CN103558532A

CN103558532A - 高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统

Info

Publication number: CN103558532A
Application number: CN201310585938.XA
Authority: CN
Inventors: 张来; 赵高帅; 高毅; 武娇文; 王婧
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明涉及一种高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，该系统包括用于耦合电缆附件接地线中放电信号的高频电流互感器，高频电流互感器通过同轴电缆与高速数据采集卡连接，高速数据采集卡将采集到的模拟信号转换成数字信号后输出给上位机，上位机分别与人机界面设备、输入键盘、打印输出设备、外部存储设备及报警设备连接，整个系统由交流输出的UPS电源供电。本发明选取高频电流互感器为信号拾取传感器，具有安装使用方便、信噪比高、携带方便，每次采集的数据量小，使整个采集、计算、分析和判断过程均在较短时间内完成，适合于便携式设备的要求。

Description

高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统

技术领域

本发明属于高压交联聚乙烯电力电缆附件的局部放电在线检测技术领域，特别是一种高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统。

背景技术

随着我国城市电网改造和升级步伐的加快，电力电缆越来越多的应用于各电压等级的输、配电网中。目前，投入运行的110kV及以上高压电缆线路已达数千公里。近年来，交联聚乙烯电力电缆以其优越的电气性能，良好的热、机械效应，安装维护方便等特点被广泛应用于电力系统。投入运行后，由于在电缆生产、运输、安装及运行过程中引入的杂质、气泡、毛刺、凸起等缺陷原因，或长期受到水分、潮气、化学物质的侵蚀渗透，引发电缆绝缘老化，严重影响电缆运行寿命。在相当长的一段时期内，国内对高压交联聚乙烯电力电缆绝缘的检测多采用周期性的耐压试验。该方法对明显缺陷较有效，但是对于那些需发展数年才逐步显现老化迹象的绝缘薄弱点来说却无能为力。近年来，基于局部放电在线监测或检测技术的交联聚乙烯电力电缆绝缘诊断技术已越来越受到关注。局部放电指发生在电缆本体绝缘或附件中的非贯穿性放电现象。在局部放电过程中，电离出的电子、正负离子在电场力作用下获得较大能量，当它们撞击到绝缘材料时，可造成材料的化学键断裂，引发材料降解，绝缘加速老化。此外，放电点处的介质发热严重，可使绝缘材料烧焦或融化，导致介质电导及损耗增加，同样加速绝缘老化。局部放电过程还会产生许多活性生成物，腐蚀绝缘体，使介质性能劣化。而连续爆破性的放电以及由放电产生的高压气体都会使绝缘形成微裂，形成电树枝老化。可见，电力电缆的局部放电行为与其安全状态密切相关。通过在线监测或检测方法测量电缆的局部放电信息、进而判断电缆绝缘所处的工作状态对于电力运行部门意义重大。

对于交联聚乙烯电力电缆绝缘局部放电的检测研究开展已久，在上世纪60年代，已有研究人员和工程技术人员在此领域开展探索性工作。但是，由于110kV及以上电压等级的交联聚乙烯电力电缆开发成功时间较晚，服役时间至今不过30余年，不像充油电缆有50年以上成熟的使用经验并且具备完善的绝缘老化检测方法。因此，对于目前在我国已成为主流应用的交联聚乙烯电力电缆来讲，研制其相应的局部放电在线监测或检测手段，具有更加明显的工程意义。

交联聚乙烯电力电缆的局部放电检测与传感器技术的发展密不可分。经过近半个世纪的发展，局部放电的检测手段大为进步。事实上，工程人员在进行局部放电信号的检测时，总是利用局部放电发生时所产生的各类物理现象，包括声、光、电、热和化学效应等。目前，已被广泛应用的局部放电检测手段有脉冲电流法，电桥法，无线电干扰电压法，以及超声波法、红外测量等非电检测法。近年来，国内外研究人员和工程技术人员的关注点主要放在交联聚乙烯电力电缆局部放电的在线监测或检测技术。由于局部放电信号微弱，波形复杂多变，极易被背景噪声和外界电磁干扰噪声淹没，设计一种可有效抑制电磁噪声、拾取理想局部放电信号的传感器是进行局部放电在线检测的基础。目前，基于罗氏线圈原理的高频电流互感器已被广泛应用，通过合理选取铁氧体磁芯材料，优化绕线工艺和参数，已能够获得高信噪比的局部放电信号采集传感器。

