CN115151829A

CN115151829A - 本地局部放电监测

Info

Publication number: CN115151829A
Application number: CN202080090682.3A
Authority: CN
Inventors: 道格拉斯·B·贡德尔; 乌里·巴-齐夫; 埃亚尔·多隆
Original assignee: Connected Intelligence Systems Ltd; 3M Innovative Properties Co
Current assignee: Connected Intelligence Systems Ltd; 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2022-10-04
Also published as: BR112022012941A2; EP4085261A1; US20230020865A1; EP4085265A1; BR112022012942A2; US11988703B2; WO2021138569A1; CN115104035A; WO2021138573A1; US20230324440A1

Abstract

局部放电(PD)检测系统包括节点，该节点包括传感器，该传感器被配置成电容地耦接至电力线的电缆的护罩层。该传感器被配置成从电缆收集指示电缆中的交流电(AC)电信号的传感器数据。该系统还包括：高通滤波器，其被配置成从传感器数据中滤除低频信号；以及处理电路系统，其被配置成基于经过滤的传感器数据，检测在电缆上对于传感器来说是本地的位置处的PD事件。

Description

本地局部放电监测

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年12月31日提交的并且题为“ASSEMBLY,METHOD AND SYSTEMFOR SENSING,COMMUNICATING AND/OR CHARACTERIZING A CONDITION OF AN ELECTRICALGRID FOR ON-LINE DIAGNOSTICS”的美国临时专利申请第62/955,500号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及用于电力设施和工业及商业场所的电气设备领域，包括电力电缆和附件。

背景技术

电网包括在不同位置和条件(例如地上、地下、寒冷天气气候和/或炎热天气气候)下操作的许多部件。当电网出现故障时，可能难以确定故障的原因。用于电力网络特别是地下电力网络的传感器系统越来越多地被用于检测电网异常(例如故障或故障前兆)，使得操作员可以较快地、较有效地、和较安全地作出反应以维持服务或使系统恢复服务。传感器系统的示例包括故障电路指示器、逆流监测器和电力质量监测器。共同转让的美国专利第9,961,418号描述了与中央系统进行通信的地下电力网络监测系统，该美国专利通过引用其整体并入本文。

发明内容

通常，本公开内容提供了用于监测电网的电气设备和预测电气设备的故障事件的可能性的技术。该电气设备可以包括电缆附件，该电缆附件可以包括电缆接头本体或电缆终端本体。在一些示例中，电力线监测系统被配置成检测“本地”(近源)局部放电事件。

在本文中的一些示例中，电力线监测系统包括：具有至少一个传感器的节点，该传感器被配置成电容地耦接至电力线的电缆的护罩层，并且还被配置成从电缆收集指示电缆中的交流(AC)电信号的传感器数据；高通滤波器，其可操作地耦接至传感器并且被配置成从传感器数据中滤除低频信号；以及处理电路系统，其可操作地耦接至高通滤波器并且被配置成基于过滤后的传感器数据检测在电缆上对于节点来说是本地的位置处的局部放电(PD)事件。

在另一示例中，一种非暂态计算机可读介质包括指令，所述指令在由处理电路系统执行时，使处理电路系统基于高通滤波后的传感器数据检测在电力线的电缆上的一个位置处的局部放电(PD)事件，其中，该位置对于具有至少一个传感器的节点来说是本地的，该至少一个传感器电容地耦接至电缆的护罩层并且被配置成从电缆收集指示电缆中的交流(AC)电信号的传感器数据。

在另一示例中，一种方法包括：基于高通滤波后的传感器数据检测在电力线的电缆上的一个位置处的局部放电(PD)事件，其中，该位置在具有传感器的节点的约十米内，该传感器电容地耦接至电缆的护罩层并且收集传感器数据；以及经由节点将标识符注入至电缆中，以经由电缆将PD事件的位置传送至接收节点。

在附图和以下描述中阐述了本公开内容的一个或更多个示例的细节。本公开内容的其他特征、目的和优点根据说明书和附图以及根据权利要求书将是明显的。

附图说明

图1是示例电力电缆结构的示意图。

图2是根据本公开内容的技术的示例差分耦接系统的示意图。

图3是根据本公开内容的技术的另一示例差分耦接实现方式的示意图。

图4是根据本公开内容的技术的另一示例差分耦接系统的示意图。

图5是根据本公开内容的技术的在多相电缆上的示例差分耦接实现方式的示意图。

图6是示出根据本公开内容的技术的有意信号注入至差分耦接器中的示意图。

图7是示出根据本公开内容的技术的有意信号提取的示意图。

图8是示出根据本公开内容的技术的局部放电提取的示意图。

图9是根据本公开内容的技术的示例差分耦接系统的示意图。

图10是示出根据本公开内容的技术的测量方法的示例差分耦接系统的示意图。

图11是示出根据本发明的另一实施方式的示例脉冲信号注入和提取的示意图。

图12是示出根据本公开内容的技术的示例有意信号提取的示意图。

图13是根据本公开内容的技术的示例差分耦接系统的示意图。

图14是根据本公开内容的技术的用于确定局部放电源的位置的示例差分耦接系统的示意图。

图15是根据本公开内容的技术的用于确定局部放电源的位置的示例差分耦接系统的示意图。

图16是根据本公开内容的技术的示例可改装装置的示意图。

图17A至图17C是示出电力电缆的截面图，示出了示例电容耦接放置的概念图。

图18是示出根据本公开内容的被配置成检测电力线内的本地局部放电(PD)事件的第一示例电力线监测系统1800的示意图。

图19是示出根据本公开内容的技术的用于将节点耦接至电力线的电缆的各种技术的示意图。

图20是示出根据本公开内容的技术的另一本地局部放电检测系统的示意图。

图21是示出根据本公开内容的用于检测电力线内的局部放电的示例技术的框图。

图22是示出根据本公开内容的用于监测电力线内的本地局部放电事件的示例技术的概念图。

图23是示出根据本公开内容的用于监测电力线内的本地局部放电事件的另一示例技术的概念图。

图24是示出根据本公开内容的用于监测电力线的电缆内的本地局部放电事件的另一技术的概念图。

图25是示出根据本文中所描述的技术的用于电力线内的不同频率的电信号的特征功率损耗(例如，随着距信号源的距离增加而信号衰减)的线图。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用实施方式并且可以进行结构的改变。这些附图不一定按比例绘制。附图中使用的相同附图标记指代相同的部件。然而，应当理解，使用附图标记来指代给定的附图中的部件并不旨在限制该部件在另一附图中用相同的附图标记来标记。

具体实施方式

本公开内容的示例包括用于经由电力线耦接感测、通信和表征电网的状况的装置、技术和系统。因此，本文中所描述的示例装置包括多功能(感测、通信和表征)装置。在这方面，示例装置可以包括耦接层，该耦接层可以提供感测本地信号和有意(例如，注入)信号的感测层。此外，耦接层还可以提供通信(例如，信号注入、信号接收)和信道表征。

本文中的一些示例技术包括将感测和通信系统(例如，局部放电(PD)检测系统)耦接至中压(MV)或高压(HV)电力电缆系统上。在一些示例中，PD检测系统可以被改装至现有的MV或HV电缆系统上，而不是在制造电缆系统时将PD检测系统并入电缆系统内。在一些这样的改装示例中，本公开内容的技术包括在不例如通过切割电缆或穿透电缆的径向层(例如，电缆护套)损害电缆完整性的情况下，来耦接系统。例如，本文中的示例技术包括将PD检测系统电容地耦接至电力电缆的电缆护罩。

在示例结构中，电力电缆包括多个同心层。在一些示例中，多个同心层至少包括：第一层，该第一层被配置成同心地围绕电缆的中央导体并且包括绝缘材料；第二层，该第二层包括导电材料(例如，电缆护罩层)；以及第三层，该第三层包括电阻材料(例如，电缆护套)，其中，第二层设置在第一层与第三层之间。在一些示例中，导体屏蔽可以被径向地设置在中央导体与绝缘层之间。在其他示例中，绝缘屏蔽可以设置在护罩层与绝缘层之间。

根据本公开内容的示例，PD检测装置可以包括耦接层(例如金属箔)以在几乎任何合适的点处将装置改装至电缆上，并且可以用于监测存在于护罩层上的信号。这样的信号的一些示例包括“有意”信号例如输入通信，或者“无意”或“本地”信号例如PD。其他有意信号可以是从相同或其他节点发送的电缆的表征。

本文中所描述的示例装置和耦接技术使装置能够传送信息，例如PD信息、故障电路指示器(FCI)信息、电流信息、温度信息或其他信息。每个耦接层可以连接至信号线，该信号线可以将检测到的信号或注入的信号传递至源、检测器、处理器或其他装置或者从源、检测器、处理器或其他装置中传递检测到的信号或注入的信号。在一些实施方式中，也可以利用保护盖或包裹材料来覆盖或保护耦接层和/或信号线连接。

