CN209746080U - 一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例示出一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，包括：多频带地电波耦合装置，电压滤波装置，射频放大装置，检波装置。本申请结合局部放电产生电磁波的物理机理和地电波形成特性，提出一种局部放电检测装置，通过不同频带内的信号强度比例来进行放电分析，提高设备现场带电巡检质量，缩短设备事故发现消缺的周期，且不需要任何相位信息即可完成高效的模式识别。本申请示出的电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置具有检测灵敏度高、诊断效率高、无需相位信息等优点，可应用于电缆附件局部放电的在线监测和带电检测。

Description

一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置

技术领域

本实用新型涉及电力设备状态监测和故障诊断技术领域，特别是一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置。

背景技术

电缆线路由于绝缘自然老化、外力破坏和设计制作工艺和材料质量影响会导致各种绝缘故障，在绝缘击穿前往往会发生明显的局部放电现象。局部放电是造成绝缘劣化的主要原因，也是其重要特征和表现形式，能够反映绝缘的潜伏性缺陷及故障。通过检测局部放电信号可以实现对电缆缺陷、劣化程度及剩余寿命的诊断和评估。通常，局部放电伴随着的较高频的电磁波辐射，并通过电屏蔽不连续处泄漏出来，在接地线上形成快速暂态对地电压，与此相应的发展起了基于地电波的局部放电检测方法。地电波检测是一种非侵入式的电气设备局部放电检测手段，可以很好的适用于现场检测。由于地电波信号幅值受传播途径和距离等因素的影响，导致局部放电地电波检测时，常常存在置信度低、故障分辨力低及缺乏诊断方法等问题。

现有的地电波检测技术是在地电波电压全频带范围内进行电容耦合，并基于耦合得到的脉冲信号强度和发生相位进行局部放电诊断，诊断技术包括时域分析法和统计分析法。时域分析法对一次放电产生的时域波形或其变换结果进行特征提取。但时域信号往往在传输过程中发生严重的衰减畸变，难以准确提取特征量，因此在现场应用中效果欠佳。局部放电相位分布图(以下简称为PRPD谱图)是被广泛采用的局放分析模式，基于PRPD谱图提取统计算子(偏斜度sk，局部峰个数Pe，陡峭度ku，不对称度Q，相关系数c等)可以计算获得放电类型。但在地电波检测中由于测量信号的波形和幅值受到传播途径和距离的严重影响，对信号幅值和相位的统计往往无法与实际放电类型一一对应，时域和统计的特征量提取方法在地电波检测的模式识别中均未获得理想的效果。此外，频域分析法也是常用的诊断技术，频域分析法是通过分析波形的频率成分与工频电压的相关性对放电类型进行识别。这种频域分析的方法需要对超声信号的波形进行频谱分析，数据量和计算量大，并且由于局部放电产生的地电波频率与缺陷类型的相关性没有确切关系，在实际应用中的诊断效果欠佳。

为了克服超声传播距离和路径对诊断结果的影响，需要依循以下步骤：首先，对不同传播途径和距离下的典型绝缘缺陷引起的局放信号进行试验，获取大量复杂的谱图数据并建立数据库；其次，在进行实际故障诊断时需要先通过局放定位技术对放电位置进行定位并计算出定位点距离传感器的距离；最后，将评估的距离参数和信号全部作为特征量输入进行数据库匹配和诊断系统的智能识别。但是，上述方法过程复杂，数据库大，前期需要研究人员进行大量的试验，后期需要系统进行复杂的机器学习，方法的应用准备周期较长，并且难以确保诊断的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，以解现有技术示出的方案存在的技术问题。

本申请实施例示出一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，包括：多频带地电波耦合装置，电压滤波装置，射频放大装置，检波装置；

