CN116593842A - 一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统及方法，属于电力设备带电检测技术领域。该检测系统包括依次信号连接的宽频带高频电流传感器、信号调理器、前置放大器、滤波单元、监测单元和远程终端，宽频带高频电流传感器、信号调理器、前置放大器、滤波单元之间均通过同轴欧姆同轴电缆连接。本发明通过使用宽频带高频电流传感器，使得监测系统可以获取较宽频带的电流信号，该电流信号经信号调节器处理之后，可以减少干扰信号的干扰，然后电流信号经前置放大器放大后，可以得到更宽的频带范围，之后信号经滤波单元滤波之后，将测量侧的干扰信号进行滤除，大幅度提升信号的抗干扰性，从而对电缆的绝缘情况可以进行更为准确的检测。
Description
技术领域
本发明属于电力设备带电检测技术领域，具体涉及一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统及方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展与城市化水平的不断提高，为了保障城市建设的规划以及城市的美观，电力电缆已有取代架空线路的趋势。在送电过程中，相较于其他高压设备，电缆绝缘故障的诊断难度大、精确度低。这主要是因为电缆敷设在地下，距离长，故障种类多。如何实现电缆线路的状态评估以保障电缆线路的可靠运行成为目前研究的热点之一。
电缆发生绝缘故障的根本原因是局部放电，电缆的绝缘状况与局部放电量密切相关。每当局部放电量发生变化，预示着电缆的绝缘状况或将发生改变。现有的电缆绝大多数都为交联聚乙烯(XLPE)电缆。这种电缆发生局部放电，它的脉冲包含很宽的频谱。最高可以达到GHz的数量级，最低达到kHz，针对电缆的局部放电检测有多种方法，主体上分为带电检测法和离线检测法。离线检测法需要停电进行检测，大大降低了供电的可靠性。为了有效地提高供电可靠性，需要采用带电检测法。而带电检测法中，高频电流法是目前应用比较成功的方法。目前高频电流法主要检测的局部放电信号范围为3～30MHz，因为检测频带太窄，会导致有些缺陷造成的局部放电信号被漏掉。因此，如何可以在较宽频带范围内进行局部放电信号的检测成为研究的关键问题。
但使用宽频带的传感器采集电缆局部放电信号，采集到的信号中会不可避免的包含许多干扰信号，干扰信号会有以下几种：(1)无线电；(2)高频保护信号；(3)引线产生电晕放电；(4)变压器局部放电信号；(5)开关电器开断时出现的脉冲信号。这些干扰信号会将电缆的局部放电信号完全覆盖，极大地影响了电缆局部放电信号的采样，从而导致对电缆的绝缘情况产生误判。
因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明提供了一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统及方法，去除宽频带的传感器采集的局部放电信号中的干扰信号，从而对电缆的绝缘情况进行准确检测。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明首先提供一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统，包括依次连接的宽频带高频电流传感器、前置放大器、滤波单元、监测单元和远程终端；所述宽频带高频电流传感器用于采集电缆的局部放电信号，并将采集的局部放电信号传递至前置放大器；所述前置放大器用于放大局部放电信号；所述滤波单元用于对放大后的局部放电信号进行滤波；所述监测单元用于接收滤波处理之后的局部放电信号并对所述局部放电信号进行分析处理；所述远程终端用于接收分析处理后的结果并采取对应的处理措施。
进一步的，前置放大器采用三级级联放大电路。
进一步的，滤波单元采用二阶压控电压源低通滤波电路对点信号进行低通滤波。
进一步的，监测单元采用罗氏线圈采集所述滤波单元的输出端的电缆接头的局部放电信号。
一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测方法，包括以下步骤：
S1、对局部放电信号进行采集；
S2、对检测到的局部放电信号进行多级放大，并将放大后的局部放电信号送至滤波单元；
S3、获取实际运行环境中的干扰信息，得到需要滤除的干扰信号范围；对需要滤除的干扰信号进行滤波处理；
S4、利用监测单元接收滤波处理之后的局部放电信号并对所述局部放电信号进行分析处理；
S5、远程终端接收分析处理后的结果并采取对应的处理措施。
进一步的，S3包括以下步骤：
S3.1、分析现场干扰信号的形式和占比；对干扰信号进行频谱分析，若其中某一种干扰信号占总体信号的设定值以上，滤除该干扰信号；
S3.2、搜索放大后的局部放电信号中的窄带周期性干扰的频率；
S3.3、基于搜索出的窄带干扰频率以及级联二阶IRI陷波滤波的滤波方法对放大后的局部放电信号中的周期性窄带干扰进行抑制；
S3.4、去除局部放电信号中所含的白噪干扰；
S3.5、去除周期性脉冲干扰和随机性脉冲干扰。
进一步的，S3.4中，利用基于SWT的小波阈值法去除局部放电信号中所含的白噪干扰。
进一步的，S3.5中，用差动平衡法去除周期性脉冲干扰，用滤波网络去除随机性脉冲干扰。
进一步的，步骤S6包括：
S61、远程终端接收分析处理后的结果；
S62、分析所述结果所属的报警等级；
