检测过程中的振荡电流最大值，使电流发生装置10内部所存储的电能在电流发生装置10、电缆、谐振电感单元18所组成的回路释放，在电缆上产生最大峰值可达数千安培、频率可达数千赫兹的振荡波电流，从而激发电缆缓冲层中的潜在缺陷产生局部放电脉冲。主机系统16在接收到局部放电检测单元17发送的检测数据后进行分析，判断局部放电检测单元17的位置，对缺陷进行定位。此外，主机系统16还可整合局部放电检测单元17与电压电流测量单元14所测量的数据并存入波形数据库中，或者是通过显示器进行显示。
在一个实施例中，局部放电检测单元17的数量为多个，且分别设置在电缆的不同接头处，各局部放电检测单元17之间进行数据共享，并将汇总后的检测数据统一上传至主机系统16。具体地，安装在电缆中间接头处的局部放电检测单元17均具有数据接收和数据发送功能，每个节点的局部放电检测单元17接收前序节点的测量数据，并将前序节点的数据与其检测数据整合后发往下一节点，经过多次接力传输最终将所有节点的检测数据传输至电缆沟道外的主机系统16。采用接力式数据传输方法，将电缆沟道中的检测数据逐级上传至主机系统，解决了高压电缆离线试验现场难以提供大电流电源的问题，以无线控制的形式实现了试验过程中对电缆沿线局部放电信号的实时检测，检测高效准确。
进一步地，本实施例中，谐振电感单元18的电感值为0.1mH，在峰值为6kV的交流电压作用下局部放电量小于5pC，等效串联电阻小于0.1Ω，额定电流大于500A。
上述电缆缓冲层缺陷检测设备，通过主机系统16控制电流发生装置10输出电流进入谐振状态，利用局部放电检测单元17检测电缆在振荡过程中的振荡电流，并将得到的检测数据传输至主机系统16，以便主机系统16进行电缆缓冲层缺陷检测。利用谐振方式在被测电缆上产生电流以激发局部放电，将电缆沟道中的检测数据上传至主机系统16，解决了高压电缆离线试验现场难以提供大电流电源的问题，以无线控制的形式实现了试验过程中对电缆沿线局部放电信号的实时检测，可进行高效准确的电缆缓冲层缺陷检测，提高了检测可靠性。
在一个实施例中，继续参照图1，电流发生装置10包括供电单元11、充电开关单元12、储能单元13、电压电流测量单元14和振荡开关单元15，充电开关单元12连接供电单元11和储能单元13，电压电流测量单元14连接储能单元13和振荡开关单元15，振荡开关单元15连接电缆，充电开关单元12和振荡开关单元15均与主机系统16无线通信。具体地，可以将供电单元11、充电开关单元12、储能单元13、电压电流测量单元14、振荡开关单元15以及主机系统16安装在高压电缆一端(定义为高压电缆近端)，将谐振电感单元18安装在高压电缆另一端(定义为远端)，若干个局部放电检测单元17分别安装在电缆沿线的中间接头处。其中，充电开关单元12、电压电流测量单元14、振荡开关单元15、局部放电检测单元17均装有电池模块，由电池模块供电。供电单元11与主机系统16由市电直接供电，储能单元13与谐振电感单元18无需特别设置供电模块。
主机系统16控制电流发生装置10中各部件工作，产生高频大电流的流程具体为：控制充电开关单元12处于开通状态，控制振荡开关单元15处于关断状态；启动供电单元11输出直流电压，经过充电开关单元12为储能单元13充电，同时利用电压电流测量单元14实时观测储能单元13的电压。当储能单元13充电至阈值Vdc之后，停止供电单元11，关断充电开关单元12。将所有的局部放电检测单元17设置为触发模式，将电压电流测量单元14设置为电流通道触发模式。开通振荡开关单元15，此时储能单元13、被测电缆以及谐振电感单元18进入谐振状态。电压电流测量单元14检测到振荡电流而被触发开始测量储能单元13端电压以及输出电流，并将检测数据传输主机系统16。
当高压电缆缓冲层缺陷发生局部放电时，接近放电点的局部放电检测单元17被触发开始测量局部放电信号，检测到局部放电的局部放电检测单元17将检测数据逐级向前传输，最后由第一个节点的局部放电检测单元17将数据传输至主机系统16，至此完成一次测试。
电流发生装置10中供电单元11、充电开关单元12等部件的具体结构不是唯一的，在一个实施例中，供电单元11包括整流电路、调频调压电路、倍压电路和第一控制模块，调频调压电路连接整流电路和倍压电路，倍压电路连接充电开关单元，第一控制模块连接调频调压电路，并与主机系统无线通信。
