CN117517884A - 一种放电信号测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种放电信号测量系统和方法，能够实现对电缆外部信号的抑制和电缆内部放电信号的测量。所述系统包括差分柔性电极、电极引子、信号引出端和差分放大单元，所述差分柔性电极、电极引子和信号引出端安装于电缆肘型头中；所述差分柔性电极套设于所述电缆肘型头的绝缘层和外护套之间，所述绝缘层套设于导体外；所述电极引子的一端与所述差分柔性电极电气连接，所述电极引子的另一端与所述信号引出端电气连接；所述信号引出端与所述差分放大单元电气连接，所述信号引出端用于接地；所述差分放大单元用于输出放电信号。
Description
技术领域
本申请涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种放电信号测量系统和方法。
背景技术
高压开关柜和配电电缆系统中发生的异常放电是危害柜体和电缆绝缘安全的重要因素，对开关柜连接电缆头和电缆本体异常放电信号进行有效检测，是开关柜和电缆设备状态评估和故障预警的重要手段。
目前，通常采用特高频检测法、高频电流检测法、超声检测法及光测法等在线监测方法来实现放电信号测量。然而，上述方法均通过前端电磁、电流、声信号耦合来实现放电信号测量，在电缆局部放电信号的测量中，容易受到电缆本体之外的干扰信号的干扰，降低了对电缆的放电信号测量的准确度。
发明内容
本申请提供了一种放电信号测量系统和方法，能够实现对电缆外部信号的抑制和电缆内部放电信号的测量。
第一方面，提供了一种放电信号测量系统，系统包括差分柔性电极、电极引子、信号引出端和差分放大单元，差分柔性电极、电极引子和信号引出端安装于电缆肘型头中；
差分柔性电极套设于电缆肘型头的绝缘层和外护套之间，绝缘层套设于导体外；
电极引子的一端与差分柔性电极电气连接，电极引子的另一端与信号引出端电气连接；
信号引出端与差分放大单元电气连接，信号引出端用于接地；
差分放大单元用于输出放电信号。
在一种可行的设计中，差分柔性电极包括敷设于聚偏二氟乙烯薄膜基层上的四个薄层电极，四个薄层电极的形状和面积相同。
在一种可行的设计中，四个薄层电极均匀分布在聚偏二氟乙烯薄膜基层上，使得差分柔性电极安装于电缆肘型头后，四个薄层电极沿周向对称分布。
在一种可行的设计中，电极引子套设于电缆肘型头的绝缘层和外护套之间。
在一种可行的设计中，电极引子包括敷设于聚偏二氟乙烯薄膜基层上的四个薄层引线，每一薄层引线的一端电气连接相应的薄层电极。
在一种可行的设计中，四个薄层引线之间相互平行。
在一种可行的设计中，信号引出端包括敷设于聚酰亚胺薄膜上的四个测量电阻，每一测量电阻为贴片电阻，每一测量电阻的一端电气连接相应的薄层引线，每一测量电阻的另一端电气连接差分放大单元。
在一种可行的设计中，差分放大单元通过四个端口接收四路电流信号，通过跨阻方式对四路电流信号的差模进行放大并输出放电信号。
在一种可行的设计中，薄层电极为导电高分子电极。
第二方面，提供了一种放电信号测量方法，方法应用于上述放电信号测量系统，方法包括：
当电缆肘型头外部放电或其他高频电磁信号引起的暂态对地电流信号加载于外护套时，使用差分柔性电极与电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消暂态对地电流信号；
使用差分柔性电极通过电容耦合方式测量在电缆肘型头内部的放电信号。
本申请上述实施例提供的放电信号测量系统包括差分柔性电极、电极引子、信号引出端和差分放大单元，差分柔性电极、电极引子和信号引出端安装于电缆肘型头中。其中，差分柔性电极套设于电缆肘型头的绝缘层和外护套之间，绝缘层套设于导体外。当电缆肘型头(或其他形状的电缆本体)外部放电或其他高频电磁信号引起的暂态对地电流信号加载于外护套时，本申请实施例提供的放电信号测量系统，使用差分柔性电极与电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消暂态对地电流信号。
并且，能够使用差分柔性电极通过电容耦合方式测量在电缆肘型头内部的放电信号。通过对称差分式电容耦合和多电极共模抑制原理，有效抑制电缆肘形头(或其他形状的电缆本体)之外的干扰信号。