S63、根据报警等级进行报警显示。
进一步的，利用灯光报警和/或声音报警对报警结果进行显示。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明所述的系统，包括依次连接的宽频带高频电流传感器、前置放大器、滤波单元、监测单元和远程终端，宽频带高频电流传感器，用于使得监测系统可以获取较宽频带的电流信号，然后该电流信号经信号调节器处理之后，能够有效减少干扰信号的干扰，然后电流信号经前置放大器放大后，得到更宽的频带范围，之后信号经滤波单元滤波之后，将测量侧的干扰信号进行滤除，大幅度提升信号的抗干扰性，从而对电缆的绝缘情况可以进行更为准确的检测。
进一步的，前置放大器采用三级级联放大电路，用于放大宽频带高频电流传感器采集到的局部放电信号。采用多级放大，可以获取到更宽的频带范围，以使更宽的频带的信号得到监测。
进一步的，滤波单元采用二阶压控电压源低通滤波电路对点信号进行低通滤波，与多级放大器更为匹配，可提供一定增益，截止频率可调。
本发明所述的方法，依次进行宽频带局部放电信号采集、信号放大、滤波和处理，在滤波之前获取实际运行环境中的干扰信息得到需要滤除的干扰信号范围，再根据干扰信号的时域波形不同可分为连续周期性干扰、白噪声干扰以及脉冲性干扰，并针对现场实际环境来选择合适的去噪算法，保证良好的去噪效果，提高局部放电检测结果的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例中的宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中的宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测方法的流程图；
图3为本发明实施例中的远程终端接收分析处理后的结果并采取对应的处理措施的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，电缆局部放电带电监测系统，包括宽频带高频电流传感器、信号调理器、前置放大器、滤波单元、监测单元和远程终端。
具体地，所述宽频带高频电流传感器(3～300MHz)、信号调理器(可选用型号为LCO210)、前置放大器(可采用型号为AD8422)、滤波单元、监测单元和远程终端通过同轴欧姆同轴电缆依次连接。
其中，宽频带高频电流传感器和信号调节器连接，宽频带高频电流传感器用于采集电缆的局部放电信号，信号调节器可以提高信号的抗干扰性，然后信号经前置放大器放大后，得到的频带范围可以达到20kHz～30MHz，得到较宽的范围。之后信号进入滤波单元，经滤波处理后，测量侧的干扰信号不会进入后续电路。其中，滤波器的频带范围可以调节，可根据现场的电磁环境进行选择，确保避开干扰较多的频带。
本实施例中，通过使用宽频带高频电流传感器，使得监测系统可以获取较宽频带的电流信号，然后该电流信号经信号调节器处理之后，可以减少干扰信号的干扰，然后电流信号经前置放大器放大后，可以得到更宽的频带范围，之后信号经滤波单元滤波之后，将测量侧的干扰信号进行滤除，大幅度提升信号的抗干扰性，从而对电缆的绝缘情况可以进行更为准确的检测。
在以上实施例的基础上，所述前置放大器可以采用三级级联放大电路，用于放大宽频带高频电流传感器采集到的局部放电信号。采用多级放大，可以获取到更宽的频带范围，以使更宽的频带的信号得到监测。
可选的，在一个实施例中，所述滤波单元采用二阶压控电压源低通滤波电路对点信号进行低通滤波，与多级放大器更为匹配，可提供一定增益，截止频率可调。
可选的，在一个实施例中，所述监测单元采用罗氏线圈采集所述滤波单元的输出端的电缆接头的局部放电信号。
所述远程终端主要是根据局部放电信号进行故障诊断，判定是否需要发出警报。
本发明还提供一种电缆局部放电带电检测方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、将宽频带高频电流传感器安装在电缆的接地引线上，并且将其输出端口通过信号调理器与前置放大器连接，对电缆局部放电信号进行采集。
S2、前置放大器首先对检测到的局部放电信号进行多级放大，并将放大后的局部放电信号送至滤波单元进行下一步处理。
S3、获取实际运行环境中的干扰信息得到需要滤除的干扰信号范围。根据干扰信号的时域波形不同可分为连续周期性干扰、白噪声干扰以及脉冲性干扰，得到真实的局部放电信号。在不同的现场，干扰表现出的信号强度与波形并不相同，因此针对现场实际环境来选择合适的去噪算法，保证去噪效果能够达到要求。
局部放电信号的数据处理的顺序结构化模型设计，根据对现场干扰情况的分析，综合多种抗干扰方法并根据情况调整去噪步骤。
具体步骤为分析现场情况、搜索周期性窄带干扰频率、去除周期性窄带干扰、抑制白噪声、去除周期性脉冲干扰、去除随机型脉冲干扰。
在具体应用时对干扰信号的去除可根据现场干扰情况分析来选择所需要的层，跳过不需要的层，而不需要每次都从头到尾执行一遍，简要说明如下：
(1)首先进行干扰情况分析，主要分析现场存在哪几种形式的干扰信号，占比多少，各干扰信号的幅值，以便为抗干扰方法的制定提供较充分的条件。
对干扰信号进行频谱分析，若其中某一种干扰信号占总体信号的30％以上，就要利用滤波的方法进行干扰信号滤除。
(2)对放大后的局部放电信号中的窄带(比本申请中所述的宽带范围窄的频带范围)周期性干扰的频率进行搜索，以确保不漏掉有用的局部放电信号。所以将窄带干扰频率的搜索和周期性窄带干扰的去除分两步，这主要是因为在一定的现场环境下其窄带干扰的频率相对固定，不需要每次都去搜索。