根据本公开内容的各方面，对于电网上的分布式网络，示例装置被配置成在对电力电缆几乎没有修改或其他改变的情况下与电力电缆相连接，从而降低关于电缆损坏的可能性。本文中的示例系统被配置成经由电力线通信技术使用这些示例装置和耦接技术来沿电力线进行通信。在一些示例中，这些装置可以被改装至现有的电力线。可替选地，本文中的技术可以应用于与新安装的电力线耦接(例如，集成)的示例装置。

本文中所描述的多功能装置可以与各种关键监测功能集成以支持电网运营商维持电网服务或在电网服务不可用时使电网恢复服务。例如，FCI可以包括电流感测、用于处理FCI信息的硬件、故障逻辑、通信和电力(例如，可能通过电力收集)。这些系统和装置可以容易地被封装在(次级)可改装节点中，该(次级)可改装节点仅沿电力线进行通信(例如，仅与网络中的其他节点进行通信)。其他支持的功能可以包括电力质量监测、PD监测、离散温度监测、故障定位、时域或频域反射仪、初期故障检测和其他功能。在一些示例中，这些其他功能还可以由可改装的耦接机制来支持，以降低每个装置的成本和部署的复杂性。为了能够进行通信，根据本公开内容的技术，可改装的耦接系统可以支持从次级卫星节点至初级中央连接节点的通信，或者从卫星节点至另一次级节点的通信。

电力线可以将电力从电力源(例如，发电厂)传输至电力消费者，例如企业或家庭。电力线可以是地下的、水下的或架空悬挂的(例如，从木杆、金属结构等架空悬挂)。电力线可以用于以相对高的电压(例如，与用于家庭内的电缆——根据应用和地理区域其可以传输约12伏特与约240伏特之间的电力——相比)进行电力传输。例如，电力线可以传输约600伏特以上(例如，在约600伏特与约1000伏特之间)的电力。然而，应当理解，电力线可以传输任何电压和/或频率范围内的电力。例如，电力线可以传输不同的电压范围内的电力。在一些示例中，第一类型的电力线可以传输多于约1,000伏特的电压，例如用于在住宅或小型商业客户与电力源(例如，电力设施)之间分配电力。作为另一示例，第二类型的电力线可以传输约1kV与约69kV之间的电压，例如用于向城市和农村社区分配电力。第三类型的电力线可以传输大于约69kV的电压，例如用于大量电力的二次传输和传输以及与非常大的消费者的连接。

电力线包括电缆和一个或更多个电缆附件。例如，图1描绘了两个示例电力电缆100A和100B(统称为“电缆100(cables 100)”，或者，可替选地统称为“电缆100(cable100)”)。电力电缆100A是例如具有单个中央导体的单相MV电缆的示例。电力电缆100A包括护套或外护套102、金属护套或电缆护罩104、绝缘屏蔽106、绝缘108、导体屏蔽110和中央导体112。电力电缆100B是例如具有三个中央导体的三相挤出型中压(MV)电缆(three-phaseextruded medium-voltage(MV)cable)的示例。多相电缆例如电缆100B可以在单个护套102内承载多于一个护罩导体112A至112C。典型但未描绘的电缆层的其他示例包括放置在导体绞合线114(“绞合线填充”)内，或者在电缆100的各种其他层(“填充物116”)之间的可膨胀或阻水材料。

示例电缆附件可以包括接头、可分离连接器、终端和连接器等。在一些示例中，电缆附件可以包括被配置成物理地且导电地耦接两个或更多个电缆100的电缆接头。例如，电缆附件可以将电缆100A物理地且导电地耦接至电缆100B。在一些示例中，终端可以被配置成将电缆100物理地且导电地耦接至附加的电气设备，例如变压器、开关设备、变电站、企业、家庭或其他结构。

在其他示例中，如下面关于图2进一步详述的，电缆附件可以包括具有一个或更多个传感器、一个或更多个通信装置、以及/或者一个或更多个电力收集装置的监测装置202A、202B(统称为“监测装置202(monitoring devices 202)”，或者，可替选地称为“监测装置202(monitoring device 202)”)，该监测装置202可以电耦接至电缆100的绝缘屏蔽106以执行各种功能。一个或更多个传感器可以输出指示电缆附件的状况的传感器数据。这样的传感器的示例包括温度传感器、本地放电(PD)传感器、烟雾传感器、气体传感器和声学传感器等。通信单元可以将感测到的数据传输至远程计算系统和/或对感测到的数据应用本地分析。

根据本公开内容的另外的方面，计算系统，例如远程计算系统和/或集成在电缆附件的监测装置202内的计算装置，至少部分地基于耦接和/或其他传感器数据来确定电缆附件的“运行状况”。例如，计算系统可以例如实时地，至少部分地基于传感器数据来确定电缆附件202是否将在预定的时间量内出现故障。通过确定电缆附件的运行状况并在故障事件发生之前对其进行预测，计算系统可以较快地且较准确地识别潜在故障事件，仅举几个示例，该潜在故障事件可能影响整个电网的电力分配或者工人和/或民用安全。此外，计算系统可以在故障事件发生之前，主动地且抢先地生成通知和/或改变电网的操作。

在本公开内容的示例中，可改装的监测装置202包括耦接层，该耦接层可以支持注入或者提取“有意”信号的其他功能或者支持提取可以指示电缆100即将发生故障的“无意”或“本地”信号(例如，局部放电信号)的那些功能。支持上述功能的有意信号包括可以帮助表征电力线的脉冲或啁啾(例如，时域回射仪(ime-domain retroreflectometry，TDR)或频域回射仪(frequency-domain retroreflectometry，FDR))或者同步一个位置与另一位置之间的定时的时间同步信号。例如，电力线上感兴趣的无意或本地信号包括AC波形和嵌入在AC波形内的异常或局部放电(PD)。此外，由于本地信号和有意信号两者都受到噪声干扰，因此消除至少一些噪声的耦接机制是有益的。

通常，本文中所描述的示例系统、装置和/或技术可以提供：针对电缆100的可以支持沿电缆100至网络的其他部分的通信的可改装的耦接模式；可以支持基础设施监测的用于注入和/或提取有意信号以及提取本地信号的各种功能的耦接；降低了噪声的耦接方法；改装电缆通信能力与至少一个功能和降噪的组合；以及/或者支持多于一个功能的耦接。

本文中所描述的信号，包括无意本地信号(例如，PD)和有意信号(例如，通信信号)两者，通常可以包括位于约0.1MHz至约10MHz的频率范围内的射频(RF)信号。在这个频率范围内，电缆100可以被认为是同轴传输线，其包括在电缆端中的一个或两个处接地的中央导电芯112、介电绝缘层108和同轴导电护罩104。在这样的系统中，在距端部足够远的距离处，芯导体112和护罩104两者上的电位将相对于接地振荡。因此，可以通过电容地耦接至护罩104(例如，通过在电缆护套102上包裹导电层118(例如，图3的导电金属箔118))来检测信号，从而产生包括护罩104、护套介电102和导电层118的耦接电容器120(图3)。

一种用于测量RF信号的示例技术是例如通过在耦接电容器120与本地接地420之间连接RF放大器(例如，图4的节点402)来测量耦接电容器120与本地接地420(图4)之间的电位差。另一方法是将耦接电容器120连接至接地电流放大器并测量流过电容器120的电流。在本说明书中，这样的实现方式被称为“单端”。

注意，在单端方法中，存在于本地接地上的任何RF噪声都可能被注入至测量中。此外，电缆100可能沿途拾取噪声，例如通过电磁拾取器拾取噪声。最终，可能没有在安装点处可用的方便接地连接。

为了解决上述问题，可以使用“差分”方法来代替单端实现方式。例如，图2示出了对三个电缆100A至100C采用差分电容耦接的第一示例。如图2所示，本公开内容的技术包括将监测装置(或“通信装置”)202与电缆对的电缆护罩104差分耦接，或者在一些示例中，与至少两个不同的电缆100的电缆护罩104差分耦接，随后用户可以从中选择特定的两个电缆对。更具体地，通信装置202可以物理地耦接至电缆100的外护套102，但是电容地耦接至位于护套102下面的电缆护罩104。如果三个电缆100A至100C都可用，则存在可用于耦接的三个潜在电缆对(100A，100B)、(100B，100C)和(100A，100C)。在具有数目“n”(其中，n>3)个电缆100的多电缆情况下，则存在可以从n个电缆100当中选择的n！/2个唯一可能组合的电缆对。可以在这些多个对上多路复用或重复通信信号。可以从位于远程位置处的类似耦接的通信装置中提取该信号。每个装置202可以本地地感测和传送信息，或者可以充当中继器一起发送信息，或者充当集中器收集信息并且然后将信息发送至中央位置。