通过设置电极引子的一端与差分柔性电极电气连接，电极引子的另一端与信号引出端电气连接；信号引出端与差分放大单元电气连接，信号引出端用于接地；差分放大单元用于输出放电信号。实现了检测来自电缆终端和电缆本体的局部放电信号，从而实现外部环境的干扰信号和内部放电信号的有效甄别。适用于现场外部干扰源复杂、噪声抑制困难的开关柜局部放电检测应用场景。
此外，该测量系统能够方便安装在电缆肘型头内部，信号读取仅需连接外部信号端子即可实现放电测量，显著降低开关柜局部放电在线监测系统部署成本和维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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是本申请一示例性实施例提供的一例放电信号测量系统示意图；
图2是本申请一示例性实施例提供的一例电缆截面视角下的差分柔性电极结构示意图；
图3是本申请一示例性实施例提供的一例PVDF薄膜平铺状态下的差分柔性电极、电极引子和信号引出端的结构示意图；
图4是本申请一示例性实施例提供的一例信号引出端的结构示意图；
图5是本申请一示例性实施例提供的一例放电信号测量方法示意图；
图6是本申请一示例性实施例提供的一例测量的放电信号曲线图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1是本申请一示例性实施例提供的一例放电信号测量系统示意图，图2是本申请一示例性实施例提供的一例电缆截面视角下的差分柔性电极结构示意图。如图1和图2所示，系统包括差分柔性电极、电极引子、信号引出端和差分放大单元，差分柔性电极、电极引子和信号引出端安装于电缆肘型头中；
差分柔性电极套设于电缆肘型头的绝缘层和外护套之间，绝缘层套设于导体外；
电极引子的一端与差分柔性电极电气连接，电极引子的另一端与信号引出端电气连接；
信号引出端与差分放大单元电气连接，信号引出端用于接地；
差分放大单元用于输出放电信号。
示例性地，电缆肘型头还包括套管座和压接端子。
其中，外护套紧固力能够使差分柔性电极与绝缘层外壁和外护套内层紧密接触。
本申请上述实施例提供的放电信号测量系统包括差分柔性电极、电极引子、信号引出端和差分放大单元，差分柔性电极、电极引子和信号引出端安装于电缆肘型头中。其中，差分柔性电极套设于电缆肘型头的绝缘层和外护套之间，绝缘层套设于导体外。当电缆肘型头(或其他形状的电缆本体)外部放电或其他高频电磁信号引起的暂态对地电流信号加载于外护套时，本申请实施例提供的放电信号测量系统，使用差分柔性电极与电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消暂态对地电流信号。并使用差分柔性电极通过电容耦合方式测量在电缆肘型头内部的放电信号。通过对称差分式电容耦合和多电极共模抑制原理，有效抑制电缆肘形头(或其他形状的电缆本体)之外的干扰信号。
通过设置电极引子的一端与差分柔性电极电气连接，电极引子的另一端与信号引出端电气连接；信号引出端与差分放大单元电气连接，信号引出端用于接地；差分放大单元用于输出放电信号。实现了检测来自电缆终端和电缆本体的局部放电信号，从而实现外部环境的干扰信号和内部放电信号的有效甄别。此外，该测量系统能够方便安装在电缆肘型头内部，信号读取仅需连接外部信号端子即可实现放电测量，显著降低开关柜局部放电在线监测系统部署成本和维护成本。
在一种可行的设计中，如图3所示，差分柔性电极包括敷设于聚偏二氟乙烯薄膜基层上的四个薄层电极，四个薄层电极的形状和面积相同。
上述示例设置四个薄层电极的形状和面积相同，以便于能够与电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消暂态对地电流信号。
在一种可行的设计中，如图2所示，四个薄层电极均匀分布在聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)薄膜基层上，使得差分柔性电极安装于电缆肘型头后，四个薄层电极沿周向对称分布。
在一种可行的设计中，薄层电极为导电高分子电极，即薄层电极采用导电高分子材料，通过热敷或压接方式与PVDF基层紧密贴合。
上述示例设置四个薄层电极沿周向对称分布，有利于增强与电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消暂态对地电流信号的效果。
