CN1564009A

CN1564009A - 交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线检测装置

Info

Publication number: CN1564009A
Application number: CN 200410025980
Authority: CN
Inventors: 成永红; 赵勇; 陈小林; 吕一航; 任成燕
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2024-03-22
Also published as: CN1244819C

Abstract

本发明公开了一种用于交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线检测装置，包括交流接触器、电流继电器、过电流保护继电器、电容器、避雷器、限流电阻、二极管、取样电阻、直流电源、信号调理模块、A/D采集模块、单片机、主控板、显示模块和串口通讯模块等。本发明的交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线检测装置，能够对三相电缆进行自动循环检测，能及时发现护套绝缘受损而导致绝缘破坏的情况发生，以判断电缆外护套的老化状况，装置能够进行阈值报警，具有串口通讯功能，可将检测结果通过串口传送给计算机，并可通过串口进行参数修改。

Description

交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线检测装置

技术领域

本发明属于电力设备在线检测技术领域，具体涉及一种交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘的在线检测装置。

背景技术

交联聚乙烯电力电缆具有优良的电气性能，在电力系统中得到广泛应用。交联聚乙烯电缆投入运行后将受到电、热、机械、环境等因素的作用发生老化，绝缘性能下降，成为电力运行事故隐患。传统的电力预防性试验因间隔时间长，且难以发现电缆的潜在故障，很难满足对电力运行稳定性日益增长的要求，因此为保证电缆的安全运行，在线检测交联聚乙烯电力电缆的绝缘性能显得非常重要。

树枝状老化(水树枝、电树枝)是交联聚乙烯电缆绝缘破坏的主要因素。产生树枝状老化的基本条件是有水份和杂质的存在，现代交联聚乙烯电缆生产工艺已经为电缆的高品质生产创造了条件，可以保证在电缆生产过程中的净化，基本消除交联聚乙烯绝缘产生树枝状老化的内在因素。由于电缆内在质量的提高，一般认为电缆在其使用期内主要危害来自外护套的损坏，当护套绝缘层被破坏时，金属铠装层会逐步腐蚀，使绝缘层进水，在高压电场作用下主绝缘会产生树枝化放电通道，很快导致绝缘击穿；同时由于护层的破坏，产生了一个接地点，与电缆的铠装接地点构成了一个环路，由于环路中电阻较小，电流较大，会危及外护套和金属铠装层的安全。因此，有必要通过检测护套的绝缘情况，及时发现由于交联聚乙烯电力电缆外护套受损而导致绝缘损坏的情况发生。

现在普遍采用护套耐压试验作为运行电缆的预防性实验手段，对中国期刊网(www.xa.cnki.net)和中国专利信息检索系统(http：//www.sipo.gov.cn/s和/zljs/default.htm)进行检索，发现在线检测电缆外护套绝缘性能的方法和装置尚未见到相关报导。其原因为：(1)电缆运行现场具有强烈电磁干扰，而待检测信号十分微弱，信号提取相当困难；(2)国家电力试验规程对电缆屏蔽接地方式有严格规定，电力运行部门一般不允许电缆的地线断开。本发明通过一系列保护措施，来保证在检测电缆外护套绝缘时断开电缆接地线的可行性，同时也能有效屏蔽外界干扰信号，提取检测信号。

发明内容

针对在线检测交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘的迫切要求，本发明的目的在于提供一种在线检测交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘状况的装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种用于交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘的在线检测装置，该装置包括，安装在电缆地线的交流接触器和电流继电器，电流继电器串联有过电流保护继电器，其特点是，在电流保护继电器依次串接有二极管、限流电阻、取样电阻和直流电源与交流接触器构成回路；在过电流保护继电器和二极管之间还连接有电容器，和交流接触器构成并联回路，电容器两端并联有避雷器；在限流电阻和取样电阻之间并联有滤波模块；

在取样电阻的两端，并联有信号调理模块，信号调理模块与AD采样器通信，AD采样器与单片机互连，单片机上还连接有主控板、显示模块和串口通讯模块。

本发明的其他一些特点是，所述的交流接触器和电流继电器分别有3个，分别安装在三相电缆的三根接地线上。

所述的电流保护继电器的动作电流为12.5A。

所述的电容器为干式电力电容器。

所述的AD采样器采样率为20kHz。

本发明的交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线检测装置，能够对三相电缆进行自动循环检测，能及时发现护套绝缘受损而导致绝缘破坏的情况发生，以判断电缆外护套的老化状况，装置能够进行阈值报警，具有串口通讯功能，可将检测结果通过串口传送给计算机，并可通过串口进行参数修改。

