CN114675144A - 一种高压电缆局部放电监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压电缆局部放电监测装置，包括局部放电超声波信号检测组件、包括粗定位组件和细定位组件的局部放电定位组件、信号传输组件和上位机，局部放电超声波信号检测组件设置于电力电缆上以检测电力电缆局部放电时产生的超声波信号，粗定位组件用于定位发生局部放电的目标电力电缆区段，细定位组件用于定位局部放电在目标电力电缆区段中的具体发生位置，粗定位组件通过信号传输组件向上位机传输数据，局部放电超声波信号检测组件、细定位组件分别与上位机信号相连，上位机基于局部放电超声波信号检测组件和粗定位组件所传回信号监测电力电缆是否发生局部放电，在电力电缆发生局部放电时控制细定位组件定位局部放电具体发生位置。

Description

一种高压电缆局部放电监测装置

技术领域

本发明涉及局部放电监测技术领域，尤其涉及一种高压电缆局部放电监测装置。

背景技术

高压电缆是保证地区输电安全的电力设备重要部分。局部放电是电力电缆等电力设备的常见故障之一，能够导致各类电力设备绝缘劣化，是绝缘故障的先兆，因此，在线监测及带电检测局部放电可以在故障前识别绝缘故障。现有的在线监测局部放电方法包括脉冲电流法、光学法、超声波法等，脉冲电流法通过检测局部放电发出的脉冲电流分析判断绝缘劣化情况，该方法虽然灵敏度较高，但脉冲电流伴随着大量的电气干扰，且信号传播速度块，较难实现定位；光学法通过检测电晕放电时伴随出现的光波来获得局部放电信息，抗干扰能力强，灵敏度高，但设备必须铺设到待测设备内部，实际应用困难；超声波法通过检测超声波信号中以声压形式反映的局部放电信息来判断局部放电是否发生及程度，但对于局部放电的定位有所不足。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种高压电缆局部放电监测装置，以克服或至少部分解决现有技术所存在的上述问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种高压电缆局部放电监测装置，包括局部放电超声波信号检测组件、局部放电定位组件、信号传输组件和上位机，所述局部放电超声波信号检测组件设置于电力电缆上，用于检测电力电缆局部放电时产生的超声波信号，所述局部放电定位组件包括粗定位组件和细定位组件，所述粗定位组件用于定位发生局部放电的目标电力电缆区段，所述细定位组件用于定位局部放电在目标电力电缆区段中的具体发生位置，所述粗定位组件通过信号传输组件向上位机传输数据，所述局部放电超声波信号检测组件、细定位组件分别与上位机信号相连，所述上位机用于基于局部放电超声波信号检测组件和粗定位组件所传回信号监测电力电缆是否发生局部放电，在电力电缆发生局部放电时控制细定位组件定位局部放电具体发生位置。

进一步的，所述局部放电超声波信号检测组件包括壳体，所述壳体的顶端设有开口和夹具，所述开口处穿设有导声杆，壳体内由上至下依次设置有第一腔体和第二腔体，所述第一腔体中填充有导声液，导声杆的一端伸入第一腔体中，另一端与电力电缆相抵，第一腔体与第二腔体连通处由上至下依次设有互相贴合的弹性薄膜和第一磁性薄膜，第二腔体内设置有非晶铁磁片、阻抗测量模块和通讯模块，所述阻抗测量模块用于实时测量非晶铁磁片的阻抗，并通过通讯模块向上位机发送阻抗实时测量数据。

进一步的，所述第一腔体与第二腔体连通处的侧壁上开设有凹槽，所述弹性薄膜和第一磁性薄膜的边缘通过粘性材料固定在凹槽内。

进一步的，所述壳体的侧壁上设置有夹层，所述夹层中填充有吸音棉。

进一步的，所述粗定位组件包括若干个定位单元，所述定位单元包括多层包裹在电力电缆上的包裹层，所述包裹层由外至内依次包括保护层、第一基底层、石墨烯薄膜层、第二基底层和第二磁性薄膜层，包裹层的两端分别与第一固定环、第二固定环相连接，第一固定环或第二固定环上设置有电源和电阻传感器，所述电源、电阻传感器、石墨烯薄膜层组成闭合回路，所述电阻传感器与信号传输组件信号相连。

进一步的，所述第一固定环、第二固定环上设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过充电电路与电源电性连接。

进一步的，所述细定位组件包括无人机，所述无人机上设置有激光雷达，所述激光雷达用于扫描设置于目标电力电缆区段的粗定位组件的包裹层以获取相应的点云数据，并发送至上位机。