其中，所述多频带地电波耦合装置包括：第一电容耦合器，第二电容耦合器，第三电容耦合器；

所述电压滤波装置包括：第一滤波器，第二滤波器，第三滤波器；

所述射频放大装置包括：第一射频放大器，第二射频放大器，第三射频放大器；

所述检波装置包括：第一检波器，第二检波器，第三检波器；

所述第一电容耦合器的输出端与所述第一滤波器的输入端相连；

所述第一滤波器的输出端与所述第一射频放大器的输入端相连；

所述第一射频放大器的输出端与所述第一检波器的输入端相连；

所述第二电容耦合器的输出端与所述第二滤波器的输入端相连；

所述第二滤波器的输出端与所述第二射频放大器的输入端相连；

所述第二射频放大器的输出端与所述第二检波器的输入端相连；

所述第三电容耦合器的输出端与所述第三滤波器的输入端相连；

所述第三滤波器的输出端与所述第三射频放大器的输入端相连。

可选择的，所述第一滤波器为低通滤波器，所述第二滤波器为带通滤波器，所述第三滤波器为高通滤波器。

可选择的，所述第一电容耦合器包括：第一电容，第二电容，第三电容，第一电阻；所述第一电容的输出端分别与所述第二电容，以及，所述第三电容的输入端相连；所述第二电容的输出端与所述第一电阻的输入端相连。

可选择的，所述第一检波器包括：反向二极管，第二电阻，第四电容；所述反向二极管的输出端分别与所述第二电阻，以及，所述第四电容的输入端相连。

本申请实施例示出一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，包括：多频带地电波耦合装置，电压滤波装置，射频放大装置，检波装置。所述多频带地电波耦合装置包括第一电容耦合器，第二电容耦合器，第三电容耦合器。所述电压滤波装置包括：第一滤波器，第二滤波器，第三滤波器。所述射频放大装置包括：第一射频放大器，第二射频放大器，第三射频放大器。所述检波装置包括：第一检波器，第二检波器，第三检波器。本申请结合局部放电产生电磁波的物理机理和地电波形成特性，提出一种不受传播途径和距离影响的基于地电波多频带同步耦合的检测装置，通过不同频带内的信号强度比例来进行放电分析，提高设备现场带电巡检质量，缩短设备事故发现消缺的周期，且不需要任何相位信息即可完成高效的模式识别。本申请示出的电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置具有检测灵敏度高、诊断效率高、无需相位信息等优点，可应用于电缆附件局部放电的在线监测和带电检测，具有显著的实际意义。

附图说明

图1为根据一优选实施例示出的一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置的结构示意图；

图2为根据一优选实施例示出的一种第一电容耦合器的电路示意图；

图3为根据一优选实施例示出的一种第一检波器的电路示意图；

图例说明：

1-多频带地电波耦合装置；11-第一电容耦合器；111-第一电容；112-第二电容；113-第三电容；114-第一电阻；12-第二电容耦合器；13-第三电容耦合器；2-电压滤波装置；21-第一滤波器；22-第二滤波器；23-第三滤波器；3-射频放大装置；31-第一射频放大器；32-第二射频放大器；33-第三射频放大器；4-检波装置；41-第一检波器；411-反向二极管；412-第二电阻；413-第四电容；42-第二检波器；43-第三检波器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在现有的地波诊断方法中，时域分析法无法准确提取地电波信号特征量，而频域分析法较复杂，数据量和计算量大。因此，本申请结合局部放电产生电磁波的物理机理和地电波形成特性，提出一种基于地电波多频带同步耦合的检测装置，通过不同频带内的信号强度比例来进行放电分析，且不需要任何相位信息即可完成高效的模式识别。

请参阅图1，本申请实施例示出一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，包括：多频带地电波耦合装置1，电压滤波装置2，射频放大装置3，检波装置4；