附图说明

图1为交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线监测装置的示意图，图1中的符号表示：1-交流接触器，2-电流继电器，3-过电流保护继电器，4-电容器，5-避雷器，6-二极管，7-电阻，8-滤波模块，9-电阻，10-直流电源，11-信号调理模块，12-AD采样器，13-单片机，14-主控板，15-显示模块，16-串口通讯模块。

图2(a)是图1的滤波模块8，信号调理模块11，AD采样器12，单片机13，主控板14，显示模块15，串口通讯模块16具体电路连接图。图2(b)～(h)分别是滤波模块、信号调理、无源滤波电路、差动放大电路、二阶有源滤波电路、可变增益放大电路、四阶有源滤波电路、单片机和PSD构成的最小系统的具体实现电路图。

具体实施方式

以下结合附图和发明人给出的实施例和装置的工作原理对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线监测装置，包括：交流接触器1，电流继电器2，过电流保护继电器3，电容器4，避雷器5，二极管6，电阻7，滤波模块8，电阻9，直流电源10，信号调理模块11，AD采样器12，单片机13，主控板14，显示模块15，串口通讯模块16。

交流接触器1的两端分别连接断开的电缆接地线上端和下端(接地线下端接地)，交流接触器1的控制信号连接主控板14上的控制信号，用于实现电缆地线的断开和闭合。对三相电缆有三根接地线，每根接地线需要一个交流接触器1，从而需要三个交流接触器1。在检测电缆外护套绝缘电阻时，单片机通过主控板使交流接触器1断开，从而将直流电压施加在护套绝缘上；当检测完毕时，单片机通过主控板使交流接触器1闭合，恢复电缆地线正常接地，以保证电缆的安全运行。交流接触器1的选择依据电缆地线的电流容量，例如对于110kV的交联聚乙烯电缆而言，可以选择300A的交流接触器，也就是在交流接触器闭合时能承受300A的过电流。

电流继电器2也是三个，每个电流继电器2的一端连接对应的电缆地线上端，另一段连接过电流保护继电器3，电流继电器2的控制信号连接主控板14上的控制信号。电流继电器2与交流接触器1具有相同的控制信号，在检测过程中配合使用。某相电线上的交流接触器1断开时，与其相连的电流继电器2闭合，同时其余两个断开。

过电流保护继电器3的作用是限制回路中的电流，保护回路中的检测元件。本装置所选择的过电流保护继电器3的动作电流为12.5A。

电容器4并联在回路上，当检测时电缆地线中流过瞬时脉冲电流，电流将经过电容器4流入大地，因为电容对于脉冲信号而言相当于短路。电容器4为干式电力电容器，其电容大小取决于所检测电缆的长度和电压等级，要求电容器4的电容值大于电缆外护套电容值的100倍。例如对于10km 110kV的交联聚乙烯电力电缆，电容器4的电容值可选300μF。

避雷器5并联在电容器4两端，以保护电容器4。避雷器保护电压为280V。

二极管6的作用是防止电流灌入直流电源10，保护直流电压。电阻7串连在回路中，起限流作用，电阻7的电阻值为7kΩ。滤波模块8的作用是对回路电流进行滤波，尽量减小回路中的交流信号和各种干扰信号。电阻9为取样电阻，将电流转化为电压，电阻值为100Ω。直流电源10的负极应与地线相连，其电压大小为15V。

信号调理模块11实现信号的滤波、放大和隔离。信号先经过无源滤波电路，去除高频分量。无源滤波电路包含差模和共模滤波，这样可以避免较大的高频信号对差动放大器的损坏。由于所检测的信号十分微弱，需要对信号进行多级放大。为了能够检测副值变化范围较大的信号，放大电路中采用可编程放大器，可以根据测量电流的幅值来调节放大倍数。对信号进行隔离，可以防止共模噪声进入测量系统，隔离电路前后的电源严格分开避免因共用电源而引入的干扰。

AD采样器12实现信号的模数转化，其采样率为20kHz。单片机13用于对信号进行数字滤波处理，计算电缆外护套电阻值，将结果输入显示模块15。单片机13与主控板14相连，以控制交流接触器1和电流继电器2的开端和闭合。串口通讯模块16可以将测量结果上传给其他计算机，并可以通过该模块进行参数修改，以适应不同检测对象的要求。

图2(a)是图1中的滤波模块8的具体电路图。采用无源滤波方式，构成RC和LC滤波电路。电路中的19为快速熔断器，即当电路中有大电流流过时会切断回路从而保护了整个系统。17为信号输入端，22为信号输出端。18、20、21分别为电感、电阻和电容。23为电路的信号参考地。

图2(b)是图1中信号调理模块的具体构成，它分别有几个电路组成。该模块主要起到信号的调理功能，对准确的测量起到关键作用。

图2(c)是图2(b)中的LC无源滤波电路，它起到滤掉高频噪声的作用。根据需要该电路的截止频率为2KHz。24是信号的输入端，27是信号的输出端，25为电感。26为电容，选取要求选则高阻抗的电容。