(3)基于搜索出的窄带干扰频率以及级联二阶IRI陷波滤波的滤波方法对放大后的局部放电信号中的周期性窄带干扰进行抑制。
(4)利用基于SWT的小波阈值法处理局部放电信号，去除局部放电信号中所含的白噪干扰。
(5)用差动平衡法去除周期性脉冲干扰。
(6)用滤波网络去除随机性脉冲干扰。
过滤后的信号即为真实的局部放电信号。
S4、采用滤波单元对需要滤除的干扰信号进行滤波处理。
S5、利用监测单元接收滤波处理之后的局部放电信号并对所述局部放电信号进行分析处理。对现场的局部放电信号进行分析，判断是否存在局部放电现象，并得到局部放电电量的大小。
S6、远程终端接收分析处理后的结果并采取对应的处理措施。根据是否发生局部放电情况，判断是否需要发出警报。
其中，如图3所示，所述步骤S6还可以包括以下步骤：
S61、远程终端接收分析处理后的结果；
S62、分析所述结果所属的报警等级；
S63、根据该结果所述的报警等级进行报警显示。例如，利用灯光报警和声音报警对报警结果进行显示。例如对一般的报警级别采用指示灯进行显示，对紧急的报警级别采用声光报警。此外还可以将报警情况通过短信、微信或电话的形式发送给对应的处理人员，以让处理人员快速获取检测结果以快速采取相应的措施。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统，其特征在于，包括依次连接的宽频带高频电流传感器、前置放大器、滤波单元、监测单元和远程终端；
所述宽频带高频电流传感器用于采集电缆的局部放电信号，并将采集的局部放电信号传递至前置放大器；
所述前置放大器用于放大局部放电信号；
所述滤波单元用于对放大后的局部放电信号进行滤波；
所述监测单元用于接收滤波处理之后的局部放电信号并对所述局部放电信号进行分析处理；
所述远程终端用于接收分析处理后的结果并采取对应的处理措施。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统，其特征在于，所述前置放大器采用三级级联放大电路。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统，其特征在于，所述滤波单元采用二阶压控电压源低通滤波电路对点信号进行低通滤波。
4.根据权利要求1所述的一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测系统，其特征在于，所述监测单元采用罗氏线圈采集所述滤波单元的输出端的电缆接头的局部放电信号。
5.一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对局部放电信号进行采集；
S2、对检测到的局部放电信号进行多级放大，并将放大后的局部放电信号送至滤波单元；
S3、获取实际运行环境中的干扰信息，得到需要滤除的干扰信号范围；对需要滤除的干扰信号进行滤波处理；
S4、利用监测单元接收滤波处理之后的局部放电信号并对所述局部放电信号进行分析处理；
S5、远程终端接收分析处理后的结果并采取对应的处理措施。
6.根据权利要求5所述的一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测方法，其特征在于，S3包括以下步骤：
S3.1、分析现场干扰信号的形式和占比；对干扰信号进行频谱分析，若其中某一种干扰信号占总体信号的设定值以上，滤除该干扰信号；
S3.2、搜索放大后的局部放电信号中的窄带周期性干扰的频率；
S3.3、基于搜索出的窄带干扰频率以及级联二阶IRI陷波滤波的滤波方法对放大后的局部放电信号中的周期性窄带干扰进行抑制；
S3.4、去除局部放电信号中所含的白噪干扰；
S3.5、去除周期性脉冲干扰和随机性脉冲干扰。
7.根据权利要求5所述的一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测方法，其特征在于，所述S3.4中，利用基于SWT的小波阈值法去除局部放电信号中所含的白噪干扰。
8.根据权利要求5所述的一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测方法，其特征在于，所述S3.5中，用差动平衡法去除周期性脉冲干扰，用滤波网络去除随机性脉冲干扰。
9.根据权利要求5所述的一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测方法，其特征在于，所述步骤S6包括：
S6.1、远程终端接收分析处理后的结果；
S6.2、分析所述结果所属的报警等级；
S6.3、根据报警等级进行报警显示。
10.根据权利要求9所述的一种宽频带、带滤波功能的电缆局部放电检测方法，其特征在于，所述步骤S6.3中，利用灯光报警和/或声音报警对报警结果进行显示。
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| CN117289100A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 湖南云淼电气科技有限公司 | 基于动态多重陷波法的电缆接头局部放电信号检测方法 |
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