如图2所示，装置202可以电容地耦接至与两个不同相位相关联的至少两个单独的电缆(例如，100B、100C)。这些电缆100B、100C可以是相同的三相组或者可以是不相关的单相。然后可以将电压或电流放大器310C(图3)连接在两个耦接电容器120之间，从而测量它们之间的电位差或流过它们之间的电流。这样的实现方式不需要独立接地，并且因此需要可以容易地耦接至电缆系统上的“浮动”安装。此外，差分方法对由系统拾取的任何共模噪声都不敏感。例如，在三相系统(图2和图3)中，三个电缆100A至100C被铺设为束，并且因此，这些电缆将拾取大致相同的电磁噪声，然后差分设置将降低或抵消该噪声。类似地，如果相位不在同一三相系统中，电缆还可以进行类似的拾取。

与电缆护罩104电容耦接的另一特征是，该方法允许用于将RF信号注入至电缆系统中的直接方法，例如，通过在耦接电容器120与接地420之间施加RF电压(例如，针对单端系统)，或者在电缆对之间差分地施加RF电压。如上所述，可以与用于本地信号的方法类似地接收注入的信号。这样的有意信号的注入和拾取可以用于各种目的，例如：装置之间的通信；装置之间的时间同步；用于检测和定位电缆系统中的缺陷、故障和结构变化的时域反射仪(TDR)或频域反射仪(FDR)；信道表征(例如，频率相关损失、传播延迟)；和电网配置/映射。

此外，可以将有意信号注入至多于一个信道中，例如，注入至两个或更多个电缆100或者电缆对中。这样的多信道方法使得增加通信带宽和/或增强通信可靠性。

可以将相同的监测装置(或“耦接装置”)202用于多于一个功能；因此，可以使用相同的电容耦接器120例如用于PD检测和通信两者。此外，此处所描述的耦接装置202可以由具有多个节点的网络内的单个监测节点使用，在其他多个节点处使用类似的或不同的耦接装置。

图3示出了针对电流放大器情况的特定耦接解决方案。如图3所描绘的，电流放大器310A至310C(统称为“电流放大器310(current amplifiers310)”，或者，可替选地统称为“电流放大器310(current amplifier 310)”)可以用于耦接，其中每个电缆100上的两个箔电容器120经由物理地耦接至外护套102上的导电层118，而电容地耦接至护罩104(图2)。这样的示例需要每个差分信道的单独电容器对120，从而防止信道之间不必要的信号泄漏。替选方案是针对每个电力电缆100使用一个电容器120(例如，导电箔118)和高阻抗电压放大器，而不是低阻抗电流放大器310，其中多个放大器310可以连接至每个箔电容器120。在整个本公开内容的其他附图中描绘了每个电缆单个电容器的示例，但是应当理解，图3中所描绘的每个电缆两个电容器的示例是本文中所描述的任何单个电容器示例的可用的附加或可替选示例。

图4是根据本公开内容的技术的另一示例差分耦接系统的示意图。鉴于图3描绘了差分耦接和电缆护罩104电容耦接的特定示例，图4描绘了与电缆护罩104的差分或单端电容耦接，以及另外在相同的一个或多个线上的其他耦接，以提取或注入感兴趣的其他信号(例如，通信信号)的更一般的示例。这种其他耦接可以是单端的(接地参考)或差分的(参考另一电压)。

例如，图4描绘了三个示例电缆监测装置402、404和406。电缆监测装置402经由电缆护套102(或电缆接头，如果存在的话)顶部的物理耦接，而电容地耦接至电缆护罩104。电缆监测装置402是差分或单端功能装置的示例。

电缆监测装置404经由与本地接地420的有线连接的物理连接，而电感地耦接至电缆护罩104。电缆监测装置404是相位之间的差分装置，或者“差分每一相(differential-one-phase-each，DOPE)”功能装置的示例。

电缆监测装置406直接电容地耦接至中央导体112，或邻近于中央导体112。电缆监测装置406是单端功能装置的示例。

图5是根据本公开内容的技术的在多相电缆500上的示例差分耦接实现方式的示意图。如图5所示，电容耦接也可以用于多相电缆500上，该多相电缆500还具有使用其他或类似的耦接方法与其他装置进行通信的能力。如上所述，图5包括第一示例电缆监测装置502例如单端功能装置，其经由电缆护套102和导电箔118顶部的物理耦接，而电容地耦接至电缆护罩104。图5还描绘了第二示例电缆监测装置504例如差分功能装置，其电感地耦接至电缆护罩104。图5还描绘了第三示例电缆监测装置506例如差分或单端功能装置，其电容地耦接至电缆500的中央导体112。

图6是示出根据本公开内容的技术的有意信号注入至电缆600A至600C的差分电容耦接器120中的示意图。除了通信信号之外，可以将有意信号注入至差分耦接器120中。有意信号的示例包括信道表征、时域反射仪(TDR)、故障定位、时间同步、频域反射仪(FDR)、结构异常检测以及其他应用。这些有意信号的一部分可以分布在各种频率上，并且还可以物理地分配在1、2、3或较多信道上，或者可以在1、2、3或较多信道上重复。

图7是示出根据本公开内容的技术的有意信号提取的示意图。例如，图7描绘了示例电缆监测装置702(例如，图2的节点202A)，其被配置成通过差分耦接704(例如，在任何电缆对上的电容耦接120)提取有意信号。差分耦接704具有消除共模噪声的额外优点。电缆监测装置702包括在每一个潜在电缆对(例如，电缆1和2、电缆2和3、以及电缆1和3)上的差分耦接704。装置702还包括对应的电路系统706(被配置成执行合适的算法)以通过比较来自每个电缆对的差分信号来提取有意信号。

图8是示出根据本公开内容的技术的局部放电(PD)提取或者换句话说，确定电缆A、电缆B或电缆C中的哪一个是检测到的PD源的示意图。可以通过差分地检测三个或更多个电缆(如所示)并且然后确定各对中的共同事件来确定与PD事件相关联的物理电缆(1、2或3)。可以通过观察哪些不同对包括PD信号以及哪些对不包括PD信号来估计PD信号的电缆源。例如，对于三电缆系统中的两对(例如，对1-2和对2-3)，仅通过第一差分1-2将检测到电缆1中的PD信号；通过第一差分1-2和第二差分2-3两者将检测到电缆2中的PD信号；并且仅通过第二差分2-3将检测到电缆3中的PD信号。

图9是根据本公开内容的技术的示例差分耦接系统的示意图。从给定位置处的第一节点902(例如，图2的节点202A)发送有意信号(例如线性调制频率啁啾)，并在另一位置处的第二节点904(例如，图2的节点202B)处接收有意信号(例如线性调制频率啁啾)，以表征传输线900，包括建立其频率相关的传输特征。原始信号将具有接收节点904已知的受控形式，并且可以对该原始信号进行分析以提取沿线900的色散、衰减和阻抗失配。可以在一个或两个方向上发送信号。沿线900的第三、第四或任何数目的附加节点也可以接收和发送信号以用于确定线传输特性。一旦对信道进行表征，就可以通过一个或更多个接收节点对接收到的感兴趣的PD信号进行分析，并且可以基于得出的传输线特性估计PD的原始位置。如果节点902、904之间的距离是已知的，则可以确定每个给定距离的衰减，并且然后用于估计到任何给定PD源的距离。

图10是示出根据本公开内容的技术的测量方法的另一示例差分耦接系统的示意图。在转发器节点中，可以通过沿电缆1000的许多测量中的一个来确定电缆传播延迟。例如，可以由第一节点1002(例如，图2的节点202A)发送询问有意信号。当由第二节点1004(例如，图2的节点202B)检测到时，可以在已知的时间延迟之后发回已知的有意响应信号。可以由第一节点1002检测响应信号，并且可以测量询问信号与检测到的响应信号之间的时间差。可以减去延迟时间和检测时间来得出两个节点1002、1004之间的传播延迟。在已知距离的情况下，可以确定物理线1000上的传播速度，或者可替选地，如果已知传播速度，则可以确定距离。尽管示出了两个节点1002、1004，但是多个节点可以按照如所描述的成对方式同时地操作，或者可以根据相同的原始信号生成来自若干个节点的若干个返回信号。

图11是示出根据本公开内容的用于脉冲信号注入和提取的示例技术的电缆监测系统的示意图。从一个节点1102(例如，图2的节点202A)至另一节点1104(例如，图2的节点202B)的有意脉冲可以用于确定随着时间的推移传输线1100中的任何显著结构变化。例如，如果接收节点1104检测在时间2处接收到的脉冲1108与在时间1处接收到的脉冲1106相比的变化(例如，由于电缆1100中的点1110处的结构变化引起的变化)，则操作员可以提醒已经发生了变化。结构变化1110的非限制性示例包括电缆护罩104或导体112(图1)的损坏、节点1102与1104之间的接头退化、或者诸如水分存在和/或温度变化的环境变化。任何这些示例结构变化都可能引起节点1102与1104之间以及时间1与时间2之间的电缆1100A、1100B中的一者或两者内的某个点1110处的电阻抗中的变化，从而导致随着时间的推移接收到的脉冲1106、1108中的观察到的变化。

