CN215116609U

CN215116609U - 一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器

Info

Publication number: CN215116609U
Application number: CN202121245857.1U
Authority: CN
Inventors: 东盛刚; 周智鹏; 鲁晶晶; 谢艳婷; 唐敏玲; 陈星光; 潘达任; 何明勇; 苏天裕
Original assignee: Guangzhou Zhifeng Electric Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Zhifeng Electric Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2031-06-04

Abstract

本实用新型公开了一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器，包括金属外壳和采集器模块，所述金属外壳的内部设置有采集器模块，所述金属外壳的顶部设置有第一模拟信号输出通道、第二模拟信号输出通道、第三模拟信号输出通道和电源按钮，所述金属外壳的一侧设置有网口、锂电池充电口，所述金属外壳的一侧设置有无线相位接收天线、无线通信天线、三相的信号接入下端夹子，所述金属外壳的另一侧设置有三相的信号接入上端夹子和外部相位输入端口。主要解决现有技术中的局放测试装置安装不便捷、测试安全性不高、局放传感器体积大、同步相位获取方式单一、电源供给难等问题。

Description

一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器

技术领域

本实用新型属于信号采集器技术领域，具体涉及一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器。

背景技术

近年来，电力电缆在城市发展中广泛应用，大量投运。根据统计数据可知，电缆线路的薄弱环节在其电缆接头附件上，例如电缆接头和接头连接箱，这往往是由于制作工艺不良以及现场施工不当而带来的绝缘缺陷，这些缺陷都会成为电缆线路运行中发生故障的隐患。带电局部放电检测，作为运行中电缆线路绝缘状态检测和评估中最有效手段之一，由于电缆线路的敷设条件不尽相同，如何根据测试现场的状况正确选择和使用局部放电信号采集装置对能否高效率获得有效检测效果保证电缆可靠运行具有重要的意义。

电缆局部放电信号检测多数是在电缆接头接地线或连接箱上进行，对于隧道电缆的局放测试可以在电缆接头、接头接地线或连接箱上进行，但是大多数电缆都以直埋的方式进行敷设，将电缆、电缆接头和接地线埋设，接头连接箱外置，故对于直埋电缆通常在连接箱上进行局放测试。直埋电缆由于分布式分布在街道、路边、野外等环境，所以连接箱可能会处在马路边、马路间、人口密集的地方，对局放测试的时间限制大，不方便。

对连接箱的局部放电的传统测试方法，在连接箱的上下端子上先安装电容臂再把高频脉冲电流传感器HFCT跨接在电容臂上，以上传感器的安装方式称作电容臂+HFCT传感器，然后通过5～20m同轴信号引线将HFCT传感器与局放信号处理装置连接，相位CT安装在接地线上，通过信号线引出与局放信号处理装置连接，局放信号处理装置再通过有线与测试电脑端连接，进行局放测试。外置AC或DC电源为局放信号处理装置LS供电，采用这种方法，局放测试设备多且重，携带困难，安装设备步骤多，非常不方便，作业效率非常低，且危险。电容臂+HFCT传感器，其体积很大，体重较重，安装不便。

传统的局放信号处理装置主要构成模块，电容臂和HFCT传感器检测到局放信号，首先到模拟信号处理模块进行信号处理，通过各个模块对信号进行滤波、检波、放大，再由100MHz ADC将模拟信号转换成数字信号，最后由通信模块将信号发送至后台电脑。装置由大量的各种独立硬件模块组成体积庞大，携带不便。ADC模数转换的采样率是100MHz，对波形的还原较差。

传统的局部放电测试方法存在以下问题：

1、局放测试设备安装不便捷，从电容臂+HFCT、相位CT、局放信号处理装置及测试电脑间是独立的个体，局放测试时需要外接引线连接，拆装工作量大，耗时长，作业效率非常低；

2、安全性不高，连接箱通常安装在马路边，周围人员密集，采用有线测试方式，安全性低，同时，当检测对象发生绝缘击穿时，过流过压容易通过信号线对测试人员和局放测试设备造成伤害，安全性低；