其中，整流电路将输入的正弦电压整流为直流电压输出至调频调压电路，调频调压电路将直流电压逆变后产生频率电压均可调的正弦电压并输出至倍压电路，具体经至倍压电路进行10级倍压后产生数千伏直流高压。供电单元11输出端与充电开关单元12相连，可产生幅值为0.5kV～6kV连续可调的直流高压。第一控制模块与主机系统16以无线形式实现数据通讯，并控制调频调压电路以调节供电单元11输出的直流电压幅值。
在一个实施例中，充电开关单元12包括高压继电器、限流电阻和第二控制模块，高压继电器的触点开关与限流电阻串联后一端连接供电单元11，另一端连接储能单元13；第二控制模块连接高压继电器的线圈，并与主机系统16无线通信。
其中，限流电阻串联可以是串接在触点开关与供电单元11之间，也可以是串接在触点开关与储能单元13之间。高压继电器的触点开关与限流电阻用于限制充电电流并在振荡过程开始前切断供电单元11与后级系统的电气连接，第二控制模块与主机系统16以无线形式实现数据通讯，并控制高压继电器的通断状态。
在一个实施例中，储能单元13为多级串联的电容模块，每级电容模块包括多个并联的薄膜电容。本实施例中，储能单元13由多级电容模块串联而成，每级电容模块又由多个薄膜电容并联而成，其整体容值约10μF，在峰值为6kV的交流电压作用下局部放电量小于5pC。每级电容模块均并联均压电阻，保证直流电压在串联电容模块上均匀分布，最大偏差小于5％。
在一个实施例中，电压电流测量单元14包括阻容分压器、电流互感器、采集单元和第三控制模块，阻容分压器与储能单元并联，电流互感器连接储能单元和振荡开关单元，采集单元连接阻容分压器、电流互感器和第三控制模块，第三控制模块与主机系统16无线通信。
其中，阻容分压器并联在储能单元13两端，用于测量储能单元13的端电压。电流互感器安装在储能单元13与振荡开关单元15之间的连接线上，用于测量振荡阶段通过振荡开关单元15的电流波形。采集单元将阻容分压器与电流互感器采集到的电压电流波形转换为数字信号并发送至第三控制模块，第三控制模块再以无线传输的方式将所测量到的数字波形发送至主机系统16。
进一步地，采集单元具有双通道模数转换功能，其带宽大于500kHz。采样率大于100kHz，纵向分辨率大于12bit，具有容量大于128MB的环形储存器，具有触发模式。
在一个实施例中，振荡开关单元15包括第四控制模块和两个以上的半导体开关模块，各半导体开关模块并联后连接电压电流测量单元14和电缆，第四控制模块连接各半导体开关模块，并与主机系统16无线通信。本实施例中，如图2所示，振荡转换开关15由10个半导体开关模块和第四控制模块组成，10个半导体开关模块并联在一起以提升通流能力，第四控制模块以无线传输的方式与主机系统16进行通讯，控制所有半导体开关模块的通断状态。
进一步地，半导体开关模块由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、电流检测模块与驱动模块组成。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)额定电压大于6kV，额定电流大于500A，15V驱动电压作用下开通时间小于1μs。其中，电流检测模块利用霍尔传感器检测IGBT集电极电流，并将测量值传输至驱动模块。驱动模块的输出电压在-8V至+15V范围内可调，通过调节驱动电压改变IGBT的导通特性。当电流检测模块所检测到的电流大于平均电流的1.05倍时，减小驱动电压，以提升IGBT的导通电阻，降低此IGBT分得的电流；反之，当电流小于平均电流的0.95时，增大驱动电压，以减小IGBT的导通电阻，增加此IGBT的电流。
在一个实施例中，局部放电检测单元17包括超声波局部放电检测传感器、数据采集模块和第五控制模块，超声波局部放电检测传感器设置于电缆的接头处，数据采集模块连接超声波局部放电检测传感器和第五控制模块，第五控制模块与主机系统16无线通信。
具体地，电缆沿线每个电缆中间接头处均安装有局部放电检测单元17，将他们按照由电缆近端至远端的顺序分别编号为1、2……(n-1)、n。超声波局部放电检测传感器具有窄带滤波功能，其通带频率为38kHz-42kHz，可以有效滤除环境干扰，捕获较为纯净的局部放电信号。数据采集模块具有单通道模数转换功能，其带宽大于5MHz。采样率大于1MHz，纵向分辨率大于12bit，具有容量大于256MB的环形储存器，具有触发模式。数据采集模块将超声波局部放电检测传感器所测量局部放电模拟信号转换为数字信号后传输至第五控制模块，第五控制模块具有无线数据传输功能，可以同时接收、发送数据。
