CN205193211U - 一种电力电缆故障二次闪络检测装置 - Google Patents

一种电力电缆故障二次闪络检测装置 Download PDF

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崔占涛
闫宁
赵铁权
魏新发
张振存
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Abstract

本实用新型公开了一种电力电缆故障二次闪络检测装置,由高压脉冲发生器和二次闪络电缆故障测试仪构成,其特征在于,高压脉冲发生器包括高频电源、脉冲输出单元、二次闪络采集单元和自动放电单元,其中,脉冲输出单元的输出与电缆故障相相连;二次闪络采集单元用于故障波形的采集,并将采集到的故障波形通过采集线传输给二次闪络电缆故障测试仪;高频电源产生15kHz高频电压转换为直流高压后给高压储能单元提供能量,再由脉冲输出单元为故障电缆输送高压脉冲信号;自动放电单元用于测试完成后对故障电缆以及高压储能单元进行放电处理。

Description

一种电力电缆故障二次闪络检测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力电缆故障检测技术,特别涉及一种超高压和特高压电缆故障的检测设备。
背景技术
[0002]随着社会的快速发展,电网的发展更出乎我们预料。电压等级由高压发展到超高压以及特高压,由交流输电发展到直流输电。再加上人们生活水平的提高,对环境要求的升级,城市内所有输电线路将由原来的架空线改为地下电力电缆。这不仅使电力电缆的数量突飞猛进,而且使电力电缆的电压等级发生了巨大变化:500V及以上统称为高压,500V以下统称为低压;按供电系统来分,1000V以下低压,100V-1OkV叫中压,10kV-330kV叫高压,330kV及以上叫超高压,500kV及以上叫特高压。
[0003]传统的电缆故障检测装置只能检测35kV及以下的电缆故障,66kV级以上的电缆故障无能为力;传统的二次脉冲法以及多次脉冲法更是存在问题。不管是国内的还是国外的检测装置都有一个脉冲发生装置,该装置目前有两种:一种是在高压检测回路串联大功率电阻;另一种是在高压检测回路串联大功率电感。不管是串联什么在高压检测回路中都会影响检测效果,尤其是故障点放电的充分性。这使传统的二次脉冲法以及多次脉冲法电缆故障检测装置大打折扣。
[0004]电线电缆行业是中国仅次于汽车行业的第二大行业。在世界范围内,中国电线电缆总产值已超过美国,成为世界上第一大电线电缆生产国。由于市场的恶性竞争,电缆的质量难免出现各种问题;再加上现实当中超负荷运行现象尤为严重。随之所产生的电缆故障自然越来越多,数不胜数。
发明内容
[0005]本实用新型的目的主要是解决各种电压等级的各种电缆故障的快速检测。提供一种操作简单、测试快速、波形易读、专家在线的电力电缆故障装置。
[0006]为达到以上目的,本实用新型是采取如下技术方案予以实现的:
[0007] —种电力电缆故障二次闪络检测装置,由高压脉冲发生器和二次闪络电缆故障测试仪构成,所述高压脉冲发生器包括高频电源、脉冲输出单元、二次闪络采集单元和自动放电单元,其中,脉冲输出单元的输出与电缆故障相相连;二次闪络采集单元用于故障波形的采集,并将采集到的故障波形通过采集线传输给二次闪络电缆故障测试仪;高频电源产生15kHz高频电压转换为直流高压后给高压储能单元提供能量,再由脉冲输出单元为故障电缆输送高压脉冲信号;自动放电单元用于测试完成后对故障电缆以及高压储能单元进行放电处理。