3、局放传感器体积大，传统方法使用的电容臂+HFCT传感器体积很大，通常HFCT的外径100mm，内径80mm，高27mm，重量较重，携带非常不轻便；

4、同步相位获取方式单一，通常仅通过在接地线上安装相位CT通过感应电流的形式获取同步相位信号，传感器安装不便捷，且安全性低，同步相位获取方式单一；

5、电源供给难，局放信号处理装置供电电源方式采用外接市电220V或外接大容量蓄电池，而现场基本不具有220V电源条件，通常需要使用大容量蓄电池为装置供电，蓄电池重量较重，携带困难；

6、局放信号处理装置分布式设计，局放信号处理装置通过对采集到的局放信号需进行放大、滤波、检波、ADC模数转换等方式实现局放PRPD和波形的采集，其由大量的各种独立硬件模块组成体积庞大，携带不便。ADC模数转换的采样率是100MHz，对波形的还原较差；

7、仅用作短时带电局放检测，采用非固定式电容臂和HFCT传感器，及外置连接线的方式连接局放测试系统，仅能够用作带电局放测试，不能够用作长期局放在线监测。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器，主要解决现有技术中的局放测试装置安装不便捷、测试安全性不高、局放传感器体积大、同步相位获取方式单一、电源供给难等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器，包括金属外壳和采集器模块，所述金属外壳的内部设置有采集器模块，所述金属外壳的顶部设置有第一模拟信号输出通道、第二模拟信号输出通道、第三模拟信号输出通道和电源按钮，所述金属外壳的一侧设置有网口、锂电池充电口，所述金属外壳的一侧设置有无线相位接收天线、无线通信天线、三相的信号接入下端夹子，所述金属外壳的另一侧设置有三相的信号接入上端夹子和外部相位输入端口。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述采集器模块包括电容臂+HFCT传感器、可调放大器、ADC模数转换模块、内置相位信号模块、外部相位接收模块、无线相位接收模块、电源模块、FPGA数据采集和处理模块、MCU控制及通信处理模块和无线通信模块。

作为本实用新型的一种优选技术方案，电容臂+HFCT传感器包括信号接入上端夹子、信号接入下端夹子、电容、磁芯、检测线圈、匹配电阻、信号输出端口和输入线圈。

与现有技术相比，本实用新型能达到的有益效果是：

1、一体化设计安装更便捷：局放传感器与局放信号处理装置一体化设计，无需外接引线便可测试，安装便捷，工作效率高；

2、无线传输安全性高：局部放电信号采集器与相位装置及测试电脑间均采用无线传输方式，测试人员可远距离测试，安全性更高；

3、电容臂加HFCT传感器内置设计：一体化设计，检测频率高达100MHz、灵敏度高、抗干扰性强、体积小、携带便捷；

4、三种方式获取同步相位：以无线获取相位、外部接入相位和采集器内部MCU产生相位三种方式获取相位，无线相位检测范围20～300Hz，精度小于等于±0.05°；

5、电池化设计：便捷型电缆线路局部放电信号采集器内置锂电池，续航时间长达8小时以上，满足带电检测的长时间供电需求；

6、便捷型电缆线路局部放电信号采集器集成化设计：对信号波形直接采样，只需要放大功能和ADC模数转换及FPGA可实现局放信号的PRPD和波形显示，且ADC模数转换是200MHz的采用率，对波形的还原更逼真。体积仅是现有技术的1/5大小；

7、即可用作短时带电局放检测也可作为长期在线监测使用：内置电容臂和HFCT传感器在采集器中，采集器和信号处理与分析中心PC端采用无线连接方式，仅需将便捷型电缆线路局部放电信号采集器固定在连接箱上，即可实现带电局放测试和长期局放在线监测。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图之一；