进一步的，所述上位机包括：

第一接收模块，用于接收局部放电超声波信号检测组件上传的数据，所述局部放电超声波信号检测组件上传的数据称为第一数据，判断第一数据是否符合局部放电超声波信号特征；

第二接收模块，用于接收粗定位组件上传的数据，所述粗定位组件上传的数据称为第二数据，判断第二数据是否符合局部放电粗定位特征；

分析模块，用于结合第一接收模块和第二接收模块的判断结果分析是否发生局部放电、发生局部放电的目标电力电缆区段；

控制模块，用于在分析模块分析确定发生局部放电时，控制无人机前往目标电力电缆区段采集粗定位组件点云数据；

点云数据处理模块，用于基于粗定位组件点云数据生成粗定位组件三维模型，基于粗定位组件三维模型分析局部放电具体发生位置；

通知模块，用于将局部放电具体发生位置发送至工作人员的手持终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种高压电缆局部放电监测装置，通过局部放电超声波信号检测组件采集电力电缆上的超声波信号，同时通过局部放电定位组件的粗定位组件定位发生局部放电的目标电力电缆区段，当上位机接收到局部放电超声波信号检测组件采集到的局部放电超声波信号，同时通过粗定位组件能定位发生局部放电的目标电力电缆区段时，控制细定位组件确定目标电力电缆区段中局部放电的具体发生位置，从而实现对电力电缆局部放电的在线监测与精准定位，所述装置易于部署，不需要介入电力电缆的内部结构，适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种高压电缆局部放电监测装置整体结构示意图。

图2是本发明一实施例提供的局部放电超声波信号检测组件截面结构示意图。

图3是本发明一实施例提供的粗定位组件截面结构示意图。

图4是本发明一实施例提供的上位机功能示意框图。

图中，1局部放电超声波信号检测组件，101壳体，102开口，103夹具，104导声杆，105第一腔体，106第二腔体，107弹性薄膜，108第一磁性薄膜，109非晶铁磁片，110阻抗测量模块，111通讯模块，112凹槽，113吸音棉，2信号传输组件，3上位机，301第一接收模块，302第二接收模块，303分析模块，304控制模块，305点云数据处理模块，306通知模块，4电力电缆，5粗定位组件，501保护层，502第一基底层，503石墨烯薄膜层，504第二基底层，505第二磁性薄膜层，506第一固定环，507第二固定环，508电源，509电阻传感器，510太阳能电池板，6细定位组件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参照图1，本实施例提供一种高压电缆局部放电监测装置，所述装置包括局部放电超声波信号检测组件1、局部放电定位组件、信号传输组件2和上位机3。所述局部放电超声波信号检测组件设置于电力电缆4上，用于检测电力电缆4局部放电时产生的超声波信号。所述局部放电定位组件包括粗定位组件5和细定位组件6，所述粗定位组件5用于定位发生局部放电的目标电力电缆区段；所述细定位组件6用于定位局部放电在目标电力电缆区段中的具体发生位置。所述粗定位组件5通过信号传输组件2向上位机3传输数据；所述局部放电超声波信号检测组件1、细定位组件6分别与上位机3信号相连；所述上位机3用于基于局部放电超声波信号检测组件1和粗定位组件6所传回信号监测电力电缆4是否发生局部放电，在电力电缆4发生局部放电时控制细定位组件6定位局部放电的具体发生位置。

参照图2，所述局部放电超声波信号检测组件1包括壳体101，所述壳体101的顶端设有开口102和夹具103，所述开口102处穿设有导声杆104。壳体101内由上至下依次设置有第一腔体105和第二腔体106，所述第一腔体105中填充有导声液，导声杆104的一端伸入第一腔体105中，另一端与电力电缆4相抵。第一腔体105与第二腔体106的连通处由上至下依次设有互相贴合的弹性薄膜107和第一磁性薄膜108。第二腔体106内设置有非晶铁磁片109、阻抗测量模块110和通讯模块111，所述阻抗测量模块110用于实时测量非晶铁磁片的阻抗，并通过通讯模块111向上位机3发送阻抗实时测量数据。

所述局部放电超声波信号检测组件1在使用时通过夹具103夹紧电力电缆4的外层实现固定，导声杆104的一端抵在电力电缆4上。当发生局部放电时，高频脉冲电流会导致绝缘缺陷部位介质体积周期性压缩和膨胀，产生高频超声波，并沿导声杆104传播至第一腔体105内，继续通过导声液传递至弹性薄膜107，使得弹性薄膜107带动第一磁性薄膜108振动，当第一磁性薄膜108振动时，第一磁性薄膜108与非晶铁磁片109之间的距离不断发生改变，第一磁性薄膜108对非晶铁磁片109所施加的磁场强度随距离的改变而改变，非晶铁磁片109采用非晶铁磁性材料制成，在电流作用下，非晶铁磁片109的阻抗会随外加磁场的变化而灵敏变化，即当超声波令第一磁性薄膜108振动时，阻抗测量模块110会测得非晶铁磁片109的阻抗数值相应发生改变，通过分析非晶铁磁片109阻抗的变化可判断电力电缆是否发生局部放电。