[0008]上述方案中,所述的二次闪络采集单元由水电阻R2、与R2串联的取样电阻R3和电流取样器L P组成,它们与高压储能单元的电容构成回路,储能电容的高压端依次通过水电阻R2、取样电阻R3后接电缆地,由取样电阻R3取的故障波形B经取样电阻R3两端B1、B2输出;另一波形由电流取样器Lp在储能电容的低压端耦合取样得到波形A,经A1、A2输出。
[0009]所述脉冲输出单元包括放电间隔选择开关Kl、整流桥Dl、滤波电容Cl、直流电机
11、放电动球01和放电定球02组成,由工作电源提供¥1 = 5¥、¥2 = 7¥、¥3 =例、¥4=11¥电压,通过放电间隔选择开关Kl的Tl = 8s、T2 = 6s、T3 = 4s、T4 = 2s给整流桥Dl输送能量,由整流桥Dl变为直流电再经过滤波电容Cl滤波将能量传送给电机Ml,电机Ml使放电动球Ql顺时针旋转,放电动球Ql每旋转一周给放电定球Q2—个高压脉冲信号,由放电定球Q2将高压脉冲信号输送出去。
[0010]所述自动放电单元由自动放电开关K2、上限位开关K3、下限位开关K4、正反转电机M2、放电电阻Rl、放电动球Q3和放电定球Q4组成,放电时按下自动放电开关K2将上刀接通,经上限位开关K3使电机M2反转,当连接电机M2的放电动球Q3与放电定球Q4接触时,上限位开关K3断开,从而接通放电电阻Rl保持放电状态;当放开自动放电开关K2将下刀接通,经下限位开关K4使电机M2正转,放电动球Q3与放电定球Q4分开,当分开到一定距离时下限位开关K4断开,保持高压脉冲正常输出。
[0011 ]与现有技术相比,本实用新型的优点是:
[0012] 1、测试波形易读:从图5不难看出故障点距离非常容易找到。故障距离就是波形A与波形B在基准线上的交叉点tl和t2两间的时间与故障电缆传播速率的积。
[0013] 2、放电容易:现有的二次脉冲法都是在高压回路中串联大功率电感或大功率电阻来维持故障点放电时间,从而给故障点耦合一低压脉冲信号,得到两个波形。这样串联大功率电感或大功率电阻吸收大量能量,使故障点放电的能量大大降低。本实用新型如图2所示,所有能量由高压储能单元经动球Ql和静球Q2直接传输给故障电缆。
[0014] 3、在线专家支持:针对电力电缆故障故障检测现场需要一定的经验。最早交流方式是发传真;后来有了手机现场方便了些,但通信费太高;随着社会的发展通信费下降了,通信工具也多样化了,但没有专用的现场通信工具。本发如图2所示,通过Internet与本实用新型的PC机平台的在线专家实时交流。
[0015] 4、专业报告生成:现有的电缆故障测试仪大多都是以测数值为原则,有一部分也只有微型打印机输出故障波形。本实用新型利用PC机平台最终得到如图6所示的测试报告。
附图说明
[0016]图1是本实用新型测试装置的结构及现场接线图。图中:1、高压脉冲输出线;2、电缆接地线;3、采样线;4、安全接地线。
[0017]图2是图1高压脉冲发生器中的脉冲输出单元电路原理图。
[0018]图3是图1高压脉冲发生器中的自动放电单元电路原理图。
[0019]图4是图1高压脉冲发生器中的二次闪络采集单元电路原理图。
[0020]图5是本实用新型测试波形图。
[0021]图6是测试报告表格样式。
具体实施方式
[0022]以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0023]参考图1,本实用新型电力电缆故障二次闪络检测装置包括高压脉冲发生器和二次闪络电缆故障测试仪两部分。其中,高压脉冲发生器的高压输出单元通过高压脉冲输出线I与故障电缆的故障相相连;地端子通过电缆接地线2与故障电缆的地线相连;安全地端子通过安全接地线4与现场的安全大地相连。二次闪络电缆故障测试仪的输入单元通过采样线3与高压脉冲发生器的二次闪络采集单元相连,从而改变传统电缆故障的复杂接线,降低因为接线错误而导致的事故。