图12是示出根据本公开内容的用于有意信号提取的示例技术的另一电缆监测系统的示意图。可以由同一节点1202(例如，图2的节点202A)发送(1204A)和接收(1204B)脉冲1204以确定传输线特征并且还监测传输线1200中的显著变化，该显著变化指示出现的电位或其他严重缺陷，例如护罩104或导体112(图1)的损坏。发送(1204A)和接收(1204B)之间的时间延迟可以用于估计到结构元件的距离，到结构元件的距离限定了反映信号1204的阻抗变化。可以使用来自多个线的响应组合来提取传输线1200中阻抗变化所位于的物理电缆1200A、1200B。

图13是根据本公开内容的技术的另一示例差分耦接系统的示意图。具有自相关分析的电压监测可以用于检测沿电缆1300A、1300B的结构变化或其他中断1310。节点1302(例如，图2的节点202A)监测所有电压变化，无论它们相对于传输线1300是有意信号还是本地噪声。例如，这些电压变化可能是拾取噪声、切换噪声、PD、来自不同节点的有意信号或其他原因的结果。然后节点1302还检测相同电压模式在节点1302与沿电缆1300的阻抗失配1310进行交互时的对应反射。自相关分析可以用于将原始电压模式“1”映射至电压模式“2”的延迟副本上，从而确定具有中间时间延迟的初始参考状态(例如，基于距点1310处的电压反射的距离确定)。物理线1300A、1300B中的结构变化将导致时间延迟的变化，并且还可能导致自相关信号大小的可检测变化。然后，系统可以提醒操作员这种变化，并且如果传播延迟是已知的或者是可以估计的，则可以估计到结构变化1310的距离。

图14是根据本公开内容的技术的用于确定PD源1460的位置的另一示例差分耦接系统的示意图。估计两个或更多个检测站点1402、1404(例如，图2的节点202)之间的PD源1460的位置的一种方法是同步每个站点处的时钟并记录两个站点处的PD事件的到达时间。同步可以是有线的或无线的(例如基于GPS的)。针对每个站点1402、1404记录相对于绝对时间的PD到达时间，并且站点然后将信息传送至中央位置、信号集中位置或另一位置，并且计算PD事件到达时间的差。然后使用该时间差来估计站点1402、1404之间的相对位置1460。如果站点间隔是已知的，则可以确定PD源1460距位置1402、1404中的一个位置的距离。

图15是根据本公开内容的技术的用于确定PD源1560的位置的另一示例差分耦接系统的示意图。确定PD源1560的另一方法是使用从一个或更多个站点1502、1504(例如，图2的节点202)沿电缆1500A至1500C发送的定时信号，在该方法中测量了PD信号到达时间和定时信号到达时间。在一些这样的示例中，节点1502发送定时信号，并且相对于在节点1502处发送的定时信号和在节点1504处接收到的接收定时信号的定时来测量PD信号。这些时间差的比较提供了对PD源1560的位置的估计。了解线1500上的传播延迟可以进一步改进对PD源1560的位置的估计。

本文中所描述的系统(例如，组件)、装置(例如，节点)和技术(例如，方法)的各种示例可以在电力线监测中使用，并且可以包括关于图2至图15示出和描述的以下示例配置，如上文所提及并描述的。在第一示例配置中，通常示出在图4和图5中，电缆监测装置(例如，节点402、节点502)包括与电缆100的接地护罩104以及与本地接地420的电容耦接120。这种配置可以提供以下功能：(1)提供具有使用相同或其他方法注入有意信号的其他节点(404、406、504、506)的系统；(2)检测本地系统信号，如局部放电信号；(3)检测在另一节点处生成的有意信号；(4)检测从相同节点发送的返回信号；以及(5)使用自适应噪声抵消来去除电缆100(400、500)之间的共模噪声，以只留下相位唯一的PD信号。

在第二示例中，电缆监测系统的装置(例如，图2的节点202A)包括与接地护罩104至两个或更多个电力电缆(100A至100C)的电容耦接120，并提供差分噪声抑制以用于在电缆上接收有意和本地信号。这种配置可以提供以下功能：(1)提供使用带有差分和电容耦接或其他方法(例如，如图2、图4、图6、图9、图10、图11和图12中)的有意信号注入的系统；(2)检测本地系统信号，如PD(例如，如图4和图8中)；(3)检测在另一节点处生成的有意信号(例如，如图9、图10和图11中)；(4)检测从相同节点发送的返回信号(例如，如图12中)；(5)使用多于一个差分耦接对来区分哪个电力线100包括感兴趣的信号(例如，如图8中)；以及(6)使用自适应噪声抵消来去除电缆100之间的共模噪声，以只留下相位唯一的PD信号。

在另一示例中，装置(例如，图2的节点202A)包括使用安装在一个或更多个电缆100上并测量电缆100中的净电流的电流传感器(例如，高频电流互感器，或“HFCT”)，该装置与电容传感器和自适应噪声抵消算法结合以去除信号中的噪声。

在又一示例中，装置(例如，图4的节点404)包括与电缆护罩104的差分电感耦接或者与两个或更多个电缆100(例如，在电缆100之间)的接地延伸以用于有意信号注入或提取，或者本地信号提取。该示例配置可以在至少具有使用相同或其他耦接的另一节点的系统中使用。

在又一示例中，装置包括与电缆100的接地护罩104以及与本地接地420的电容耦接102，并且注入有意信号(例如，如图4和图5中)。

在又一示例中，装置包括与两个或更多个电缆100的接地护罩104的电容耦接120并且差分地注入有意信号(例如，如图2中)。该示例配置可以在具有使用相同或其他方法(例如，如图2、图4、图6、图7以及图9至图12中)注入有意信号的其他节点的系统中使用。可用的功能包括通信，例如，其中电容耦接120(与电缆护罩104的电容耦接)使在一对电缆100上能够创建差分数据信道(例如，如图2、图4、图6、图7以及图9至图12中)；并且该通信可以沿多于一对的电缆100多路复用。可用的功能还包括信道表征，其中，例如，可以完成使用已知信号(例如，啁啾或脉冲)注入的信道频率响应测量(例如，如图9中)。信道特征可以用于：(1)基于测量的PD信号形状估计到PD源的距离；(2)监测随着时间的推移沿电缆长度的状况或环境变化，例如在电缆内部和周围的温度、含水量以及介电退化；(3)感测电网布局中现有的或出现的结构缺陷或者变化的存在(切换位置、新设备或分支)；(4)通过测量在已知的或估计的距离上从发射信号至接收信号的时间延迟来提供传播延迟估计；以及/或者(5)通过将信号从一个节点发送至另一个节点并且在已知时间周期内发回响应来测量飞行时间并推断节点之间的距离(例如，如图10的“转发器”示例所示)。

在又一示例配置中，电缆监测系统也可以用于异常检测和定位。在该示例配置中，系统可以提供：例如时间同步，例如在由接收节点侧使用的一些或所有节点处重复同步信号注入，以锁定和同步其本地时钟，随后在该节点和其他节点处接收和报告感兴趣的该信号和本地信号(例如，PD信号)的到达(或发射)本地时间(例如，如图14和图15中)；使用本地噪声和异常以及自相关分析的无源TDR，来检测电力线100或设备中出现的结构变化(例如，如图13中)；使用注入的有意信号(例如脉冲或宽带啁啾)并监听的有源TDR，以用于反射故障和结构变化(例如，如图11和图12中)；从一个节点至另一个节点的脉冲传输，以检测两个节点之间的结构变化，该结构变化包括电网布局，例如切换位置和新设备或分支(例如，如图11中)；以及/或者重复的飞行时间(ToF)测量，以监测电缆特性中的由于例如温度变化、水分存在或两个节点之间老化引起的变化(例如，如图9至图12中)。

在又一示例中，图16示出了通过本公开内容的耦接技术(例如，如关于图2和图3示出和描述的电容耦接)启用的示例装置，该示例装置具有上述示例功能中的一些或所有。更具体地，图16是示例电缆监测装置1600的示意图，其被配置成可改装在电力电缆100A至100C上，并且使用电容耦接120进行一个或更多个功能(本文中提供了其非限制性示例)。通过使用差分信号注入和提取可以降低共模噪声。在该示例中，主要硬件单元被安装在电缆上，但是可以被布置在本地任何地方。此外，一些或所有部件可以集成(例如，组合)到与图16所示的那些部件相比较少的离散部件。