其中，所述多频带地电波耦合装置1包括：第一电容耦合器11，第二电容耦合器12，第三电容耦合器13；

具体的，所述电压滤波装置2包括：第一滤波器21，第二滤波器22，第三滤波器23；

所述射频放大装置3包括：第一射频放大器31，第二射频放大器32，第三射频放大器33；

所述检波装置4包括：第一检波器41，第二检波器42，第三检波器43；

所述第一电容耦合器11的输出端与所述第一滤波器21的输入端相连；

所述第一滤波器21的输出端与所述第一射频放大器31的输入端相连；

所述第一射频放大器31的输出端与所述第一检波器41的输入端相连；

所述第二电容耦合器12的输出端与所述第二滤波器22的输入端相连；

所述第二滤波器22的输出端与所述第二射频放大器32的输入端相连；

所述第二射频放大器32的输出端与所述第二检波器42的输入端相连；

所述第三电容耦合器13的输出端与所述第三滤波器23的输入端相连；

所述第三滤波器23的输出端与所述第三射频放大器33的输入端相连。

可选择的，所述第一滤波器21为低通滤波器，所述第二滤波器22为带通滤波器，所述第三滤波器23为高通滤波器。

所述电压滤波装置2的作用是消除空间中的电磁干扰。其中，所述第一滤波器21连接所述第一电容耦合器11，所述第二滤波器22连接所述第二电容耦合器12，所述第三滤波器23连接所述第三电容耦合器13。所述第一滤波器21，所述第二滤波器22，以及，所述第三滤波器23均采用无源电阻电感电容滤波器。所述第一滤波器21为低通滤波器，所述第二滤波器22为带通滤波器，所述第三滤波器23为高通滤波器。所述第一滤波器21的滤波通带f_BW＝DC～10MHz，所述第二滤波器22的滤波通带f_BW＝10～25MHz，所述第三滤波器的滤波通带f_BW>25MHz。所述第一滤波器21，第二滤波器22，第三滤波器23与所述第一电容耦合器11，所述第二电容耦合器12，以及，所述第三电容耦合器13采用同轴射频方式电连接。

可选择的，所述第一电容耦合器11包括：第一电容111，第二电容112，第三电容113，第一电阻114；所述第一电容111的输出端分别与所述第二电容112，以及，所述第三电容113的输入端相连；所述第二电容112的输出端与所述第一电阻114的输入端相连。

所述多频带地电波耦合装置1的作用是感应地电波信号。所述多频带地电波耦合装置1采用参数相同的所述第一电容耦合器11，所述第二电容耦合器12以及所述第三电容耦合器13对电缆附件地电波同步耦合。所述第一电容耦合器11的电路示意图如图2所示。其中，所述第一电容111为分压电容，其典型值为60-100pF。所述第二电容112为所述第一电容耦合器11于电缆附件接触面所形成的电容，其典型值为1-10pF。为获得较高灵敏度，所述第一电容111应远大于所述第二电容112。所述第一电阻114和所述第三电容113组成耦合阻抗，所述第一电阻114的典型值为300-1000Ω，所述第三电容113的典型值为20-100pF。所述第二电容耦合器12，以及，所述第三电容耦合器13的电路示意图与所述第一电容耦合器11的电路相同。

可选择的，所述第一检波器41包括：反向二极管411，第二电阻412，第四电容413；所述反向二极管411的输出端分别与所述第二电阻412，以及，所述第四电容413的输入端相连。

所述射频放大装置3的作用是增幅感应的地电波信号，增大信噪比。所述射频放大装置3采用三个有源射频放大器，即所述第一射频放大器31，所述第二射频放大器32，以及，所述第三射频放大器33。所述第一射频放大器31，所述第二射频放大器32，以及，所述第三射频放大器33的参数相同，典型参数为：3dB放大带宽为200kHz～60MHz；放大增益为20～100dB；供电水平为3.7V～6V，具体增益值由后端模拟/数字信号转换数字采样器的动态范围决定。所述第一射频放大器31，所述第二射频放大器32，以及，所述第三射频放大器33与所述第一滤波器21，所述第二滤波器22，以及，所述第三滤波器23采用同轴射频方式电连接。

所述检波装置4的作用是将射频信号降频为低频信号。所述检波装置4的原理为：利用检波二极管的单向导电特性和电容的电荷存储特性，获得输入信号的局部峰值电压，通过合理调节电阻R和电容C的值来调节系统的时间常数，以达到拓宽脉宽的作用。如图3所示为第一检波器41的电路示意图。其中，所述第二电阻412的典型值为500kΩ～1MΩ，所述第四电容413的典型值为0.1～2nF，所述反向二极管411的典型参数为：导通电压为0.34V，反向恢复时间为10ps，导通电阻为20Ω。所述第二检波器42，以及，所述第三检波器43与所述第一检波器41的电路相同。