[0024]高压脉冲发生器包括高频电源、直流高压电源、高压储能单元、脉冲输出单元、自动放电单元、二次闪络采集单元、工作电源。工作电源是将市电AC220V电压转换成各个单元所需电压分别连接到每个单元,确保其每个单元能够正常工作;高频电源是将工作电源所提供的直流电转换成高频电,然后连接到直流高压电源的输入,直流高压电源将高频电再次转换为直流并根据需求升至故障测试所需高压,直流高压电源的输出连接到高压储能单元的输入,当能量储存到脉冲所需能量后,高压储能单元的输出连接到脉冲输出单元的输入,由脉冲输出单元的输出传输给故障电缆;自动放电单元的输入连接到高压储能单元的输出;二次闪络采集单元的输入连接到高压储能单元的低端,二次闪络采集单元的输出通过采样线连接到二次闪络电缆故障测试仪的输入。其中,高频电源产生15kHz的高频电源从而降低50Hz的电源的体积和重量,通过直流高压电源,高频电源变为直流电源给高压储能单元提供能量,再由脉冲输出单元为故障电缆输送高压脉冲信号。
[0025]自动放电单元用于测试完成后对故障电缆以及高压储能单元进行有效放电处理。二次闪络采集单元用于故障波形的采集,并将采集到的故障波形通过采集线传输给二次闪络电缆故障测试仪。工作电源给高频电源、二次闪络采集单元、自动放电单元供电,确保它们正常工作。高压储能单元也就是高压脉冲电容器,专用于储能放电。
[0026]参考图2,脉冲输出单元由放电间隔选择开关K1、整流桥D1、滤波电容Cl、瞬态抑制器D2、直流电机Ml、放电动球QI和放电定球Q2组成。由工作电源提供的电源V1、V2、V3、V4分别对应连接到放电间隔选择开关Kl的Tl、T2、T3、T4上,它们的地线连接到整流桥Dl的低端,放电间隔选择开关KI的公共端连接到整流桥DI的高端,整流桥DI的负端分别连接滤波电容Cl、瞬态抑制器D2和电机Ml的负端;整流桥Dl的正端分别连接滤波电容Cl、瞬态抑制器D2和电机Ml的正端。放电动球Ql的机械部分连接到电机Ml,电路部分连接到高压储能单元的高压端。放电定球Q2通过导线直连接故障电缆的故障相。其工作原理是:由工作电源提供Vl =5¥、¥2 = 7¥、¥3 =例、¥4 = 11¥电压,通过放电间隔选择开关1(1的1'1 = 88、了2 = 68、了3 = 48、丁4=2s给整流桥Dl输送能量,由整流桥Dl变为直流电再经过滤波电容Cl滤波将能量传送给电机Ml,电机Ml使放电动球Ql顺时针旋转,放电动球QI每旋转一周给放电定球Q2—个高压脉冲信号,由放电定球Q2将高压脉冲信号输送出去。瞬态抑制器D2在电路中是起保护电机功會泛。
[0027]参考图3,自动放电单元由自动放电开关K2、上限位开关K3、下限位开关K4、正反转电机M2、放电电阻Rl、放电动球Q3和放电定球Q4组成。由工作电源提供AC220V电源,N线连接电机M2的公共端,L线连接放电开关K2的输入并将上下两组短接,放电开关K2的输出上端也就是常开点连接上限位开关K3的输入,上限位开关K3的输出连接电机M2的反转端;放电开关K2的输出下端也就是常闭点连接下限位开关K4的输入,下限位开关K4的输出连接电机M2的正转端。放电动球Q3机械部分连接电机M2,电路部分连接放电电阻Rl的高端,放电电阻Rl的低端接高压地。放电定球Q4连接高压储能单元的高压端。其工作原理是:由工作电源提供220V电源,通过自动放电开关K2来实现自动放电功能。放电时按下自动放电开关K2将上刀接通,经上限位开关Κ3使电机M2反转,当放电动球Q3与放电定球Q4接触时,上限位开关Κ3断开,从而接通放电电阻Rl保持放电状态;当放开自动放电开关Κ2将下刀接通,经下限位开关Κ4使电机M2正转,放电动球Q3与放电定球Q4分开,当分开到一定距离时下限位开关Κ4断开,保持高压脉冲正常输出状态。