在一个实施例中，主机系统16包括无线传输模块和控制器，无线传输模块与电流发生装置10和局部放电检测单元17无线通信，控制器连接无线传输模块。此外，主机系统16还可包括连接控制器的存储器和/或显示器。
其中，控制器存储有控制与分析软件。具体地，无线传输模块可以以无线方式实现主机系统16与供电单元11、充电开关单元12、电压电流测量单元14、振荡开关单元15和局部放电检测单元17的数据传输。控制与分析软件由控制程序、数据分析程序、波形数据库组成。控制程序用于设定试验检测过程中的振荡电流最大值，并控制设备各部件有序工作。数据分析程序用于分析局部放电检测单元17上传的测量数据，判断检测出局部放电信号传感器的位置，对缺陷进行定位，同时整合局部放电检测单元17与电压电流测量单元14所测量的数据并存入波形数据库中。
在一个实施例中，还提供了一种电缆缓冲层缺陷检测方法，基于上述的电缆缓冲层缺陷检测设备实现，如图3所示，该方法包括：
步骤S110：主机系统控制电流发生装置输出电流进入谐振状态。
具体地，主机系统控制电流发生装置的充电开关单元处于开通状态，控制振荡开关单元处于关断状态；启动供电单元输出直流电压，经过充电开关单元为储能单元充电，同时利用电压电流测量单元实时观测储能单元的电压。当储能单元充电至阈值Vdc之后，停止供电单元，关断充电开关单元。将所有的局部放电检测单元设置为触发模式，将电压电流测量单元设置为电流通道触发模式。开通振荡开关单元，此时储能单元、被测电缆以及谐振电感单元进入谐振状态。
步骤S120：局部放电检测单元检测电缆的振荡电流，并将得到的检测数据传输至主机系统。
电压电流测量单元检测到振荡电流而被触发开始测量储能单元13端电压以及输出电流，并将检测数据传输主机系统。具体地，当高压电缆缓冲层缺陷发生局部放电时，接近放电点的局部放电检测单元被触发开始测量局部放电信号，检测到局部放电的局部放电检测单元将检测数据逐级向前传输，最后由第一个节点的局部放电检测单元将数据传输至主机系统16，至此完成一次测试。
上述电缆缓冲层缺陷检测方法，利用谐振方式在被测电缆上产生电流以激发局部放电，将电缆沟道中的检测数据上传至主机系统，解决了高压电缆离线试验现场难以提供大电流电源的问题，以无线控制的形式实现了试验过程中对电缆沿线局部放电信号的实时检测，可进行高效准确的电缆缓冲层缺陷检测，提高了检测可靠性。
为便于更好地理解上述电缆缓冲层缺陷检测设备和方法，下面结合具体实施例进行详细解释说明。
如图1所示，本申请提供的一种高压电缆缓冲层缺陷检测设备，包括供电单元11、充电开关单元12、储能单元13、电压电流测量单元14、振荡开关单元15、主机系统16、局部放电检测单元17以及谐振电感单元18。
供电单元11将储能单元13充电至预设电压后，通过控制充电开关单元12切断供电单元11与储能单元13的电气连接，再开通振荡开关单元15，储能单元13所存储的电能通过其与振荡开关单元15、电缆、谐振电感单元18所组成的回路释放，在电缆上产生最大峰值可达数千安培、频率可达数千赫兹的振荡波电流，从而激发电缆缓冲层中的潜在缺陷产生局部放电脉冲。利用安装在电缆沿线中间接头处的局部放电检测单元17以非侵入方式捕获局部放电信号，经信号调理滤除高频干扰后获取较为纯净的局部放电信号。考虑到中间接头所处的电缆沟道中一般没有移动通讯信号，且WIFI、蓝牙等无线传输技术传输距离有限，主机系统16难以与电缆沟道深处的局部放电检测单元直接以无线的形式进行数据传输。采用接力式数据传输方法，所有安装在电缆中间接头处的局部放电检测单元17均具有数据接收和数据发送功能，每个节点的局部放电检测单元17接收前序节点的测量数据，并将前序节点的数据与其检测数据整合后发往下一节点，经过多次接力传输最终将所有节点的检测数据传输至电缆沟道外的主机系统16。
其中，当储能单元13、被测电缆以及谐振电感单元18进入谐振状态后，振荡频率f计算方式如下：
式中，Cstore为储能单元13的电容值，Lreactor为谐振电感单元18的电感值，Lload为被测电缆等效串联电感。
振荡电流最大峰值Ipeak计算方式如下：