如图16所示，电缆监测装置1600包括主要硬件单元1610、一组电容耦接120(如上所述)、附加传感器1620和可选的能量收集单元1630。

主要硬件单元1610与图16的其他部件结合被配置成提供上述示例功能，该示例功能包括但不限于：PD信号提取、测量和分析；PD定位；功率调节(例如，经由功率调节电路系统)；沿电缆100传输和接收数据通信；无线通信；传输和接收时间同步信号；自相关分析(例如，对应的电压信号，如上所述)；电阻抗测量；TDR；FDR；故障检测和定位；温度测量；电流测量；带有逻辑的FCI；电能质量分析；逆功率流分析；波形捕获和分析；初期故障检测；结构异常检测；气体或液体(例如，水)检测；以及作为用于信号传播延迟的转发器的功能。

如上所述(例如，关于图2和图3)，电容耦接120可以各自包括包裹在电缆护套102的至少一部分的周围的箔状导体118(如图17所示)，以将主要硬件单元1610电容地耦接至每个电缆100的电缆护罩104(图1)。附加传感器1620可以包括——作为非限制性示例——温度传感器、电流传感器(例如，罗戈夫斯基线圈)、化学传感器、高频电流互感器或其他传感器。能量收集单元1630电感地耦接至电缆100C以获取电能，从而为主要硬件单元1610的功能供电。

图17A至图17C示出了用于单相电缆的电缆监测系统的节点的电容耦接装置(或“电容耦接”)的示例部件。更具体地，图17A至图17C是图1的电力电缆100A的截面图，其示出了电容耦接1720B、1720C的示例布置，该电容耦接1720B、1720C是图3的电容耦接120的示例。如图17B所示，电容耦接1720B可以被添加至电缆外围(例如，外周边或周围)的一部分(例如，小于整体)。可替选地，在图17C所示的示例中，电容耦接1720C可以被添加在整个电缆外围的周围。

如图17B所示，电容耦接1720B可以包括：外介电盖或壳体1722；可选的接地平面1724和介电分离器1726，其被配置成使外部电磁干扰(EMI)的接收最小化；以及感测(例如，导电)层1728，其是图3的箔层118的示例。

电容耦接1720B、1720C可以使用诸如图16的电缆监测装置1600的电气设备管理系统(EEMS)来实现，以用于监测电网的电力电缆100。EEMS可以使得授权的用户能够管理用于电网的电气设备的检查、维护和更换以及能够调整电网的操作。

通常，EEMS可以提供数据采集、监测、活动记录、数据存储、报告、预测分析和警报生成。例如，根据本文中所描述的各种示例，EEMS可以包括用于预测电气设备的物品的故障事件的基础分析引擎，和/或用于报告预测的故障事件的警报系统。通常，如本文中使用的，“故障事件”可以指电力源与电力消费者之间例如由电气设备的物品(例如，电缆接头)的劣化或破损引起的电力输送的中断。

EEMS可以提供电气设备管理工具的集成套件并实现本文中所描述的各种技术。也就是说，EEMS可以提供用于管理在一个或更多个物理环境内的电气设备(例如，电缆100、接头、互感器等)的系统，该物理环境可以是城市、社区、建筑物、建筑工地或任何物理环境。示例EEMS及其部件在共同转让的于2019年9月5日提交的、题为“ELECTRICAL POWER CABLEMONITORING DEVICE USING LOW SIDE ELECTRODE AND EARTH GROUND GROUNDSEPARATION”的国际专利申请号PCT/US2019/049801中进行了描述，该国际专利申请通过引用其整体并入本文。

如本文中所描述的，对于一些应用，期望将电力线监测和通信系统改装至多相电力线的现有中压(MV)或高压(HV)电缆上，例如，如上面参照图1所描述的。例如，在不例如通过切割电缆或穿透电缆护套102损害电缆完整性的情况下，来改装多相电力线可以是有利的。如上所述，这可以通过将耦接层118电容地耦接至电缆护罩104来完成。

根据本公开内容的技术，图18至图25示出了这些类型的检测、监测和通信系统的特定示例，这些系统被特别地配置成检测近源(或“本地”)PD信号(例如，源自距检测器约10米内的PD信号)，或者换句话说，各自源自电缆上的相对靠近于各自监测系统的感测节点的传感器(例如，耦接层118)位置的PD信号。例如，如下面进一步详述的，与相对远源(“远程”)PD信号(例如，源自距检测器远于约10米的PD信号)相比，本地PD信号包括可以有利地用于检测目的的特定特性，除了其他缺点之外，该相对远源(“远程”)PD信号可能难以与电缆的交流(AC)内的其他电噪声(例如，“本地”信号)区分开来。

PD信号通常包括跨宽频率范围例如，具有从赫兹(HZ)至千兆赫兹(GHZ)数量级的宽频率范围分配的电能。虽然PD信号可以根据距PD源位置的距离增加而表现出信号衰减，但是较高频率的PD信号通常与较低频率的PD信号相比以较高的速率(例如，在dB/米的量级上)衰减。因此，实际上只能在距PD源位置有限的距离(例如，在阈值距离范围内)处检测到较高频率的信号。

其他本地电信号诸如随机噪声信号通常以类似的方式并通过类似的机制衰减，例如，仅在沿电缆的任何特定点处的相对较低的频率范围内表现出显著功率(例如，信号幅度)。这种随机噪声源的一些非限制性示例包括来自沿电缆的其他(远程)源的局部放电、射频(RF)拾取、系统切换、电子切换、来自连接的电气设备的电磁(EM)脉冲、闪电式罢工和热噪声等。

由于这些原因，在沿电缆的相对靠近于PD源(例如，距PD源约10米内)的“本地”位置处，较高频率的PD信号内容可较容易地与噪声信号区分，或者换句话说，与距PD源较远的电缆位置相比，PD信号的高频内容表现出较高的信噪比。因此，与传播距PD源较长的距离的PD信号相比，本公开内容的系统和技术被配置成利用该特性来较容易地(并且以较低的成本)提取(例如，检测和识别)本地PD信号，在传播距PD源较长的距离的PD信号的情况下，仅较低频率的PD信号内容保留了从背景噪声中提取基本上较困难且较昂贵的内容。例如，本文中所描述的电力线监测系统包括具有可以用于这种类型的高频PD信号检测的相对低复杂度、低成本和低功率电路的节点。例如，如关于图18至图25所描述的，本公开内容的电力线监测系统可以包括：高通滤波器，其被配置成减少来自电信号的较低频率的内容；峰值检测器，其被配置成识别过滤后的电信号内的较高频率的峰值；以及微控制器或其他处理电路系统，其被配置成基于识别的峰值检测PD事件、提取PD事件的对应定时和幅度、分析指示PD事件的信号；并且在一些示例中，生成统计表示，其描绘了随着时间的推移在特定位置处检测到的PD事件的历史频率。

在感测节点检测到PD事件之后，感测节点然后可以使用上述电力线通信技术，或者通过其他通信方法在相对较长的距离上将(1)表示PD事件的单个数据点或(2)表示许多历史上检测到的PD事件的统计数据传送至电力线监测系统的另一节点或其他节点。在一些示例中，例如，与典型的高频数字采样器相比，本公开内容的感测节点可以被设计成在相对低水平的功率上操作。在一些这样的示例中，感测节点可以包括低复杂度和低成本的电感功率收集系统(例如，如图16和图20所示)。

本公开内容的系统和技术的另外的优点在于，通过执行本地PD信号的检测，直接地已知PD事件的源位置(例如，对应于PD检测传感器的已知位置)，或者可容易地从一组有限的潜在源位置(例如，对应于一组传感器的位置，其中一个传感器是PD检测传感器)中识别PD事件的源位置。因此，本文中所描述的本地PD监测系统不需要实现复杂的源识别电路系统和算法来执行节点之间的时间同步以定位可能发生在沿电缆的几乎任何位置处的PD事件。作为一个特定示例，对于合并电缆分支的网络(例如，电网)，先前的PD定位技术在一些情况下可能仍然无法将分支或分支的特定电缆段识别为PD事件源。通过比较，本文中所描述的技术基于检测到PD事件的感测节点的识别有利地识别PD源位置。

作为一个示例，检测PD事件的感测节点可以被配置成报告(例如，输出)指示PD事件数据和唯一感测节点标识符两者的信号，然后可以交叉引用该信号以确定感测节点的物理(例如，地理)位置。在其他示例中，感测节点可以输出其物理位置的直接指示，使操作员能够在电缆故障之前快速地到达并解决PD事件的原因。

本文中所描述的本地PD检测技术和系统在应用于具有有限数量的小的、分布式位置的系统(例如，电网、多相电力线或其他电缆系统)时特别地有利，这些小的、分布式位置本质上更可能通过局部放电而失效。这些类型的位置的非限制性示例包括诸如电缆接头和终端的电缆附件，以及耦接至一个或更多个电缆的其他电气设备。