[0028]参考图4,二次闪络采集单元由水电阻R2、取样电阻R3和电流取样器Lp组成。水电阻R2的高端连接高压储能单元的高压端,水电阻R2的低端连接取样电阻R3的高端,取样电阻R3的低端接电缆地并连接大地。同时取样电阻的两端连接Β1Β2,并由Β1Β2将故障波形B传输给二次闪络电缆故障测试仪。电流取样Lp是将高压储能单元的低端接地线穿心,它的两端Α1Α2将故障波形A传输给二次闪络电缆故障测试仪。其工作原理是:高压储能单元的高压端依次通过水电阻R2、取样电阻R3后接电缆地,由取样电阻R3取的故障波形B,经B1、Β2输出;另一波形由电流取样器Lp在高压储能单元的低压端耦合取样得到波形Α,经Al、Α2输出。最终得到的波形如果图5所示。
[0029]图1中,二次闪络电缆故障测试仪包括输入单元、高速A/D转换单元、数据暂存单元、控制操作单元、输出显示单元、Internet(互联网)、PC机平台及在线专家、CPU控制单元、低压脉冲发生单元。输入单元的输入通道I通过采样线连接高压脉冲发生器的二次闪络采集单元,输入单元的输入通道2连接低压脉冲发生单元的输出;输入单元的控制连接CPU控制单元;输入单元的输出连接高速A/D转换单元的输入;高速A/D转换单元的控制连接CPU控制单元;高速A/D转换单元的输出连接数据暂存单元的输入,数据暂存单元的输出连接CPU控制单元进行数据输出及通信控制。CPU控制单元的控制线分别连接输入单元、高速A/D转换单元、数据暂存单元、PC机平台及在线专家、低压脉冲发生单元进行控制,同时与数据暂存单元和PC机平台实现数据通信。PC机平台分别与控制操作单元、输出显示单元、Internet、CPU控制单元连接;控制操作单元通过按键操作实现人与PC机平台的对话;输出显示单元通过数据线将PC机平台处理好的结果显示给操作人员;CPU控制单元与PC机平台的连线主要是数据通信实现上位机与下位机信息交流;PC机平台与Internet的连接实现了我们现在互联网+时代。其工作原理是,输入单元是通过CPU控制单元来实现各种功能的输入转换。高速A/D转换单元是将输入单元所有信号由模拟转换为数字,并交给数据暂存单元进行储存,供CHJ控制单元进行调用。数据暂存单元是波形数据的暂存地。控制操作单元是人机对话单元,通过操作按钮或对话窗口进行人机对话。输出显示单元是通过不同尺寸的显示屏来显示所采集到的故障波形及各种人机对话按钮和窗口。Internet是通过有线或无线方式将装置系统的PC机平台及在线专家与互联网络连接起来实现信息交流以及在线专家的实时技术支持。PC机平台及在线专家是我们常规的有通信接口的工控台式机、一体机或笔计本电脑。它的主机任务是运行系统软件,实现故障检测、电缆管理以及在线专家的实时技术支持。CPU控制单元是整个二次闪络电缆故障测试仪控制中心,也是故障波形的数字处理中心,它的第一功能是控制各模块单元协调工作,第二功能是将故障波形进行数字滤波整形。低压脉冲发生单元是通过CHJ控制单元控制输出不同宽度的脉冲波形,用于测量不同长度电缆的低阻故障、断线故障、电缆对接头位置、电缆全长以及电缆的传播速度等。
[0030]参考图6,本实用新型装置可通过二次闪络电缆故障测试仪中的PC机平台制作出现场故障电缆测试报告。现有的电缆故障测试仪大多都是以测数值为原则,有一部分也只有微型打印机输出故障波形。现场测试人员只能现场拿笔和纸来手工记录测试结果,有的也只能打印一张小纸条。随着社会的发展,无纸办公的推广以及互联网+时代的盛行,传统的平台已经无法满足现场的测试需求。
[0031]本实用新型利用PC机平台最终得到如图6所示的测试报告,弥补了上述不足。
[0032]本实用新型的电力电缆故障检测,是通过二次闪络采集单元得到故障点闪络放电的两个波形。其工作原理是:高压储能单元的高压端依次通过水电阻R2、取样电阻R3后接电缆地,由取样电阻R3取的故障波形B,经B1、B2输出;另一波形由电流取样器Lp在高压储能单元的低压端耦合取样得到波形A,经A1、A2输出。最终得到的波形如果图5所示。
