CN104698355A - 高压电缆局部放电在线诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提高高压电缆局部放电故障的发现和解决效率。为此，本发明提供了如下的技术方案：一种高压电缆局部放电在线诊断方法，包括如下步骤：(1)检测高压电缆上多个节点各自的放电信号；(2)预处理所述多个放电信号；(3)生成所述放电信号的放电图谱；(4)根据各节点的放电图谱与和其相邻的下一个节点的放电图谱进行差分的结果判断局部放电故障类型判断；(5)根据差分结果和局部放电故障类型的判断结果，确定局部放电的位置。本发明能够基于高压电缆的固有节点实时地监测局部放电故障，极大提高了高压电缆局部放电故障的发现效率。

Description

高压电缆局部放电在线诊断方法

技术领域

本发明涉及电气故障检测技术领域，更具体地，涉及一种高压电缆局部放电在线诊断方法。

背景技术

高压电缆是电力***的重要组成部分。随着高压及超高压输电线路的发展，电力电缆由于其特有的技术优越性得到了越来越广泛地应用。电缆在运行过程中，会由于内部的杂质、半导体层凸起、电压作用下空间电荷的积累等因素造成的局部电场应力集中，产生局部放电，使电缆的安全运行受到影响。因此，通过检测电缆绝缘的局部放电，可以有效地判断电缆绝缘的老化情况，这对于电力电缆线路长期稳定运行具有重要意义。

高压电缆的绝缘体各区域承受的电场一般是不均匀的，导致电场不均匀的因素主要有：①电气设备的电极***不对称，如针对板、圆柱体等。在变压器的高压出线端，电缆的末端等部位电场比较集中，容易首先产生放电。②介质不均匀，如各种复合介质：气体-固体组合、液体-固体组合等。在交变电场下，介质中的电场强度与其介电常数成反比，因此介电常数小的介质中电场强度高，容易发生放电。③绝缘体中含有气泡或其他杂质。气体的相对介电常数接近于1，各种固体、液体介质的相对介电常数都要比它大1倍以上，而固体、液体介质的击穿场强一般要比气体介质的大几倍到几十倍，因此绝缘体中有气泡存在是产生局部放电的最普遍原因。绝缘体内的气泡可能是产品制造过程中残留下的，也可能是在产品运行中由于热胀冷缩在不同材料的界面上出现了裂缝，或者由绝缘材料老化而分解出气体。④此外，在高场强中若有电位悬浮的金属体存在，也会在其边缘感应出很高的场强；在电气设备的各连接处，如果接触不好，也会在距离很微小的两个接点间产生高场强；这些都可能造成局部放电。

目前，各国采用不同的原理来进行电缆局放信号各特征量的采集和对比、局放信号与干扰型号的分离方法。然而，这些方法都不利于在线监测局部放电故障的类型及定位，无法及时发现并解决问题。

发明内容

本发明的目的是提高高压电缆局部放电故障的发现和解决效率。为此，本发明提供了如下的技术方案：

一种高压电缆局部放电在线诊断方法，包括如下步骤：

(1)检测高压电缆上多个节点各自的放电信号；

(2)预处理所述多个放电信号；

(3)生成所述放电信号的放电图谱；

(4)沿高压电缆电力传输方向，将各节点的放电图谱与和其相邻的下一个节点的放电图谱进行差分，如果得到的差分结果在预定的阈值之内，则判断该节点未出现局部放电故障；若得到的差分结果大于预定的阈值，则进行局部放电故障类型判断；

(5)根据差分结果和局部放电故障类型的判断结果，确定局部放电的位置。

进一步地，所述步骤(1)包括：在高压电缆的三相线路的各个节点上同步采集并保存频率在400kHz～20MHz之间的高压电缆绝缘缺陷的局部放电脉冲信号。

进一步地，所述步骤(5)包括：根据所有节点的差分结果确定同一局部放电故障类型且连续分布的节点，其中放电信号幅值最大的节点就是该故障类型的局部放电故障节点。

进一步地，通过电流互感器对高雅电缆的放电信号进行采集。

进一步地，所述高压电缆上安装有罗氏线圈。

进一步地，电流互感器利用脉冲电流法对待测高压电缆的局部放电进行检测。

进一步地，利用3PARD算法分离放电信号内的背景噪声信号。

进一步地，所述放电图谱为放电椭圆谱图。

本发明的有益效果是：能够基于高压电缆的固有节点实时地监测局部放电故障，极大提高了高压电缆局部放电故障的发现效率。此外，基于固有节点的定位方法也节省了查找高压电缆局部放电故障位置所耗费的时间，增强了高压电缆电力传输的稳定性。

附图说明

图1示出了根据本发明的高压电缆局部放电在线诊断方法的流程框图。

具体实施方式

如图1所示，高压电缆局部放电在线诊断方法包括如下步骤：

(1)检测高压电缆上多个节点各自的放电信号；所述的各个节点为高压电缆上已有的变压器节点或具有监测功能的任何节点，或者任何其它形式的物理节点；也可以是以高压电缆布设区域或地理环境和/或自然环境划分的区段而设置的节点。高压电缆包括三相电缆且安装有罗氏线圈，所述三相电缆的每相均安装信号传感器，同时对每一相进行局部放电信号检测。采集时，在高压电缆的三相线路的各个节点上同步采集并保存频率在400kHz～20MHz之间的高压电缆绝缘缺陷的局部放电脉冲信号。