图2为本实用新型的立体结构示意图之二；

图3为本实用新型的主要构成示意图；

图4为本实用新型的FPGA数据采集和处理模块工作原理示意图；

图5为本实用新型的电容臂+HFCT传感器的结构示意图；

图6为使用本实用新型进行局放测试系统图之一；

图7为使用本实用新型进行局放测试系统图之二。

其中：1、金属外壳；2、无线相位接收天线；3、无线通信天线；4、三相的信号接入下端夹子；5、网口；6、锂电池充电口；7、电源按钮；8、第一模拟信号输出通道；9、第二模拟信号输出通道；10、第三模拟信号输出通道；11、三相的信号接入上端夹子；12、外部相位输入端口；13、采集器模块；1301、电容臂+HFCT传感器；1302、可调放大器；1303、ADC模数转换模块；1304、内置相位信号模块；1305、外部相位接收模块；1306、无线相位接收模块；1307、电源模块；1308、FPGA数据采集和处理模块；1309、MCU控制及通信处理模块；1310、无线通信模块；13011、信号接入上端夹子；13012、信号接入下端夹子；13013、电容；13014、磁芯；13015、检测线圈；13016、匹配电阻；13017、信号输出端口；13018、输入线圈。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，但下述实施例仅仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例:

如图1-7所示，一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器，包括金属外壳1和采集器模块13，金属外壳1的内部设置有采集器模块13，金属外壳1的顶部设置有第一模拟信号输出通道8、第二模拟信号输出通道9、第三模拟信号输出通道10和电源按钮7，金属外壳1的一侧设置有网口5、锂电池充电口6，金属外壳1的一侧设置有无线相位接收天线2、无线通信天线3、三相的信号接入下端夹子4，金属外壳1的另一侧设置有三相的信号接入上端夹子11和外部相位输入端口12；

本专利通过便捷型电缆线路局部放电信号采集器与无线相位装置与测试电脑或平板电脑配合，针对电缆中间接头连接箱的局放测试有以下几种实施方式：实施方式1：在交叉互联箱上采用一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器进行局放测试。

实施方式1的系统如图6所示，测试前，打开交叉互联箱箱门，将便捷型电缆线路局部放电信号采集器上的三相的信号接入下端夹子4和三相的信号接入上端夹子11分别快速夹在交叉互联箱的三相同轴电缆上下端之间，便捷型电缆线路局部放电信号采集器挂在交叉互联箱上，电源按钮7开启便捷型电缆线路局部放电信号采集器，无线相位发射装置贴放在接地线附近，与便携式局部放电信号采集器内置的无线相位接收装置无线连接，便携式局部放电信号采集器与后台数据处理与分析中心的测试电脑或平板电脑间通过无线方式连接。

一种便携式局部放电信号采集器内的电容臂通过连接夹子跨接在交叉互联箱的同轴电缆上下端子间，构筑局放检测回路，局放信号可通过电容臂耦合出局放信号，采集器内置的小型高频脉冲电流传感器HFCT检测到局放信号并传输给信号处理模块，进行放大、模数转化及FPGA等处理，无线相位发射装置检测到同步相位信号通过无线发射到采集器内置的无线相位接收装置，最终局放测试信号通过无线传输到后台数据处理与分析中心的测试电脑或平板电脑上，测试电脑或平板电脑上部署专用测试软件进行局放信号分析、判断、显示和保存。

实施方式2：在直接接地箱上采用一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器进行局放测试。

实施方式2的系统如图7所示，测试前，打开直接接地箱箱门，将便捷型电缆线路局部放电信号采集器上的三相的信号接入下端夹子4和三相的信号接入上端夹子11分别快速夹在直接接地箱的三相同轴电缆上下端之间，便捷型电缆线路局部放电信号采集器挂在直接接地箱上，电源按钮7开启便捷型电缆线路局部放电信号采集器，无线相位发射装置贴放在接地线附近，与便携式局部放电信号采集器内置的无线相位接收装置无线连接，便携式局部放电信号采集器与后台数据处理与分析中心的测试电脑或平板电脑间通过无线方式连接。

便携式局部放电信号采集器内的电容臂通过连接夹子跨接在交叉互联箱的同轴电缆上下端子间，构筑局放检测回路，局放信号可通过电容臂耦合出局放信号，采集器内置的小型高频脉冲电流传感器HFCT检测到局放信号并传输给信号处理模块，进行放大、模数转化及FPGA等处理，无线相位发射装置检测到同步相位信号通过无线发射到采集器内置的无线相位接收装置，最终局放测试信号通过无线传输到后台数据处理与分析中心的测试电脑或平板电脑上，测试电脑或平板电脑上部署专用测试软件进行局放信号分析、判断、显示和保存。