布置在这些类型的位置处或附近(例如，在这些位置中的一个位置的约10米内，例如约5米，或优选地在约1米内)的感测节点可以被配置成在连续的或半连续的(例如，周期的)基础上，确定并自动地报告关于监测到的PD排放的发展，该PD排放可以指示电缆故障的风险增加。作为非限制性示例，示例报告可以包括指示PD信号大小、每单位时间检测到的PD事件的数目、PD事件与背景AC功率信号之间的相位关系以及随着时间的推移检测到的PD事件的数字分配的PD参数数据。特别地，如果PD事件相对靠近于感测节点发生，则可以较准确地测量和评估检测到的PD信号的大小(例如，幅度)。

在确定这些类型的PD参数之后，电力线监测系统可以被配置成基于PD参数(例如，信号大小)确定(例如，预测)针对每个PD源位置的电缆故障的对应风险。在一些示例中，监测系统可以执行不同源位置站点之间的PD参数比较，以提供各个源位置站点中的相对优先次序(例如，优先级排序)，使得操作员可以更有效地检查、维修或更换PD源位置。

在本文中的另外的示例中，包括被配置成监测潜在PD源位置的多个节点的电力线监测系统(例如，本地PD检测系统)可以确定和存储指示随着时间的推移电缆损坏的进展趋势的数据。在一些这样的示例中，监测系统可以进一步被配置成应用损坏进展数据作为用于一个或更多个机器学习算法的训练数据，以估计例如表现出PD进展信号模式的新安装的电力线中的后续损坏进展速率。在监测系统检测到实际电缆故障的情况下，监测系统可以使用故障电缆的损坏进展数据以生成较准确的预测故障算法，并将该算法用在从PD事件源位置导出的后续PD参数数据上，该PD事件源位置被确定成朝向电缆故障进展。

如上所述，本文中的示例电力线监测系统可以被配置成监测作为局部放电事件的高风险源的电缆附件。在这样的示例中，本文中所描述的本地改装电容耦接技术可以直接地应用于接头或终端，或者在其他示例中，可以应用在相对靠近这些附件的电缆上的位置处。

本文中所描述的电容耦接技术可以应用于单端配置(例如，使用耦接至单个电缆和本地接地的节点)或差分配置(例如，使用在两个或更多个电缆上电容地耦接的节点)。如上所述，并且如图24所示，在单端配置中，PD源位置可直接地识别为检测到PD信号的电容传感器的位置。

通过比较，在差分配置中，PD源位置可以在节点电容地耦接至的电缆中的任何一个上。因此，本公开内容的技术包括用于识别承载PD源位置的特定电缆的方法和系统，如下面关于图22和图23所描述的。例如，在包括“n”个电缆的差分配置中，本地PD检测系统需要最少(n-1)个差分耦接检测电路(例如，对于三个电缆，需要两个差分检测电路)。在其他示例中，如果其中发生PD事件的特定电缆不是立即已知也不容易辨别(例如，由于监测系统内存在少于n-1个节点)，但是PD事件引起了足够的关注(例如，基于信号大小或其他相对严重的指示)，则电力线监测系统可以被配置成将附加的检查活动引导至感测节点附近的区域，以确定损坏的确切位置(例如，通过基于视觉的检测技术、基于热的检测技术或基于电磁的检测技术)。

图18是示出根据本公开内容的技术的被配置成检测电力线内的本地局部放电(PD)事件的第一示例电力线监测系统1800的示意图。系统1800包括两个中跨感测节点1802和1804。在其他示例中，根据本公开内容的技术的本地PD检测系统可以包括与图18中所描绘的那些节点相比较多、较少或不同的节点。

感测节点1802包括各自沿电缆1850A至1850C的连续段定位的电容传感器1820A至1820C。通过比较，感测节点1804包括沿电缆1850A至1850C的非连续段定位的电容传感器1820D至1820F。更具体地，传感器1820D至1820F中的每一个包括设置在电缆接头1860周围的耦接层(例如，与图3的箔118相同或基本上类似)，该电缆接头1860被配置成连接各自电缆的两个相邻段。除了本文中所描述的差异之外，电容传感器1820A至1820F可以与上面参照图3所描述的电容地耦接的传感器120相同或基本上类似。此外，除了本文中所描述的差异之外，电缆1850A至1850C可以与上面参照图3所描述的电缆100A至100C相同或基本上类似。

感测节点1802、1804被配置成通过上述通信技术(例如，经由电缆1850内的有意信号的注入和检测)，经由传感器1820彼此通信以及/或者与整个本公开内容所示出的和/或所描述的任何其他节点进行通信。

如上所述，本地PD检测系统1800的传感器1820可以有意地布置在沿电缆1850的与沿电缆1850的基本连续段的其他位置相比处于经历局部放电事件的风险相对较高的位置处或附近，例如在电缆接头1860、电缆终端或其他电缆附件处或附近。作为一个示例，传感器1820可以各自布置在沿电缆的高风险电缆位置的约10米内，例如在约10米内，或优选地在约1米内。

特别地，图18描绘了系统1800的示例差分配置，该系统1800包括通信装置(例如，节点1802、1804中的任一个)至电缆对(例如，电缆1850中的任何两个)的护罩层104(图1)的差分电容耦接1820。在具有三个电缆的示例电力线中，如图18所示，存在针对节点1802、1804可用的在其上电容耦接的三个潜在的电缆对。通常，对于具有(n>3)个电缆的多电缆电力线，存在n！/2个可用于差分耦接的唯一电缆对。如上所述，可以在这些多个对上多路复用或重复通信信号(例如，有意信号)。可以从在远程位置处的类似耦接节点提取通信信号。使用传感器1820，每个节点1802、1804能够：执行任何或所有本地PD信号感测；传送(例如，发送和接收)有意通信数据；用作中继器装置以沿各自电缆1850发送信息；或者集中收集的信息以用于传输至中央位置。

图19是示出根据本公开内容的技术的用于将节点1902、1904、1906、1908耦接至电力线的电缆1950A至1950C的示例技术的示意图。在图19的示例中，可以有若干种不同的方法用于将节点1902至1908耦接至电缆1950。

例如，在电缆护罩104与接地420A之间的连接之上，节点1902电感地耦接至电缆护罩104。节点1902表示差分耦接配置，例如，在电缆1950中的每一个潜在电缆对上进行差分耦接。此外，该配置表示“每一相(one phase each)”差分耦接，因为节点1902包括与三个电缆1950A至1950C中的每一个的单独电感耦接。

节点1904是单端耦接配置与差分耦接配置之间的混合的示例。例如，节点1904包括单独的传感器1920，其电容地耦接至电缆1950中的相应一个，如上所述(例如，电容地耦接至护套102顶部的护罩104)。然而，节点1904附加地耦接至本地接地420B。因此，节点1904包括传感器1920中的任意两个之间的差分耦接，以及还包括本地接地420与传感器1920中的任意一个之间的单端耦接。节点1906包括与节点1904类似的配置，不同之处在于节点1904电容地耦接至电缆接头1860附近(例如，本地)的电缆段1950，而节点1906的传感器直接电容地耦接在电缆接头1860顶部。

节点1908包括电容地耦接至电缆1950的中央导体112的传感器。由于节点1908还包括本地接地420D，因此节点1908是具有本地接地420与传感器中的任意一个之间的连接的单端耦接配置的示例。如上所述，每个节点1902至1908能够感测在电缆1950内行进的信号，收集通过电缆1950传输的有意数据，或者从各自节点传输有意通信来通过电缆1950传输以在另一节点处接收。

图20是示出根据本公开内容的技术的另一示例本地PD检测系统2000的示意图。本地PD检测系统2000是用于在耦接至多个电缆2050A至2050N的单个感测节点2010处进行本地局部放电检测、有意信号通信、电力收集和其他信号感测的外部和可改装解决方案的示例。感测节点2010经由直接设置在电缆接头1860上方的耦接层118电容地耦接至电缆护罩104(图1)。该示例配置提供了提取本地信号如PD的能力以及还提供了将有意信号(例如，通信信号)注入至电缆2050中的能力。

电力线监测系统2000还包括多个附加传感器2020，作为非限制性示例，所述多个附加传感器2020可以包括温度传感器、电流传感器(例如，罗戈夫斯基线圈)、化学传感器、高频电流互感器或其他类似的传感器。如上所述，因为节点2010被配置成在相对低水平的功率上操作，所以节点2010包括可选的能量收集单元2030，该能量收集单元2030电感地耦接至电缆2050中提供足够的电力以操作节点2010的一个电缆。

图21是示出根据本公开内容的用于检测和处理电力线内的本地局部放电的示例系统2100的概念框图。系统2100包括一个或更多个电容传感器2120、一个或更多个高通滤波器2110A和2110B、一个或更多个信号放大器2112A和2112B、一个或更多个峰值检测器2114A和2114B、微控制器2116、通信器2118和在一些示例中的交流(AC)相位测量器2122。