电缆缓冲层缺陷检测的测试过程主要分为以下几个步骤：
1、由于交流高压电缆具有三相，三相金属护套在中间接头处以交叉互联的方式交叉连接以避免感应电压导致的金属护套层电位抬升。本试验应对电缆的三相依次开展，在试验开始前将被测电缆的所有三相交叉互联解套，所有中间接头两端引出线均短接，接线方式如图4所示。
2、控制充电开关单元12处于开通状态，控制振荡开关单元15处于关断状态。
3、启动供电单元11输出幅值为Vdc的直流电压，经过充电开关单元12为储能单元13充电，同时利用电压电流测量单元14实时观测储能单元13的电压。
4、将储能单元13充电至50V，停止供电单元11、关断充电开关单元12，将电压电流测量单元14设置为电流通道触发模式，再开通振荡开关单元15。此时电压电流测量单元14测量得到如图5所示的振荡波形，由振荡波频率结合式(1)可以计算出电缆等效串联电感Lreactor。
5、设置测试电流峰值Ipeak为被测电缆额定电流值的0.3倍，由式(2)计算出所需的直流电压Vdc。关断振荡开关单元15，开通充电开关单元12，启动供电单元11将储能单元13充电至Vdc。
6、完成充电后，停止供电单元11、关断充电开关单元12，将所有的局部放电检测单元17设置为触发模式，将电压电流测量单元14设置为电流通道触发模式。再开通振荡开关单元15，在电缆上产生最大峰值为Ipeak的振荡波。
7、电压电流测量单元14和局部放电检测单元17将测量数据上传至主机系统16，主机系统16根据脉冲信号在振荡电流波形上的相位分布滤除干扰脉冲，根据检测到局部放电信号传感器的位置定位缺陷。
其中，电压电流测量单元14检测到振荡电流而被触发开始测量储能单元13端电压以及输出电流，并将检测数据传输主机系统16。当高压电缆缓冲层缺陷发生局部放电时，接近放电点的局部放电检测单元17被触发开始测量局部放电信号，持续测量10ms之后停止测量。假设捕获局部放电信号的局部放电检测单元的编号为(n-m)，(n-m)将其数据发送至(n-m-1)号局部放电检测单元，(n-m-1)号局部放电检测单元再向前序节点发送数据。依次传递，最终1号局部放电检测单元将数据传输至主机系统16。
8、如果没有发现明显的局部放电信号，则逐级提升电流峰值Ipeak直到出现明显局部放电信号，当测试电流峰值Ipeak达到被测电缆额定电流值的3倍仍没有出现局部放电信号时，不再改变电流峰值连续测试10次。
9、至此完成该线路其中一相电缆的缓冲层缺陷检测试验，依次在其它两相电缆上重复以上步骤以完成整体线路的检测试验。
上述高压电缆缓冲层缺陷检测设备，结合大功率储能技术和谐振技术在被测电缆上产生峰值可达数千安培的交变电流，同时为了提升电流感应磁场的变化率以更好的激发缓冲层缺陷产生局部放电，将电流频率从工频50Hz提升至数千赫兹。在电缆沿线每个中间接头处均安装了基于超声波技术的局部放电检测单元，实现了对高压电缆缓冲层缺陷放电信号的全覆盖、高精度检测。本申请通过以上方案，实现了对高压电缆缓冲层全面、高精度、高效检测，提升了相关领域的技术水平和弥补了现有检测技术在高压电缆缓冲层缺陷检测中缺失，具有广阔的应用前景。
采用以上设计，本申请至少具有如下优点：
1、能够在被测电缆中产生峰值可达数千安培、频率可达数千赫兹的振荡电流，有效激发电缆缓冲层缺陷产生局部放电。
2、半导体开关模块，利用IGBT导通特性与驱动电压成正相关的特点，动态调节每个IGBT驱动电压改变多级并联IGBT的分流情况，创新性的解决了多级IGBT并联所产生的分流不均匀问题。
3、局部放电检测单元采用“接力式”数据传输方式，实现了电缆沟道中检测设备的远程遥控，避免试验过程中操作人员在电缆沟道中操控设备，确保操作人员的人身安全。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，包括电流发生装置、谐振电感单元、局部放电检测单元和主机系统，所述电流发生装置连接电缆的一端，所述谐振电感单元连接所述电缆的另一端，所述局部放电检测单元设置于所述电缆的接头处，所述电流发生装置和所述局部放电检测单元均与所述主机系统无线通信；
所述主机系统用于控制所述电流发生装置输出电流进入谐振状态，所述局部放电检测单元用于检测所述电缆的振荡电流，并将得到的检测数据传输至所述主机系统；