在交联聚乙烯电力电缆系统中，由于电缆附件结构相对复杂，其电场分布很不均匀，是易于引发局部放电的薄弱点。研究表明，电力电缆的局部放电行为大多集中在附件中。因此，对交联聚乙烯电力电缆附件进行局部放电在线检测对认知电缆系统的安全性有着重要意义。目前，已有研究人员将电缆附件中发生的局部放电类型归为三大类，即电晕放电、沿面放电和内部放电。而每种放电类型对电缆绝缘的损害程度不同，如何简便快捷的区分放电属于哪一种类型，是运行人员十分关心的实际工程问题。

为了区分不同种类的放电类型，需首先对不同种类电缆绝缘缺陷引发的放电波形特征进行研究和规律，即局部放电特征提取。30多年来，以后多种放电特征提取方法被提出，包括：Φ－q－n谱图法，放电统计特征参数法，分形特征参数法，单次波形特征参数法、图像矩特征参数法等。上述方法均需对采集到的数据进行大量复杂的统计计算，耗时较长，适合于后台系统的辅助分析。对于在线检测实时获取测量信息和特征的场合，显得并不适用。采用更加简洁有效、计算耗时短的方法来区分放电类型，是电力电缆局部放电在线检测系统的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，该系统包括用于耦合电缆附件接地线中放电信号的高频电流互感器，高频电流互感器通过同轴电缆与高速数据采集卡连接，高速数据采集卡将采集到的模拟信号转换成数字信号后输出给上位机，上位机分别与人机界面设备、输入键盘、打印输出设备、外部存储设备及报警设备连接，整个系统由交流输出的UPS电源供电。

而且，所述高频电流互感器直接卡接在电缆附件接地线上，高频电流互感器为采用基于罗氏线圈原理的高频电流互感器，响应频率为100kHz-30MHz，灵敏度不小于10mV，分辨率不小于1mV。

而且，连接高频电流互感器与高速数据采集卡的同轴电缆长度不超过5m，波阻抗为50Ω。

而且，所述高速数据采集卡采样率不低于60MHz，作为一种优选实例可选用采样率80MHz。

而且，所述上位机用以对采集到的数据实施傅里叶变换，提取高、中、低频段的能量信息，并综合判断发生何种放电，最终将判别结果送至人机界面设备显示，上位机进一步包含显示模块、数据库和分析设置模块，显示模块用于显示由数据采集提取的典型放电信号单次脉冲时域波形、频域分解波形和分频段统计特征和历史数据；数据库用于存储放电信号的分频段统计参数、单次脉冲幅值、频域参数；分析设置模块用于设置采集卡采样频率、频段划分阈值、放电信号采集触发阈值和数据库存储条件设置。

而且，所述报警设备为与上位机连接的报警蜂鸣器，蜂鸣器由上位机发出的触发信号触发实现凤鸣报警。

而且，所述外部存储设备为固态硬盘，用于存储放电特征数据，包括分频段统计参数、单次脉冲幅值、频域参数和典型放电脉冲波形。

本发明的优点和积极效果是

1、本发明选取高频电流互感器为信号拾取传感器，具有安装使用方便、信噪比高、携带方便等优点，使该便携式系统的可拓展性提高。

2、本发明不需要附加工频电流互感器以拾取电缆导体中的工频电压参考信号，使整套系统的结构更简洁。

3、本发明采用单次放电脉冲触发方式，每次采集的数据量小，无需配置大容量存储器，也便于上位机的分析计算。使整个采集、计算、分析和判断过程均在较短时间内完成，适合于便携式设备的要求。

4、本发明可拓展强大软件系统，包含显示模块、数据库和分析设置模块，可对采集、分析参数进行设计，对历史数据、诊断结果进行查阅比对。

5、本发明提供分析结果的打印功能。

6、本发明采用全触屏控制、显示，界面更直观、简洁，功能全面。

7、本发明检测安全、迅速、准确，便于工作人员操作，设备体积小，重量轻，便于搬运携带，局部放电特征区分明显，易于诊断。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明提出一种基于单次放电脉冲波形频域特征的110kV及以上电压等级的高压交联聚乙烯电力电缆附件局部放电在线检测系统，根据采用高频电流互感器拾取三种典型放电模式（电晕、沿面、内部）单次放电脉冲波形时，其频谱在高、中、低频段内的特征分布不同，可对三种放电模式进行识别。