系统2100包括一个或更多个传感器2120，它们是图3的传感器120的示例。例如，传感器2120可以包括电容地耦接至电缆或电缆附件的电容层118，例如接头或终端。这种电容耦接被配置成检测电缆内的电信号，该电信号包括无意或“本地”信号两者，例如局部放电信号或其他随机噪声，以及有意通信信号。

系统2100还包括一个或更多个高通滤波器2110A、2110B(统称为，“高通滤波器2110”)，其被配置成从由传感器2120检测到的信号中减少或去除较低频率的电信号。如上所述，较高频率的随机噪声和其他本地信号趋于随着与源的距离增加而衰减，从而使较低频率的信号在由传感器2120检测到的信号内占比过高(over-represented)。通过附加地滤除较低频率的噪声，感测信号的剩余部分更可能包括指示近源(例如，“本地”)局部放电事件的高频信号。系统2100还可以包括一个或更多个信号放大器2112A、2112B，该信号放大器2112A、2112B被配置成进一步将本地PD信号与剩余背景噪声区分开来。

根据本公开内容的技术，系统2100包括一个或更多个峰值检测器电路2114A和2114B，该峰值检测器电路2114A和2114B被配置成隔离和提取本地PD信号，这可以有助于当与高速数字采样器相比时显著降低所需的操作功率水平和制造成本两者。峰值检测器电路2114的使用是通过观察PD信号频谱的较高频率的部分来启用的，并且如果实现的话，则进一步得到传感器2120的差分耦接配置的辅助。

系统2100还包括被配置成对识别的本地PD信号执行进一步分析的微控制器2116或其他处理电路系统。在一些示例中，微控制器2116被配置成将历史统计聚集和存储例如在存储器或其他存储部件中，该历史统计指示随着时间的推移检测到的本地PD事件的数目或频率。在一些这样的示例中，微控制器2116可以被配置成：例如当检测到的本地PD事件的频率超过预定阈值时，或者当检测到的本地PD事件的大小(例如，信号幅度)超过预定阈值时，执行警报。

系统2100包括通信装置或模块2118，其被配置成输出数据，例如检测到的PD事件的指示或历史检测到的PD事件的统计数据，以及/或者生成的高于阈值PD事件的警报或其他高可能性电缆故障的指示。在一些示例但不是所有示例中，例如当传感器2120被配置成注入有意通信信号以用于沿电缆传输时，通信装置2118包括传感器2120。在其他示例中，通信器2118包括有线或无线连接，该有线或无线连接被配置成将数据或警报传输至中央计算装置。在一些示例但不是所有示例中，系统2100还包括可选模块2122，该可选模块2122被配置成测量电力线内的AC电流的基本相位，例如，通过微控制器2116将电力线内的AC电流的基本相位与检测到的本地PD信号的相位进行比较。

图22是示出根据本公开内容的用于监测电力线内的本地局部放电事件的示例技术的概念图。具体地，图22描绘了用于监测电力线的三个电缆内(特别地，电缆的电缆接头1860内)的本地PD事件并且然后确定与PD源相关联的特定电缆的示例差分配置。

通常，对于具有n个被监测电缆的电力线，则需要n-1个PD检测电路2200来确定包括PD源的电缆。如上所述，在一些示例中，可以限定和采用非零定时“窗口”，以说明由于例如检测电路2200内的固有不确定性、检测电路2200之间的物理差异而引起的PD信号检测时间中的偏移、变化或差异。例如，发生在稍微不同的时间处但在同一定时窗口内的信号检测可以被认为成在两个电路2200处的“相同”信号检测。相反地，如果一个电路2200A检测到在定时窗口内的信号，但是另一电路2200B没有检测到在定时窗口内的信号，则可以认为在耦接至电路2200A但未耦接至电路2200B的传感器120处已经发生该信号。

在图22的特定示例中，如果顶部PD检测电路2200A检测到本地局部放电信号2246，但是底部PD检测电路2200B没有检测到局部放电信号，则可以断定该信号源自电缆1，这是因为仅电路2200A(而不是电路2200B)耦接至电缆1。

类似地，如果电路2200A和2200B两者都检测到本地局部放电信号，则可以断定该信号源自电缆2，这是因为电路2200A和2200B两者都耦接至电缆2。类似地，如果顶部PD检测电路2200A没有检测到本地局部放电信号，但是底部PD检测电路2200B检测到局部放电信号，则可以断定该信号源自电缆3，这是因为仅电路2200B(而电路2200A没有)耦接至电缆3。

图23描绘了与图22相同的配置，不同之处在于在图23中，电容耦接120不直接地位于电缆接头1860上，而是位于电缆上距离接头1860的约低于阈值距离的位置处。然而，PD信号检测可以仍然被认为是“本地的”，因为检测到源自接头1860A的较高频率分量的PD事件并且使用高通滤波器2110(图21)来分离外界电力线噪声。

图24是示出根据本公开内容的用于监测电力线的电缆内的本地局部放电事件的另一技术的概念图。更具体地，图24描绘了单端配置(如与图22和图23的差分配置相比)，其中本地接地420用作对于每个电容耦接器120的参考。在这样的示例中，可以在每个电缆上采用单个PD电路2400A至2400C，并且识别PD信号2246的始发电缆是明确的。

图25是示出用于电力线内的不同频率的电信号的特征功率损耗(例如，随着距信号源的距离增加而信号衰减)的线图，如可以在示例工业现场处观察到的。如上所述，中压差分信道可以被表征为关于其频率相关的衰减特性。

如图25所示，功率损耗随着频率(以及距源的距离)的变化而显著增加，并且因此，本公开内容的技术包括在相对靠近于PD事件源的某个距离处感测和提取较高频率分量的局部放电信号。此外，由于所有形式的噪声(包括PD信号)通常在距PD源的长距离处表现出相同的基于频率和基于距离的衰减特征，因此必须从较具挑战性的噪声背景中提取PD信号。

图25中所示的图支持这样的构思，即来自局部放电事件的较高频率的信号内容与较低频率的信号内容相比往往在电缆内(至少在相对较短的距离内)持续存在。通过关注这些本地高频信号，本公开内容的技术实现了对PD事件的简单、低成本定位，并且还可以提供具有较少噪声干扰的频率范围。应当注意，PD信号可以具有与图25中所描绘的相比宽得多的频率范围内容，然而，所描绘的范围突出了在较高频率处衰减增加的一般趋势。

在本优选实施方式的详细描述中，参照了附图，这些附图示出了其中可以实践本发明的特定实施方式。所示出的实施方式并非旨在穷举根据本发明的所有实施方式。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以进行结构或逻辑变化。因此，以下详细描述不被认为是限制意义的，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。

除非另有指示，否则在说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应被理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在前述说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，其可以根据由本领域技术人员利用本文中所公开的教导寻求获得的期望特性而变化。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非内容另有明确规定，否则单数形式“一种”、“一个”和“该”包括具有多个指示物的实施方式。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非内容另有明确规定，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的意义使用。

如果在本文中使用，出于易于描述，空间相关术语—包括但不限于“接近”、“远端”、“下部”、“上部”、“之下”、“下方”、“上方”和“在顶上”—用于描述(一个或多个)元件与另一元件的空间关系。除了在附图中描绘和本文中描述的特定取向之外，这样的空间相关术语还包括使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果在附图中描绘的对象被倒置或翻转，则先前描述为在其他元件下方或之下的部分则将在这些其他元件上方或顶上。

本公开内容的技术可以在多种计算机装置例如服务器、膝上型计算机、桌上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、手持计算机、智能电话等中实现。任何部件、模块或单元已经被描述以强调功能方面并且不一定需要由不同的硬件单元来实现。本文中所描述的技术还可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。被描述为模块、单元或部件的任何特征可以一起实现在集成逻辑装置中，或者单独实现为离散但可互操作的逻辑装置。在一些情况下，各种特征可以实现为集成电路装置，例如集成电路芯片或芯片组。此外，尽管在整个说明书中已经描述了许多不同的模块，这些模块中的许多模块执行唯一的功能，但是所有模块的所有功能可以被组合至单个模块中，或者甚至被分至另外的附加模块中。本文中描述的模块仅是示例性的，并且为了更易于理解已经如此描述。

如果以软件实现，则这些技术可以至少部分地通过包括指令的计算机可读介质来实现，该指令在处理器中执行时执行上述方法中的一个或更多个。计算机可读介质可以包括有形的计算机可读存储介质并且可以形成计算机程序产品的一部分，该计算机程序产品可以包括包装材料。计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)，例如同步动态随机存取存储器(SDRAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、磁性数据存储介质或光学数据存储介质等。计算机可读存储介质还可以包括非易失性存储装置，例如硬盘、磁带、压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD)、蓝光光盘、全息数据存储介质、或者其他非易失性存储装置。