作为一种优选的示例，所述第一腔体105与第二腔体106连通处的侧壁上开设有凹槽112，所述弹性薄膜107和第一磁性薄膜108的边缘通过粘性材料固定在凹槽112内，使得弹性薄膜107和第一磁性薄膜108不易脱落。

作为一种优选的示例，壳体101的侧壁上设置有夹层，所述夹层填充有吸音棉113，所述吸音棉113能够吸收外界的声波，防止外界噪声影响局部放电检测。

参照图3，所述粗定位组件5包括若干个定位单元，所述定位单元包括多层包裹在电力电缆4上的包裹层，所述包裹层由外至内依次包括保护层501、第一基底层502、石墨烯薄膜层503、第二基底层504和第二磁性薄膜层505，包裹层的两端分别与第一固定环506和第二固定环507相连接，第一固定环506或第二固定环507上设置有电源508和电阻传感器509，所述电源508、电阻传感器509和石墨烯薄膜层503之间组成闭合回路，电阻传感器509与信号传输组件2信号相连。所述第一基底层502和第二基底层504均采用柔性材料制成。

当局部放电在电力电缆4很小的范围内发生时，局部击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，脉冲电流将流经电力电缆4的接地引下线，同时会在垂直于电流传播方向的平面上产生磁场，此时第二磁性薄膜505会受到局部放电产生的磁场影响产生形变，使得石墨烯薄膜层503发生形变，内部的导电通路产生变化，电阻传感器509测得闭合回路中的电阻改变，说明该定位单元所在的电力电缆上发生了局部放电，电阻传感器509将所测得电阻数据实时通过信号传输组件2传输至上位机3，信号传输组件2可以采用GPRS模块或其他通讯模块。本实施例中，可以将作为监测目标的电力电缆根据需求分为多个区段，每个区段的电力电缆上均安装所述定位单元，从而在发生局部放电时能够将局部放电位置缩小到某个区段内，定位单元的安装无需对电力电缆内部结构进行改动，每个定位单元的监测范围能够根据需求灵活调整。

作为一种优选的示例，所述第一固定环506、第二固定环507上设置有太阳能电池板510，所述太阳能电池板510通过充电电路与电源508电性连接，太阳能电池板510将太阳能转换为电能为电源508充电，从而提高电源508的续航时间。

所述细定位组件6用于在粗定位组件定位发生局部放电的目标电力电缆区段后，进一步定位目标电力电缆区段中局部放电的具体发生位置。细定位组件6包括无人机，所述无人机上搭载有激光雷达，激光雷达用于扫描设置于目标电力电缆区段的粗定位组件5的包裹层以获取相应的点云数据，并发送至上位机，以便于上位机根据点云数据对目标电力电缆区段的粗定位组件5的包裹层进行三维建模，并基于所建立的三维模型分析局部放电的具体发生位置。同时，无人机上还可以搭载有摄像头，以采集目标电力电缆区段的粗定位组件的图像，通过结合图像和三维模型进一步精确定位局部放电具体位置。

参照图4，所述上位机3包括第一接收模块301、第二接收模块302、分析模块303、控制模块304、点云数据处理模块305和通知模块306。

其中，所述第一接收模块301用于接收局部放电超声波信号检测组件1上传的数据，所述局部放电超声波信号检测组件1上传的数据称为第一数据，判断第一数据是否符合局部放电超声波信号特征。局部放电时产生的超声波信号具有其明显的特征，第一接收模块301在接收到第一数据时，需要判断第一数据是否符合局部放电超声波信号特征，以免由于外界环境干扰造成误判。

所述第二接收模块302用于接收粗定位组件5上传的数据，所述粗定位组件5上传的数据称为第二数据，判断第二数据是否符合局部放电粗定位特征。当产生局部放电时，电阻传感器509所测得电阻数据的变化情况应当符合局部放电时常见的电阻变化情况，以判断是否由局部放电引起，或是由于其他外界干扰引起，以免发生误判。

所述分析模块303用于结合第一接收模块301、第二接收模块302的判断结果分析是否发生局部放电，即当第一接收模块301和第二接收模块302的判断结果均为发生局部放电的情况下确定为真，并进一步根据第二接收模块302所接收的粗定位组件5所在电力电缆区段确定目标电力电缆区段。