在一种可行的设计中，电极引子套设于电缆肘型头的绝缘层和外护套之间。
如图3和图4所示，电极引子包括敷设于聚偏二氟乙烯薄膜基层上的四个薄层引线，每一薄层引线的一端电气连接相应的薄层电极。
示例性地，薄层引线由导电高分子材料制作，通过热敷或压接方式与PVDF贴合。
在一种可行的设计中，四个薄层引线之间相互平行。
其中，外护套紧固力能够使电极引子与绝缘层和外护套内层紧密接触。
上述示例设置四个薄层引线之间相互平行，有利于增强与电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消暂态对地电流信号的效果。
在一种可行的设计中，如图3和图4所示，信号引出端包括敷设于聚酰亚胺薄膜上的四个测量电阻，每一测量电阻为贴片电阻，每一测量电阻的一端电气连接相应的薄层引线，每一测量电阻的另一端电气连接差分放大单元。
在一种可行的设计中，差分放大单元通过四个端口接收四路电流信号，通过跨阻方式对四路电流信号的差模进行放大并输出放电信号。
基于上述电信号测量系统，本申请还提供了一种放电信号测量方法，该方法包括：
当电缆肘型头外部放电或其他高频电磁信号引起的暂态对地电流信号加载于外护套时，使用差分柔性电极与电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消暂态对地电流信号；
使用差分柔性电极通过电容耦合方式测量在电缆肘型头内部的放电信号。
如图5所示，当肘型头外部放电或其他高频电磁信号引起的暂态对地电流信号(即外部暂态信号)加载于电缆肘型头或电缆本体外护套时，由于I-I+I-I＝0，I为外部暂态信号，因此，暂态对地电流信号会被差分柔性电极与外部环境构成的电容C’同时响应并抵消。而发生在电缆肘型头或电缆内部的放电信号i会以电容耦合的方式被差分柔性电极所测量，即i＝i1-i2+i3-i4，从而实现对电缆外部信号的抑制和电缆内部放电信号的测量。图5中，C1、C2、C3和C4分别为放电源与绝缘层之间的等效电容，C1’、C2’、C3’和C4’分别为放电源与四个差分电极之间的等效电容，C’为电缆肘型头或电缆本体与外部环境的杂散电容。
下面对放电信号测量系统的安装步骤以及测量步骤进行实例性说明：
步骤1：制作差分柔性电极。
其中，差分柔性电极采用PVDF薄膜作为基层，其上采用导电高分子材料制作4个薄层电极，通过热敷或压接方式与PVDF基层紧密贴合，4个薄层电极为面积相同的矩形形状，并均匀分布在PVDF薄膜基层上。
步骤2：安装差分柔性电极。
将差分柔性电极套设于在肘型头绝缘层与外护套之间，并通过外护套紧固力使电极与绝缘层和外护套内层紧密接触；差分柔性电极在肘型头中安装后，4个电极片沿周向对称分布。
步骤3：制作电极引子。
采用PVDF薄膜作为基层，将4个高分子材料制作的薄层引线通过热敷或压接方式与PVDF贴合，引线之间布置为相互平行。
步骤4：安装电极引子。
将电极引子套设于肘型头绝缘层与外护套之间，并通过外护套紧固力使电极与绝缘层和外护套内层紧密接触，将电极引子终端从电缆肘型头护套接地端引出。
步骤5：制作信号引出端。
将四个贴片电阻贴敷在聚酰亚胺薄膜上，每个贴片电阻一端与差分柔性电极的各薄层引线相串联，另一端接入差分放大单元。
步骤6：接入差分放大单元。
差分放大单元由四端口差分放大电路构成，通过跨阻方式对4路电流信号的差模进行放大并输出信号。
步骤1-6完成电缆肘型头用放电信号测量系统的安装。
步骤7：抑制外部信号。
当肘型头外部放电或其他高频电磁信号引起的暂态对地电流信号加载于电缆肘型头或电缆本体外护套时，会被差分柔性电极与外部环境构成的电容C’同时响应并抵消，即I-I+I-I＝0。
步骤8：测量放电信号。
差分柔性电极以电容耦合的方式(即)，测量发生在电缆肘型头或电缆内部的放电信号，从而实现对电缆外部信号的抑制和电缆内部放电信号的测量。
当电缆本体发生放电，采用本放电信号测量系统及方法测量得到的放电信号如图6所示。
应理解，本申请实施例提供的放电信号测量系统也可应用于其他形状的电缆上，安装方法参见上述步骤，本申请对此不再赘述。
可以看出，本申请上述实施例提供的放电信号测量系统包括差分柔性电极、电极引子、信号引出端和差分放大单元，差分柔性电极、电极引子和信号引出端安装于电缆肘型头中。其中，差分柔性电极套设于电缆肘型头的绝缘层和外护套之间，绝缘层套设于导体外。