一种高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，如图1所示，该系统包括用于耦合电缆附件接地线中放电信号的高频电流互感器，高频电流互感器通过同轴电缆与高速数据采集卡连接，高速数据采集卡将采集到的模拟信号转换成数字信号后输出给上位机，上位机分别与人机界面设备、输入键盘、打印输出设备、外部存储设备及报警设备连接。

其中，高频电流互感器直接卡接在电缆附件接地线上，高频电流互感器为基于罗氏线圈原理的高频电流互感器，响应频率为100kHz-30MHz，灵敏度不小于10mV，分辨率不小于1mV，其工作时，当有局部放电信号流过接地线时，可在高频电流互感器的输出端产生相应的输出电压信号。

其中，连接高频电流互感器与高速数据采集卡的同轴电缆长度不超过5m，波阻抗为50Ω。

其中，高速数据采集卡采样率不低于60MHz，在实际工作中，可视情况选择具体的采样率，如综合考虑采样率要求和系统存储器要求，可选用采样率80MHz。

其中，上位机用以对采集到的数据实施傅里叶变换，提取高、中、低频段的能量信息，并综合判断发生何种放电，最终将判别结果送至人机界面设备显示。

其中，人机界面设备采用电容式触摸屏作为人机界面设备，通过此界面，可以设置高速数据采集卡的采样频率、脉冲信号的采集次数、存储和查询历史数据、分析放电特征的发展趋势，并给出诊断结果。

其中，报警设备为与上位机连接的报警蜂鸣器，蜂鸣器由上位机发出的触发信号触发实现凤鸣报警。

其中，上位机包含显示模块、数据库和分析设置模块，显示模块用于显示由数据采集提取的典型放电信号单次脉冲时域波形、频域分解波形和分频段统计特征和历史数据；数据库用于存储放电信号的分频段统计参数、单次脉冲幅值、频域参数；分析设置模块用于设置采集卡采样频率、频段划分阈值、放电信号采集触发阈值和数据库存储条件设置。

其中，外部存储设备为固态硬盘，用于存储放电特征数据，包括分频段统计参数、单次脉冲幅值、频域参数和典型放电脉冲波形。

其中，在该系统中进一步包括供电模块，供电模块可采用交流输出不间断供电电源UPS，供电时长1.5小时；也可直接连接至电网侧交流220V电源。

Claims

1.一种高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，其特征在于：该系统包括用于耦合电缆附件接地线中放电信号的高频电流互感器，高频电流互感器通过同轴电缆与高速数据采集卡连接，高速数据采集卡将采集到的模拟信号转换成数字信号后输出给上位机，上位机分别与人机界面设备、输入键盘、打印输出设备、外部存储设备及报警设备连接，整个系统由交流输出的UPS电源供电。

2.根据权利要求1所述的高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，其特征在于：所述高频电流互感器直接卡接在电缆附件接地线上，高频电流互感器为采用基于罗氏线圈原理的高频电流互感器，响应频率为100kHz-30MHz，灵敏度不小于10mV，分辨率不小于1mV。

3.根据权利要求1所述的高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，其特征在于：连接高频电流互感器与高速数据采集卡的同轴电缆长度不超过5m，波阻抗为50Ω。

4.根据权利要求1所述的高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，其特征在于：所述高速数据采集卡采样率不低于60MHz，作为一种优选实例可选用采样率80MHz。

5.根据权利要求1所述的高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，其特征在于：所述上位机用以对采集到的数据实施傅里叶变换，提取高、中、低频段的能量信息，并综合判断发生何种放电，最终将判别结果送至人机界面设备显示，上位机进一步包含显示模块、数据库和分析设置模块，显示模块用于显示由数据采集提取的典型放电信号单次脉冲时域波形、频域分解波形和分频段统计特征和历史数据；数据库用于存储放电信号的分频段统计参数、单次脉冲幅值、频域参数；分析设置模块用于设置采集卡采样频率、频段划分阈值、放电信号采集触发阈值和数据库存储条件设置。

6.根据权利要求1所述的高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，其特征在于：所述报警设备为与上位机连接的报警蜂鸣器，蜂鸣器由上位机发出的触发信号触发实现凤鸣报警。

7.根据权利要求1所述的高压交联聚乙烯电力电缆局部放电在线检测系统，其特征在于：所述外部存储设备为固态硬盘，用于存储放电特征数据，包括分频段统计参数、单次脉冲幅值、频域参数和典型放电脉冲波形。