所述控制模块304用于在分析模块分析确定发生局部放电时，控制作为西定位组件6的无人机前往目标电力电缆区段所处位置，通过搭载的激光雷达采集粗定位组件5的包裹层点云数据。

所述点云数据处理模块305用于接收细定位组件6传回的粗定位组件包裹层点云数据，基于粗定位组件包裹层点云数据生成粗定位组件三维模型，基于粗定位组件包裹层三维模型分析局部放电具体发生位置。发生局部放电后，包裹层表面会产生一定的形变，通过对粗定位组件5的包裹层进行点云建模，分析其三维模型表面的形变特征，准确定位局部放电在目标电力电缆区段中的具体发生位置。当无人机上同时搭载有摄像头时，还可以结合目标电力电缆区段中粗定位组件5的实际图像分析局部放电发生位置，提高定位准确度。

所述通知模块306用于将局部放电具体发生位置发送至工作人员的手持终端，以便工作人员及时对目标电力电缆区段进行检修。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述装置包括局部放电超声波信号检测组件、局部放电定位组件、信号传输组件和上位机，所述局部放电超声波信号检测组件设置于电力电缆上，用于检测电力电缆局部放电时产生的超声波信号，所述局部放电定位组件包括粗定位组件和细定位组件，所述粗定位组件用于定位发生局部放电的目标电力电缆区段，所述细定位组件用于定位局部放电在目标电力电缆区段中的具体发生位置，所述粗定位组件通过信号传输组件向上位机传输数据，所述局部放电超声波信号检测组件、细定位组件分别与上位机信号相连，所述上位机用于基于局部放电超声波信号检测组件和粗定位组件所传回信号监测电力电缆是否发生局部放电，在电力电缆发生局部放电时控制细定位组件定位局部放电具体发生位置。

2.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述局部放电超声波信号检测组件包括壳体，所述壳体的顶端设有开口和夹具，所述开口处穿设有导声杆，壳体内由上至下依次设置有第一腔体和第二腔体，所述第一腔体中填充有导声液，导声杆的一端伸入第一腔体中，另一端与电力电缆相抵，第一腔体与第二腔体连通处由上至下依次设有互相贴合的弹性薄膜和第一磁性薄膜，第二腔体内设置有非晶铁磁片、阻抗测量模块和通讯模块，所述阻抗测量模块用于实时测量非晶铁磁片的阻抗，并通过通讯模块向上位机发送阻抗实时测量数据。

3.根据权利要求2所述的一种高压电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述第一腔体与第二腔体连通处的侧壁上开设有凹槽，所述弹性薄膜和第一磁性薄膜的边缘通过粘性材料固定在凹槽内。

4.根据权利要求2所述的一种高压电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述壳体的侧壁上设置有夹层，所述夹层中填充有吸音棉。

5.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述粗定位组件包括若干个定位单元，所述定位单元包括多层包裹在电力电缆上的包裹层，所述包裹层由外至内依次包括保护层、第一基底层、石墨烯薄膜层、第二基底层和第二磁性薄膜层，包裹层的两端分别与第一固定环、第二固定环相连接，第一固定环或第二固定环上设置有电源和电阻传感器，所述电源、电阻传感器、石墨烯薄膜层组成闭合回路，所述电阻传感器与信号传输组件信号相连。

6.根据权利要求5所述的一种高压电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述第一固定环、第二固定环上设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过充电电路与电源电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述细定位组件包括无人机，所述无人机上设置有激光雷达，所述激光雷达用于扫描设置于目标电力电缆区段的粗定位组件的包裹层以获取相应的点云数据，并发送至上位机。

8.根据权利要求7所述的一种高压电缆局部放电监测装置，其特征在于，所述上位机包括：

第一接收模块，用于接收局部放电超声波信号检测组件上传的数据，所述局部放电超声波信号检测组件上传的数据称为第一数据，判断第一数据是否符合局部放电超声波信号特征；

第二接收模块，用于接收粗定位组件上传的数据，所述粗定位组件上传的数据称为第二数据，判断第二数据是否符合局部放电粗定位特征；

分析模块，用于结合第一接收模块和第二接收模块的判断结果分析是否发生局部放电、发生局部放电的目标电力电缆区段；

控制模块，用于在分析模块分析确定发生局部放电时，控制无人机前往目标电力电缆区段采集粗定位组件点云数据；

点云数据处理模块，用于基于粗定位组件点云数据生成粗定位组件三维模型，基于粗定位组件三维模型分析局部放电具体发生位置；

通知模块，用于将局部放电具体发生位置发送至工作人员的手持终端。

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