CN210775732U - 一种电缆附件地电波多频带局部放电检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电缆附件地电波多频带局部放电检测装置，利用超高频耦合微带天线平面阵列对电缆附件的局部放电电磁波信号进行耦合，得到三路同步模拟电压信号，通过低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器同步获得多频带脉冲信号并获得脉冲信号峰值和峰值时间，在通过分析模块根据所述三路脉冲信号的峰值和峰值时间获得局部放电三元密度中心，并通过所述局部放电三元密度中心与预先获得的特征密度中心的几何距离判断放电类型。本装置具有放电辨识度强、诊断效率高、无需获取相位统计信息等优点，可应用于电缆附件局部放电的在线监测和带电检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备状态监测和故障诊断领域，尤其涉及一种电缆附件地电波多频带局部放电检测装置。
背景技术
由于电缆环境适应能力强、可靠性高、配置灵活等优点，其在高压电力系统和配电系统中的应用越来越广泛。受电缆制作工艺和现场附件制作工艺的影响，绝缘附件内部出现气泡、划痕、金属突起等缺陷；在安装运输过程中的各种机械振动、受力不均所产生的机械应力、长期运行时各种外界环境因素及运行状态的恶化等均可能导致电缆本体或附件的绝缘劣化甚至损坏。由于电缆附件的质量问题所导致的电离事故呈上升趋势。因此对电缆附件存在缺陷的有效检测可以保障电网的安全稳定运行以及避免巨大的经济损失。
局部放电产生的物理、化学变化可运用相对应的电、声、光及化学反应检测方法。常用的检测方法包括化学检测法、光学检测法和脉冲电流法、其中超声波法、超高频法。其中脉冲电流法、超声波法以及超高频法已被广泛应用，是实用性高且较为常用的方法，与脉冲电流法相比，超高频法因其非接触、抗干扰等优势得到现场的广泛应用，但目前对超高频局部放电检测结果仍缺乏有效的分析手段，无法对绝缘子产生的局部放电进行模式识别以及准确的危险性评估。局部放电电磁辐射不同波段的特征为局部放电诊断提供丰富的信息，对这些信息的充分挖掘可以有效表征绝缘缺陷的类别及劣化程度。
此外，局部放电相位分布图(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。然而，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，具体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。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种电缆附件地电波多频带局部放电检测装置，包括：
超高频耦合微带天线平面阵列，所述超高频耦合微带天线平面阵列包括三路超高频耦合天线；分别与所述三路超高频耦合天线电连接的低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器；分别与所述低通滤波器、所述带通滤波器和所述高通滤波器电连接的三路同步射频放大检波器；与所述三路同步射频放大检波器电连接的数字信号处理模块，所述数字信号处理模块用于获取三路脉冲信号的峰值和峰值时间；与所述数字信号处理模块相连接的分析模块，所述分析模块用于根据所述三路脉冲信号的峰值和峰值时间获得局部放电三元密度中心，并通过所述局部放电三元密度中心与预先获得的特征密度中心的几何距离判断放电类型。
优选的，采用三个3dB响应频带覆盖0.3GHz-1.5GHz、带宽内驻波比小于2.5的超高频天线，组成超高频耦合微带天线平面阵列，用于耦合局部放电超高频0.3GHz-1.5GHz带宽内的电磁波信号。
优选的，所述数字信号处理模块包括：
多通道A/D转换器，其输入端与所述三路同步射频放大检波器电连接；
处理器，其输入端与所述多通道A/D转换器电连接，输出端与所述分析模块电连接。
优选的，所述低通滤波器带宽为0-450MHz。
优选的，所述带通滤波器带宽为400-750MHz。
优选的，所述高通滤波器带宽为700-3200MHz。
优选的，所述三路同步射频放大检波器输入脉冲频率大于1.5GHz，输出脉冲频率小于 1MHz，且具有单极性和双指数衰减脉冲特征，电压放大增益大于60dB。
本实用新型利用超高频耦合微带天线平面阵列对电缆附件的局部放电电磁波信号进行耦合，得到三路同步模拟电压信号，通过低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器同步获得多频带脉冲信号并获得脉冲信号峰值和峰值时间，在通过分析模块根据所述三路脉冲信号的峰值和峰值时间获得局部放电三元密度中心，并通过所述局部放电三元密度中心与预先获得的特征密度中心的几何距离判断放电类型。本装置具有放电辨识度强、诊断效率高、无需获取相位统计信息等优点，可应用于电缆附件局部放电的在线监测和带电检测。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，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为本实用新型实施例提供的一种电缆附件地电波多频带局部放电检测装置的结构示意图。