所述电流发生装置包括供电单元、充电开关单元、储能单元、电压电流测量单元和振荡开关单元，所述充电开关单元连接所述供电单元和所述储能单元，所述电压电流测量单元连接所述储能单元和所述振荡开关单元，所述振荡开关单元连接所述电缆，所述充电开关单元和所述振荡开关单元均与所述主机系统无线通信；
所述振荡开关单元包括第四控制模块和两个以上的半导体开关模块，各所述半导体开关模块并联后连接所述电压电流测量单元和所述电缆，所述第四控制模块连接各所述半导体开关模块，并与所述主机系统无线通信；所述半导体开关模块由绝缘栅双极型晶体管、电流检测模块与驱动模块组成，所述电流检测模块利用霍尔传感器检测所述绝缘栅双极型晶体管的集电极电流，并将测量值传输至所述驱动模块，当所述绝缘栅双极型晶体管的驱动电压改变时，所述绝缘栅双极型晶体管的电流对应变化，所述驱动电压由所述驱动模块产生，各绝缘栅双极型晶体管的导通特性与对应的驱动电压正相关；所述两个以上的半导体开关模块中的绝缘栅双极型晶体管并联；
所述主机系统，还用于通过无线方式检测所述电流发生装置的工作参数，基于设定的振荡电流最大值计算得到直流电压，关断所述振荡开关单元，开通所述充电开关单元，启动所述供电单元将所述储能单元充电至所述直流电压。
2.根据权利要求1所述的电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，所述供电单元包括整流电路、调频调压电路、倍压电路和第一控制模块，所述调频调压电路连接所述整流电路和所述倍压电路，所述倍压电路连接所述充电开关单元，所述第一控制模块连接所述调频调压电路，并与所述主机系统无线通信。
3.根据权利要求1所述的电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，所述充电开关单元包括高压继电器、限流电阻和第二控制模块，所述高压继电器的触点开关与所述限流电阻串联后一端连接所述供电单元，另一端连接所述储能单元；所述第二控制模块连接所述高压继电器的线圈，并与所述主机系统无线通信。
4.根据权利要求1所述的电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，所述储能单元为多级串联的电容模块，每级电容模块包括多个并联的薄膜电容。
5.根据权利要求1所述的电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，所述电压电流测量单元包括阻容分压器、电流互感器、采集单元和第三控制模块，所述阻容分压器与所述储能单元并联，所述电流互感器连接所述储能单元和所述振荡开关单元，所述采集单元连接所述阻容分压器、所述电流互感器和所述第三控制模块，所述第三控制模块与所述主机系统无线通信。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，所述局部放电检测单元包括超声波局部放电检测传感器、数据采集模块和第五控制模块，所述超声波局部放电检测传感器设置于电缆的接头处，所述数据采集模块连接所述超声波局部放电检测传感器和所述第五控制模块，所述第五控制模块与所述主机系统无线通信。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，所述主机系统包括无线传输模块和控制器，所述无线传输模块与所述电流发生装置和所述局部放电检测单元无线通信，所述控制器连接所述无线传输模块。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，开通振荡开关单元时，所述储能单元、被测电缆以及所述谐振电感单元进入谐振状态。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的电缆缓冲层缺陷检测设备，其特征在于，振荡电流最大峰值Ipeak计算方式如下：
其中，所述Cstore为储能单元的电容值，所述为所述谐振电感单元的电感值，所 述为被测电缆等效串联电感，所述为所述直流电压。
10.一种电缆缓冲层缺陷检测方法，其特征在于，基于权利要求1-9任意一项所述的电缆缓冲层缺陷检测设备实现，该方法包括：
主机系统控制电流发生装置输出电流进入谐振状态；
局部放电检测单元检测电缆的振荡电流，并将得到的检测数据传输至所述主机系统。
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