在其他实施例中，采集器模块13包括电容臂+HFCT传感器1301、可调放大器1302、ADC模数转换模块1303、内置相位信号模块1304、外部相位接收模块1305、无线相位接收模块1306、电源模块1307、FPGA数据采集和处理模块1308、MCU控制及通信处理模块1309和无线通信模块1310；

一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器的工作原理如图3所示：通过便捷型电缆线路局部放电信号采集器两端的夹子将其安装在电缆线路上连接箱上的上下端之间，通过内置型电容臂+HFCT传感器1301采集电缆上的局放信号，采集后的局放信号经过可调放大器1302放大后，通过ADC模数转换模块1303将模拟信号处理成数字信号，并通过FPGA数据采集和处理模块1308进行局放信号的波形采集与相位检测，生成对应的局放PQN与波形信息，处理后经过MCU控制及通信处理模块1309对FPGA的采样数据做通信处理与参数设置及数据就地保存，最终通过无线通信模块1310将局放信号以无线的方式传输给信号处理与分析中心，进行数据自动存储、分析、判断和显示。FPGA数据采集和处理模块1308主要原理如图4所示，对原波形数据采集1～2048个点，采集的波形点数可调节，采集的波形数据通过FFT快速傅立叶变换技术进行数字选频率后计算得到对应的信号频率图谱，选择对应频率f₁和f₂之间的信号，且大于设定触阀值幅值以上的信号数据保存，反之不保存信号数据，同时计算出波形最大或最小峰值点的相位，根据采集的数据最终生成局放信号的PRPD图谱，每个点数的PRPD图谱对应一个局放波形图。

在其他实施例中，电容臂+HFCT传感器1301包括信号接入上端夹子13011、信号接入下端夹子13012、电容13013、磁芯13014、检测线圈13015、匹配电阻13016、信号输出端口13017和输入线圈13018；

一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器的工作原理如图3所示：用于同步局放信号的相位模块有三个，分别是内置相位信号模块1304、外部相位接收模块1305和无线相位接收模块1306。内置相位信号模块1304通过MCU控制及通信处理模块1309内置的单片机产生一个对应设定频率的相位波形信号；外部相位接收模块1305是在便捷型电缆线路局部放电信号采集器的外部输入一个相位波形信号；无线相位接收模块1306通过外部的无线相位发送装置以无线传输方式传送给便捷型电缆线路局部放电信号采集器中的无线相位接收模块1306，一个相位信号和对应的基准相位角，无线相位接收模块1306中的接收器根据接收到的相位信号和基准相位角生成一个与无线相位发送装置相同的相位波形。三种相位信号的频率均可达到20～300Hz，精度小于等于±0.05°，以及内置型电容臂+HFCT传感器1301检测频率高达100MHz，其检测范围广、信噪比高、易安装，HFCT的尺寸为外径16mm、内径10mm、高14mm，小型化程度极高

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器，包括金属外壳(1)和采集器模块(13)，其特征在于：所述金属外壳(1)的内部设置有采集器模块(13)，所述金属外壳(1)的顶部设置有第一模拟信号输出通道(8)、第二模拟信号输出通道(9)、第三模拟信号输出通道(10)和电源按钮(7)，所述金属外壳(1)的一侧设置有网口(5)、锂电池充电口(6)，所述金属外壳(1)的一侧设置有无线相位接收天线(2)、无线通信天线(3)、三相的信号接入下端夹子(4)，所述金属外壳(1)的另一侧设置有三相的信号接入上端夹子(11)和外部相位输入端口(12)。

2.根据权利要求1所述的一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器，其特征在于：所述采集器模块(13)包括电容臂+HFCT传感器(1301)、可调放大器(1302)、ADC模数转换模块(1303)、内置相位信号模块(1304)、外部相位接收模块(1305)、无线相位接收模块(1306)、电源模块(1307)、FPGA数据采集和处理模块(1308)、MCU控制及通信处理模块(1309)和无线通信模块(1310)。

3.根据权利要求2所述的一种便捷型电缆线路局部放电信号采集器，其特征在于：电容臂+HFCT传感器(1301)包括信号接入上端夹子(13011)、信号接入下端夹子(13012)、电容(13013)、磁芯(13014)、检测线圈(13015)、匹配电阻(13016)、信号输出端口(13017)和输入线圈(13018)。