图2(d)是差动放大电路，由AD公司的AD620芯片组成。采用差动放大电路的主要目的是去处电路中的共模干扰。28和32分别是电路的输入和输出端，29为放大电路的放大倍数选择电阻。30和31为运算放大电路的电源供给。电路的放大倍数为100倍。

图2(e)是由单运算放大器OP27构成的二阶有源滤波电路。因为无源滤波电路的滤波截止频率很难做小，而有源滤波电路可以很容易实现。该滤波电路的截止频率为50Hz。33为电路的输入端，39为信号的输出端，34为电阻，35为电容。36、37和38为电路的供电接口。

图2(f)为可变增益放大电路。由AD625和CD4052一起构成的电路，放大倍数可以是1、10、100和1000，可根据信号的大小来选择。43为电阻，42为电容。

图2(g)为四阶有源滤波电路。在图2(b)中可以看到，该电路用到了两次，但它们的截止频率不一样。电路仅由一片型号为OP200的芯片构成。48为电阻，47为电容，46为信号的输入端，49为信号的输出。50、51和52为电路的供电。

图2(h)为单片机和PSD(Programmable System Device)构成的最小系统，该电路主要完成图1中所示的显示模块电路15，控制模块电路14以及和上位机的通信功能。显示是由PSD的B口输出BCD码并通过LED来显示，控制是通过单片机的I/O来控制继电器完成，通信是由单片机的串口并通过RS-485串行总线来完成。

本发明的交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线检测装置工作原理如下：在检测时断开电缆接地线，在断开的接地线两端分别连接一直流电压源的两端，也就是通过电缆屏蔽层和大地在电缆外护套上施加直流电压，检测流过护套绝缘的直流电流，计算出护套绝缘电阻值并进行数值显示。当护套绝缘电阻值小于某一给定的阈值时，说明电缆外护套已经严重老化或受损，装置将发出报警信号。

本发明的交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘在线检测装置，能够对三相电缆进行自动循环检测，对本装置进行稍加改进也可以检测多于三根电缆，改进主要表现在相应增加交流接触器1的个数和电流继电器2的个数，修改单片机控制软件中的电缆根数参数。

在实验室里对装置测量的准确性进行了试验，检测对象是2m长110kV交联聚乙烯电缆的护套层，该电缆并未投入运行，护套电阻值很大，远大于实际运行中数百米和数千米的电缆外护套电阻值。在测试过程中让电缆受潮在进行测试，测量结果如表1所示。

表1装置的检测结果表

试样电阻	测量结果(MΩ)
试样电阻	测量结果(MΩ)					10MΩ	10.220	10.235	9.950	9.991	9.908

本发明已在实验室完成一套样机，该装置包含交流接触器、电流继电器、过电流保护继电器、电容器、避雷器、限流电阻、二极管、取样电阻、直流电源、信号调理模块、A/D采集模块、单片机、主控板、显示和串口通讯等器件和模块，能够在线检测交联聚乙烯电力电缆外护套的绝缘电阻。

Claims

1.一种用于交联聚乙烯电力电缆外护套绝缘的在线检测装置，该装置包括，安装在电缆地线的交流接触器(1)和电流继电器(2)，电流继电器(2)串连有过电流保护继电器(3)，其特征在于，在电流保护继电器(3)依次串接有二极管(6)、限流电阻(7)、取样电阻(9)和直流电源(10)与交流接触器(1)构成回路；在过电流保护继电器(3)和二极管(6)之间还连接有电容器(4)，和交流接触器(1)构成并联回路，电容器(4)两端并联有避雷器(5)；在限流电阻(7)和取样电阻(9)之间并联有滤波模块(8)；

在取样电阻(9)的两端，并联有信号调理模块(11)，信号调理模块(11)与AD采样器(12)通信，AD采样器(12)与单片机(13)互连，单片机(13)上还连接有主控板(14)、显示模块(15)和串口通讯模块(16)。

2.如权利要求1所述的电力电缆外护套绝缘的在线检测装置，其特征在于，所述的交流接触器(1)和电流继电器(2)分别有3个，分别安装在三相电缆的三根接地线上。

3.如权利要求1所述的电力电缆外护套绝缘的在线检测装置，其特征在于，所述的电流保护继电器(3)的动作电流为12.5A。

4.如权利要求1所述的电力电缆外护套绝缘的在线检测装置，其特征在于，所述的电容器(4)为干式电力电容器。

5.如权利要求1所述的电力电缆外护套绝缘的在线检测装置，其特征在于，所述的AD采样器(12)采样率为20kHz。