[0033]传统的单次故障检测所得到和故障波形只有一个,由于故障的复杂程度不同以及现场的测试环境不同所得到的故障千变万化,如果没有一定的实践经验是很难分析出故障点距离来得。本实用新型从图5不难看出故障点距离非常容易找到。故障距离就是波形A与波形B在基准线上的交叉点tl和t2两间的时间与故障电缆传播速率的乘积。现有的二次脉冲法都是在高压回路中串联大功率电感或大功率电阻来维持故障点放电时间,从而给故障点耦合一低压脉冲信号,得到两个波形。这样串联大功率电感或大功率电阻吸收大量能量,使故障点放电的能量大大降低。本实用新型如图2所示,所有能量由高压储能单元经动球Ql和静球Q2直接传输给故障电缆。这样故障点就会有足够的能量进行充分放电,这对能否采集到正确故障波形的非常重要,如果我们采集不到正确的故障波形何谈故障分析呢?那就更谈不到找到故障点的具体位置了。
[0034]综上,本实用新型克服了传统单次故障检测故障波形不易读的缺点,同时解决了传统二次脉冲发放电不充分问题,使电力电缆故障检测工作达到事半功倍的效果,确保电力系统的安全正常运行。

Claims (4)

1.一种电力电缆故障二次闪络检测装置,由高压脉冲发生器和二次闪络电缆故障测试仪构成,其特征在于,所述高压脉冲发生器包括高频电源、脉冲输出单元、二次闪络采集单元和自动放电单元,其中,脉冲输出单元的输出与电缆故障相相连;二次闪络采集单元用于故障波形的采集,并将采集到的故障波形通过采集线传输给二次闪络电缆故障测试仪;高频电源产生15kHz高频电压转换为直流高压后给高压储能单元提供能量,再由脉冲输出单元为故障电缆输送高压脉冲信号;自动放电单元用于测试完成后对故障电缆以及高压储能单元进行放电处理。
2.如权利要求1所述的电力电缆故障二次闪络检测装置,其特征在于,所述的二次闪络采集单元由水电阻R2、与R2串联的取样电阻R3和电流取样器Lp组成,它们与高压储能单元的电容构成回路,储能电容的高压端依次通过水电阻R2、取样电阻R3后接电缆地,由取样电阻R3取的故障波形B经取样电阻R3两端B1、B2输出;另一波形由电流取样器Lp在储能电容的低压端耦合取样得到波形A,经电流取样器Lp的两端A1、A2输出。
3.如权利要求1所述的电力电缆故障二次闪络检测装置,其特征在于,所述脉冲输出单元包括放电间隔选择开关Kl、整流桥Dl、滤波电容Cl、直流电机Ml、放电动球Ql和放电定球92组成,由工作电源提供¥1 = 5¥、¥2 = 7¥、¥3 = 9¥、¥4=11¥电压,通过放电间隔选择开关1(1的11 = 8832 = 68、了3 = 4834 = 28给整流桥01输送能量,由整流桥01变为直流电再经过滤波电容CI滤波将能量传送给电机Ml,电机Ml使放电动球Ql顺时针旋转,放电动球QI每旋转一周给放电定球Q2—个高压脉冲信号,由放电定球Q2将高压脉冲信号输送出去。
4.如权利要求1所述的电力电缆故障二次闪络检测装置,其特征在于,所述自动放电单元由自动放电开关K2、上限位开关K3、下限位开关K4、正反转电机M2、放电电阻R1、放电动球Q3和放电定球Q4组成,放电时按下自动放电开关K2将上刀接通,经上限位开关K3使电机M2反转,当连接电机M2的放电动球Q3与放电定球Q4接触时,上限位开关K3断开,从而接通放电电阻Rl保持放电状态;当放开自动放电开关K2将下刀接通,经下限位开关K4使电机M2正转,放电动球Q3与放电定球Q4分开,当分开到一定距离时下限位开关K4断开,保持高压脉冲正常输出。
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