由所述检波装置4输出的信号，具有单极性和双指数衰减脉冲特征，其脉宽范围为～10微秒量级，带宽中心频率为0.2～0.5MHz。该输出信号可由采样率高于1MS/s的模拟/数字信号转换数字采样器采集，其动态范围由模拟/数字信号转换数字采样器工作电平决定，其典型值为0.34～3.7V。所述第一检波器41，第二检波器42，第三检波器43需与所述第一射频放大器31，第二射频放大器32，第三射频放大器33同时进行电路设计，并采用同轴射频方式电连接。

本申请示出的电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置的检测方法步骤为：通过所述多频带地电波耦合装置1对电缆附件的局部放电地电波信号进行耦合，获得三路同步耦合信号。将三路所述耦合信号分别接入所述电压滤波装置2，获得三路滤波信号。将三路所述滤波信号分别接入所述射频放大装置3，获得三路放大信号。将三路所述放大信号接入所述检波装置4，通过所述检波装置4分别输出三路同步的低频信号，中频信号，以及，高频信号。最后，通过数字示波器将所述低频信号，中频信号，以及，高频信号进行记录和存储，分析所述低频信号，中频信号，以及，高频信号的强度比例和对应时间序列。

由以上技术方案可知，本申请实施例示出的电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置具有以下的优点：本申请结合局部放电产生电磁波的物理机理和地电波形成特性，提出一种不受传播途径和距离影响的基于地电波多频带同步耦合的检测装置，通过不同频带内的信号强度比例来进行放电分析，提高设备现场带电巡检质量，缩短设备事故发现消缺的周期，且不需要任何相位信息即可完成高效的模式识别。本申请示出的电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置具有检测灵敏度高、诊断效率高、无需相位信息等优点，可应用于电缆附件局部放电的在线监测和带电检测，具有显著的实际意义。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，其特征在于，包括：多频带地电波耦合装置(1)，电压滤波装置(2)，射频放大装置(3)，检波装置(4)；

其中，所述多频带地电波耦合装置(1)包括：第一电容耦合器(11)，第二电容耦合器(12)，第三电容耦合器(13)；

所述电压滤波装置(2)包括：第一滤波器(21)，第二滤波器(22)，第三滤波器(23)；

所述射频放大装置(3)包括：第一射频放大器(31)，第二射频放大器(32)，第三射频放大器(33)；

所述检波装置(4)包括：第一检波器(41)，第二检波器(42)，第三检波器(43)；

所述第一电容耦合器(11)的输出端与所述第一滤波器(21)的输入端相连；

所述第一滤波器(21)的输出端与所述第一射频放大器(31)的输入端相连；

所述第一射频放大器(31)的输出端与所述第一检波器(41)的输入端相连；

所述第二电容耦合器(12)的输出端与所述第二滤波器(22)的输入端相连；

所述第二滤波器(22)的输出端与所述第二射频放大器(32)的输入端相连；

所述第二射频放大器(32)的输出端与所述第二检波器(42)的输入端相连；

所述第三电容耦合器(13)的输出端与所述第三滤波器(23)的输入端相连；

所述第三滤波器(23)的输出端与所述第三射频放大器(33)的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，其特征在于，所述第一滤波器(21)为低通滤波器，所述第二滤波器(22)为带通滤波器，所述第三滤波器(23)为高通滤波器。

3.根据权利要求2所述的电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，其特征在于，所述第一电容耦合器(11)包括：第一电容(111)，第二电容(112)，第三电容(113)，第一电阻(114)；所述第一电容(111)的输出端分别与所述第二电容(112)，以及，所述第三电容(113)的输入端相连；所述第二电容(112)的输出端与所述第一电阻(114)的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的电缆附件局部放电地电波多频带局部放电检测装置，其特征在于，所述第一检波器(41)包括：反向二极管(411)，第二电阻(412)，第四电容(413)；所述反向二极管(411)的输出端分别与所述第二电阻(412)，以及，所述第四电容(413)的输入端相连。