如本文中所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适合于实现本文中所描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面，可以在被配置用于执行本公开内容的技术的专用软件模块或硬件模块内提供本文中所描述的功能。即使以软件实现，这些技术也可以使用诸如处理器的硬件来执行软件，以及使用存储器来存储软件。在任何这样的情况下，本文中所描述的计算机可以限定能够执行本文中所描述的特定功能的特定机器。而且，这些技术可以在一个或更多个电路或逻辑元件中完全实现，该电路或逻辑元件也可以被视为处理器。

在一个或更多个示例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则功能可以作为一个或更多个指令或代码在计算机可读介质上存储或者通过计算机可读介质传输并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括：计算机可读存储介质，其对应于诸如数据存储介质的有形介质；或者通信介质，其包括有助于例如根据通信协议将计算机程序从一个地方转移至另一个地方的任何介质。以这种方式，计算机可读介质通常可以对应于(1)非暂态的有形计算机可读存储介质或者(2)诸如信号或载波的通信介质。数据存储介质可以是任何可用介质，其可以由一个或更多个计算机或者一个或更多个处理器访问以检索用于实现本公开内容中所描述的技术的指令、代码和/或数据结构。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。

通过示例的方式，而非限制，这样的计算机可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置、闪存或可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。而且，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或诸如红外、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其他远程源传输指令，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或诸如红外、无线电和微波的无线技术都包括在介质的定义中。然而，应当理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他瞬态介质，而是替代地针对非瞬态有形存储介质。如所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘则利用激光光学地再现数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。

指令可以由一个或更多个处理器，例如一个或更多个数字信号处理器(DSPs)、通用微处理器、专用集成电路(ASICs)、现场可编程逻辑阵列(FPGAs)或者其他等效集成或离散逻辑电路系统来执行。因此，如所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适合于实现所描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面，可以在专用硬件和/或软件模块内提供所描述的功能。此外，这些技术可以在一个或更多个电路或逻辑元件中完全实现。

本公开内容的技术可以在包括无线手持机、集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)的多种装置或设备中实现。在本公开内容中描述了各种部件、模块或单元以强调被配置成执行所公开的技术的装置的功能方面，但是不一定需要由不同的硬件单元来实现。而是，如上所述，各种单元可以组合在硬件单元中或者由包括如上所述的一个或更多个处理器的互操作硬件单元的集合与合适的软件和/或固件结合来提供。

应当认识到，根据示例，本文中所描述的任何方法的某些动作或事件可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全排除(例如，并非所有描述的动作或事件对于该方法的实践是必要的)。此外，在某些示例中，动作或事件可以例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器同时执行，而不是顺序执行。

在一些示例中，计算机可读存储介质包括非暂态介质。在一些示例中，术语“非暂态”指示存储介质没有以载波或传播信号体现。在某些示例中，非暂态存储介质存储可以随着时间的推移而变化的数据(例如，在RAM或缓存中)。

已经描述了各种示例。这些示例及其他示例在以下权利要求的范围内。

Claims

1.一种系统，包括：

节点，包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成电容地耦接至电力线的电缆的护罩层，并且还被配置成从所述电缆收集指示所述电缆中的交流(AC)电信号的传感器数据；

高通滤波器，其可操作地耦接至所述传感器并且被配置成从所述传感器数据中滤除低频信号；以及

处理电路系统，其可操作地耦接至所述高通滤波器并且被配置成基于过滤后的传感器数据检测在所述电缆上对于所述节点来说是本地的位置处的局部放电(PD)事件。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述节点包括检测节点，其中，所述系统还包括电容地耦接至所述电缆的接收节点，并且其中，所述处理电路系统还被配置成使所述节点将来自所述检测节点的标识符注入至所述电缆中，以经由所述电缆将所述PD事件的所述位置传送至所述接收节点。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理电路系统还被配置成使所述节点将数据信号注入至所述电缆中，以经由所述电缆将PD参数数据传送至所述接收节点。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述处理电路系统还被配置成基于至少一个PD事件确定所述PD参数数据，其中，所述PD参数数据包括以下中的至少一者：

所述至少一个PD事件的定时和幅度；

所述至少一个PD事件随着时间的推移的统计表示；

所述至少一个PD事件与所述AC电信号之间的相位关系；或者

与所述至少一个PD事件相关联的电缆故障的风险指示。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述处理电路系统被配置成在连续的或半连续的基础上传送所述PD参数数据。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个传感器电容地耦接至所述电缆的连续段。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个传感器耦接至连接所述电缆的两个相邻段的电缆接头或耦接至所述电缆的终端。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述节点还包括电感地耦接至所述电力线的电力收集装置，其中，所述电力收集装置被配置成提供电能来为所述节点供电。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理电路系统还被配置成：

对于在各个PD位置处的多个PD事件中的每一个PD事件，确定至少包括电缆故障风险的一组PD参数；

基于所述一组PD参数，确定对于所述各个PD位置中的每一个PD位置的相对优先级；以及

基于所述相对优先级，输出排序建议以检查、维修或更换在所述各个PD位置处的电缆段。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理电路系统还被配置成将机器学习模型应用于所述传感器数据，所述机器学习模型被配置成估计所述电缆中在所述电缆上的所述位置处的损坏进展速率。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理电路系统还被配置成：

基于所述传感器数据识别实际电缆故障；

将指示所述实际电缆故障的所述传感器数据存储在存储器中；

基于所述传感器数据生成预测故障算法；以及

基于所述预测故障算法和后续传感器数据，确定正在朝向电缆故障进展的PD位置。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述节点包括单端节点配置，其中，所述至少一个传感器电连接至本地接地，并且其中，所述处理电路系统还被配置成基于所述传感器数据测量流过所述至少一个传感器的电流。

13.根据权利要求1所述的系统，

其中，所述电力线包括两个或更多个电缆，以及

其中，所述节点包括差分节点配置，其中，所述至少一个传感器包括第一传感器，所述第一传感器被配置成电容地耦接至所述两个或更多个电缆中的第一电缆，并且其中，所述节点还包括第二传感器，所述第二传感器被配置成电容地耦接至所述两个或更多个电缆中的第二电缆。

14.根据权利要求13所述的系统，

其中，所述电力线包括多个电缆对，每个电缆对包括两个或更多个电缆中的两个，

其中，对于所述多个电缆对中的每个电缆对，所述节点包括各自差分节点，所述差分节点包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器被配置成电容地耦接至各自电缆对的各自第一电缆和第二电缆，并从各自电缆对的各自第一电缆和第二电缆收集传感器数据，以及

其中，所述处理电路系统还被配置成比较来自所述差分节点的所述传感器数据，以确定所述两个或更多个电缆中的哪个电缆包括所述PD事件的位置。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述处理电路系统被配置成通过以下来确定所述电力线的哪个电缆包括所述PD事件的位置：

限定定时窗口；

识别所述差分节点中在所述定时窗口内检测到所述PD事件的两个差分节点；以及

通过确定所述两个差分节点两者都电容地耦接至的公共电缆来确定所述PD事件的位置。

16.一种非暂态计算机可读介质，包括指令，所述指令在由处理电路系统执行时，使所述处理电路系统基于高通滤波后的传感器数据检测在电力线的电缆上的一个位置处的局部放电(PD)事件，其中，所述位置在包括至少一个传感器的节点的十米内，所述至少一个传感器电容地耦接至所述电缆的护罩层并被配置成从所述电缆收集指示所述电缆中的交流(AC)电信号的传感器数据。

17.根据权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述指令还使所述处理电路系统经由所述节点将标识符注入至所述电缆中，以经由所述电缆将所述PD事件的位置传送至接收节点。

18.根据权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述指令还引起所述处理电路系统使所述节点将数据信号注入至所述电缆中，以经由所述电缆将PD参数数据传送至接收节点，其中，所述PD参数数据包括以下中的至少一者：

对于多个PD事件中的每一个的定时和幅度；

所述多个PD事件随着时间的推移的统计表示；

所述PD事件与所述电缆内的AC电信号之间的相位关系；或者

与所述PD事件相关联的电缆故障的风险指示。

19.一种方法，包括：

基于高通滤波后的传感器数据检测在电力线的电缆上的一个位置处的局部放电(PD)事件，其中，所述位置对于具有传感器的节点来说是本地的，所述传感器电容地耦接至所述电缆的护罩层并收集所述传感器数据；以及

经由所述节点将标识符注入至所述电缆中，以经由所述电缆将所述PD事件的位置传送至接收节点。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

将数据信号注入至所述电缆中，以经由所述电缆将PD参数数据传送至所述接收节点，其中，所述PD参数数据包括以下中的至少一者：

对于多个PD事件中的每一个的定时和幅度；

所述多个PD事件随着时间的推移的统计表示；

所述PD事件与所述电缆内的AC电信号之间的相位关系；或者

与所述PD事件相关联的电缆故障的风险指示。