当电缆肘型头(或其他形状的电缆本体)外部放电或其他高频电磁信号引起的暂态对地电流信号加载于外护套时，如图5所示，由于I-I+I-I＝0，I为外部暂态信号，因此，本申请实施例提供的放电信号测量系统，使用差分柔性电极与电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消暂态对地电流信号。
然后使用差分柔性电极通过电容耦合方式测量在电缆肘型头内部的放电信号。通过对称差分式电容耦合和多电极共模抑制原理，有效抑制电缆肘形头(或其他形状的电缆本体)之外的干扰信号。
通过设置电极引子的一端与差分柔性电极电气连接，电极引子的另一端与信号引出端电气连接；信号引出端与差分放大单元电气连接，信号引出端用于接地；差分放大单元用于输出放电信号。实现了检测来自电缆终端和电缆本体的局部放电信号，从而实现外部环境的干扰信号和内部放电信号的有效甄别。
此外，该测量系统能够方便安装在电缆肘型头内部，信号读取仅需连接外部信号端子即可实现放电测量，显著降低开关柜局部放电在线监测系统部署成本和维护成本。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (10)
1.一种放电信号测量系统，其特征在于，所述系统包括差分柔性电极、电极引子、信号引出端和差分放大单元，所述差分柔性电极、电极引子和信号引出端安装于电缆肘型头中；
所述差分柔性电极套设于所述电缆肘型头的绝缘层和外护套之间，所述绝缘层套设于导体外；
所述电极引子的一端与所述差分柔性电极电气连接，所述电极引子的另一端与所述信号引出端电气连接；
所述信号引出端与所述差分放大单元电气连接，所述信号引出端用于接地；
所述差分放大单元用于输出放电信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述差分柔性电极包括敷设于聚偏二氟乙烯薄膜基层上的四个薄层电极，四个所述薄层电极的形状和面积相同。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，四个所述薄层电极均匀分布在所述聚偏二氟乙烯薄膜基层上，使得所述差分柔性电极安装于所述电缆肘型头后，四个所述薄层电极沿周向对称分布。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述电极引子套设于所述电缆肘型头的绝缘层和外护套之间。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电极引子包括敷设于所述聚偏二氟乙烯薄膜基层上的四个薄层引线，每一所述薄层引线的一端电气连接相应的所述薄层电极。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，四个所述薄层引线之间相互平行。
7.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述信号引出端包括敷设于聚酰亚胺薄膜上的四个测量电阻，每一所述测量电阻为贴片电阻，每一所述测量电阻的一端电气连接相应的所述薄层引线，每一所述测量电阻的另一端电气连接所述差分放大单元。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述差分放大单元通过四个端口接收四路电流信号，通过跨阻方式对所述四路电流信号的差模进行放大并输出放电信号。
9.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述薄层电极为导电高分子电极。
10.一种放电信号测量方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1所述的放电信号测量系统，所述方法包括：
当所述电缆肘型头外部放电或其他高频电磁信号引起的暂态对地电流信号加载于所述外护套时，使用所述差分柔性电极与所述电缆肘型头的外部环境构成的外部电容同时响应，以抵消所述暂态对地电流信号；
使用所述差分柔性电极通过电容耦合方式测量在所述电缆肘型头内部的放电信号。
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2023
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