图2为本实用新型实施例提供的一种超高频耦合微带天线平面阵列的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种超高频耦合微带天线平面阵列的立体图；
图4为本实用新型实施例提供的检测得到的低频、中频、高频放电脉冲峰值向量转换在三元坐标的示意图；
图5为本实用新型实施例提供的预先得到的多频带三元散点的分布示意图；
图中所示：
超高频耦合微带天线平面阵列-1，低通滤波器-2、带通滤波器-3、高通滤波器-4、三路同步射频放大检波器-5、数字信号处理模块-6、分析模块-7。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案,下面将对本实用新型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，都应当属于本实用新型的保护范围。
针对现有技术的不足，本方案提供一种电缆附件地电波多频带局部放电检测装置。请参考图1，所示为本实用新型实施例提供的一种电缆附件地电波多频带局部放电检测装置的结构示意图。由图1可见，该电缆附件地电波多频带局部放电检测装置，包括：
超高频耦合微带天线平面阵列1，所述超高频耦合微带天线平面阵列1包括三路超高频耦合天线(由图2和图3可见)；三路超高频耦合天线通过三芯射频传输电缆分别与所述三路超高频耦合天线电连接的低通滤波器2、带通滤波器3和高通滤波器4；分别与所述低通滤波器 2、所述带通滤波器3和所述高通滤波器4电连接的三路同步射频放大检波器5；与所述三路同步射频放大检波器5电连接的数字信号处理模块6，所述数字信号处理模块6用于获取三路脉冲信号的峰值和峰值时间；与所述数字信号处理模块6相连接的分析模块7，所述分析模块用于根据所述三路脉冲信号的峰值和峰值时间获得局部放电三元密度中心，并通过所述局部放电三元密度中心与预先获得的特征密度中心的几何距离判断放电类型。本装置具有放电辨识度强、诊断效率高、无需获取相位统计信息等优点，可应用于电缆附件局部放电的在线监测和带电检测。
进一步的，本申请其他实施例中，采用三个3dB响应频带覆盖0.3GHz-1.5GHz、带宽内驻波比小于2.5的超高频天线，组成超高频耦合微带天线平面阵列1，用于耦合局部放电超高频0.3GHz-1.5GHz带宽内的电磁波信号。
数字信号处理模块6进一步可包括：多通道A/D转换器61和处理器62。其中，多通道A/D转换器61的输入端与所述三路同步射频放大检波器5电连接，用于采集三路模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号。处理器62的输入端与所述多通道A/D转换器61电连接，输出端与所述分析模块7电连接，用于得到获取三路数字信号的峰值和峰值时间。
优选的，所述低通滤波器带宽为0-450MHz；所述带通滤波器带宽为400-750MHz；所述高通滤波器带宽为700-3200MHz；所述三路同步射频放大检波器输入脉冲频率大于1.5GHz，输出脉冲频率小于1MHz，且具有单极性和双指数衰减脉冲特征，电压放大增益大于60dB。
本装置的检测过程如下：
1)首先利用超高频耦合微带天线平面阵列1对电缆附件的局部放电超高频信号进行耦合，并得到三路同步耦合信号；
2)通过低通滤波器2、带通滤波器3和高通滤波器4同步获得多频带脉冲信号并获得脉冲信号峰值和峰值时间；
3)将所得到的三个频带的峰值信息转换为三元信息，并绘制三元散点分布图；
4)在实验室中预先模拟对多类典型放电，得到各自的多频带三元散点分布，并得到不同放电类型的特征密度中心，并将其作为实际应用的特征参数；
5)计算实际测量得到的局部放电三元散点分布密度中心与特征密度中心的几何距离，以其中具有最短几何距离的特征密度中心作为分析结果，从而得到局部放电的放电类型。
步骤3)中，将所得到的三个频带的峰值信息转换为三元信息，并绘制三元散点分布图为：将上述同步得到的三个低、中、高频放电脉冲峰值，经归一化和坐标变换后，绘制在等边三角形状的三元坐标轴中，坐标中三个变量值的总和为恒定值1。具体流程为：
将第i次放电所得到的低、中、高频放电脉冲峰值记为向量：
Pi＝[pi,L,pi,M,pi,H] (1)
其中，pi,L、pi,M和pi,H分别为低、中、高频放电脉冲峰值。
然后将向量Pi进行三元坐标变换，得到X-Y平面的新坐标Pi’：
Pi'＝[xi,yi] (2)
其中，
xi＝pi,L·(pi,L+pi,M+pi,H)-1 (3)
yi＝0.866·Ii,M·(pi,L+pi,M+pi,H)-1 (4)
以三元坐标表示上述低、中、高频放电脉冲峰值向量如附图4所示。
上述判断放电类型参量的特征为：将一段时间测量得到的多个局部放电三元向量绘制在同一个三元坐标中，得到多频带三元散点分布(如图5所示)；在实验室中模拟对多类典型放电，得到各自的多频带三元散点分布，并得到不同放电类型的特征密度中心，并将其作为实际应用的特征参数(本实施例中，可将该特征参数存储于分析模块中)；计算实际测量得到的局部放电三元散点分布密度中心与特征密度中心的几何距离，以其中具有最短几何距离的特征密度中心作为分析结果，即放电类型。具体流程为：
定义模拟放电试验得到第m类局部放电类型的特征密度中心Tm和实际测试得到的密度中心Tx分别为：
Tm＝[xm,ym] (5)
TX＝[xX,yX] (6)
计算上述密度中心之间的几何距离Dx,m：
最终，将具有最短几何距离的特征密度中心作为分析结果，确定相应的放电类型。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案,下面将对本实用新型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，都应当属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种电缆附件地电波多频带局部放电检测装置，其特征在于，包括：
超高频耦合微带天线平面阵列，所述超高频耦合微带天线平面阵列包括三路超高频耦合天线；
分别与所述三路超高频耦合天线电连接的低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器；
分别与所述低通滤波器、所述带通滤波器和所述高通滤波器电连接的三路同步射频放大检波器；
与所述三路同步射频放大检波器电连接的数字信号处理模块，所述数字信号处理模块用于获取三路脉冲信号的峰值和峰值时间；
与所述数字信号处理模块相连接的分析模块，所述分析模块用于根据所述三路脉冲信号的峰值和峰值时间获得局部放电三元密度中心，并通过所述局部放电三元密度中心与预先获得的特征密度中心的几何距离判断放电类型。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，采用三个3dB响应频带覆盖0.3GHz-1.5GHz、带宽内驻波比小于2.5的超高频天线，组成超高频耦合微带天线平面阵列，用于耦合局部放电超高频0.3GHz-1.5GHz带宽内的电磁波信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字信号处理模块包括：
多通道A/D转换器，其输入端与所述三路同步射频放大检波器电连接；
处理器，其输入端与所述多通道A/D转换器电连接，输出端与所述分析模块电连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低通滤波器带宽为0-450MHz。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述带通滤波器带宽为400-750MHz。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高通滤波器带宽为700-3200MHz。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三路同步射频放大检波器输入脉冲频率大于1.5GHz，输出脉冲频率小于1MHz，且具有单极性和双指数衰减脉冲特征，电压放大增益大于60dB。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113253081A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-08-13 | 北京国电通网络技术有限公司 | 多天线局部放电信号处理设备 |
| CN113419151A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-09-21 | 贵州电网有限责任公司 | 一种便携式故障绝缘子在线检测装置及检测方法 |
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2019
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| CN113419151A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-09-21 | 贵州电网有限责任公司 | 一种便携式故障绝缘子在线检测装置及检测方法 |
| CN113419151B (zh) * | 2021-07-15 | 2022-07-01 | 贵州电网有限责任公司 | 一种便携式故障绝缘子在线检测装置及检测方法 |
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| GR01 | Patent grant |