电流互感器利用脉冲电流法对待测高压电缆的局部放电进行检测。信号传感器采用脉冲电流法测量高压电缆的局部放电信号；脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种方法,IEC(International Electrotechnical Commission)对此制定了专门的标准；用宽频带波形测量仪器测量得到的脉冲电流波形参数,可以用来表征不同放电形式和放电的不同发展阶段。

(2)对所述多个放电信号进行放大、滤波和A/D转换；

(3)生成所述放电信号的放电图谱；

根据本发明的一个实施例，采用3PARD(三相幅值关系图)对放电信号内的背景噪声进行分离，当对局部放电信号进行背景噪声分离后，能够得到放电信号的峰值、平均值、放电频率、放电电流或相位图等信息。可以根据相应的信息，从而生成信号-电压曲线，信号-时间曲线或电压-时间曲线，并能够获得局部放电的起始电压、熄灭电压、各个时刻的放电量信息。

采用这种3PARD对背景噪声分离，可以将局部放电信号与干扰进行分离，也可以把不同的局放点的信号进行分离，从而识别多点放电的现象；利用三通道同步测量的信号的幅值关系，还可以很容易地分辨出信号来自于哪一相电缆可接头，有效避免了电缆接地箱体内交叉互联排对局部放电测试的影响。

根据本发明的另一个实施例，所述放电图谱为放电椭圆谱图。

(4)沿高压电缆电力传输方向，将各节点的放电图谱与和其相邻的下一个节点的放电图谱进行差分，放电图谱的差分结果表示其相互之间的差别。当差别的幅值未超过正常情况下检测到的节点之间的差分结果的幅值时，则判断该节点未出现局部放电故障；否则，根据下面的规则判断局部放电故障类型：

1、绝缘优良且无外界干扰，无局部放电图谱；

电缆绝缘优良，且无外界干扰时，其测量波形很干净，在平面坐标系的1－4象限内信号很匀称。

2、内部气隙放电图谱

在高压电缆绝缘体内部气隙中放电时，气隙中电荷的交换和累积目前尚无法直接测量，但这种电荷的变化，必然会反映到绝缘体两端电极(导体)上电荷的变化。这两者之间的关系，可以通过等效电路进行分析。

通常介质内部气隙的放电，在正负两个半周内基本上是相同的，在示波屏上可以看到正负半周放电脉冲的图形基本上是对称的。

从大量实际测得的放电图可以得出，放电没有出现在试验电压的过峰值的一段相位上，且每次放电的大小，即脉冲的高度并不相等，而且放电多是出现在试验电压幅值绝对值的上升部分的相位上，即在平面坐标系的1、3象限上，只有在放电很剧烈时，才会扩展到电压绝对值下降部分的相位上，即在平面坐标系的2、4象限上，这可能是由于实际试品中往往存在多个气泡同时放电，或者是只有一个大气泡，但每次放电不是整个气泡面积上都放电，而只是其中的一部分，显然每次放电的电荷不一定相同，何况还可能在反向放电时，不一定会中和掉原来累积的电荷，而是正负电荷都是累积在气泡壁的附近，因此，产生沿气泡壁的表面放电。

3、内部杂质放电

在高压电缆绝缘本体上放置铜金属粉末颗粒杂质，杂质引起的电缆局放特征。这类缺陷的有无和类型判断，可以通过与图谱对比进行分析。

4、电晕放电

电晕放电是发生在导体周围全是气体的情况下，或者是在气体空间内存在的液体、固体物体都离产生放电的导体足够远的情况下，气体中的分子是自由移动的，放电产生的带电质点也不会固定在空间的某一固定位置上，因此放电过程与上述固体或液体绝缘中含有气泡的放电过程不同。以针对板的电极***为例，在针尖附近场强最高，当外加电压上升到该处的场强达到气体的击穿场强时，在针尖附近就发生放电，由于电极在负极性时容易发射电子，同时正离子撞击阴极发生二次电子发射，使得放电总是在针尖为负极性时先出现，这时正离子，很快移向针尖电极而复合，电子在移向平板电极过程，附着于中性分子而成为负离子，负离子迁移的速度较慢，众多的负离子在电极之间，使得针尖附近的电场强度降低，于是放电暂停。之后，随着负离子移向平板电极，或外加电压上升，针尖附近的电场又升高到气体的击穿场强，于是又出现第二次放电。这样，电晕的放电脉冲就出现在外加电压负半周90度相位附近，几乎是对称于90度，出现的放电脉冲几乎是等幅值、等间隔的。随着电压的提高，放电大小几乎不变，只有次数增加。当电压足够高时，在正半周也会出现少量幅值大的放电。

(5)根据差分结果和局部放电故障类型的判断结果，确定局部放电的位置。根据所有节点的差分结果确定同一局部放电故障类型且连续分布的节点，其中放电信号幅值最大的节点就是该故障类型的局部放电故障节点。对于一段高压电缆，发生局部放电的位置可能不止一个。采用本发明的方法能够得到各个局部放电故障点的位置，从而提高了在线诊断的准确性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种高压电缆局部放电在线诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)检测高压电缆上多个节点各自的放电信号；

(2)预处理所述多个放电信号；

(3)生成所述放电信号的放电图谱；

(4)沿高压电缆电力传输方向，将各节点的放电图谱与和其相邻的下一个节点的放电图谱进行差分，如果得到的差分结果在预定的阈值之内，则判断该节点未出现局部放电故障；若得到的差分结果大于预定的阈值，则进行局部放电故障类型判断；

(5)根据差分结果和局部放电故障类型的判断结果，确定局部放电的位置。

2.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线诊断方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：在高压电缆的三相线路的各个节点上同步采集并保存频率在400kHz～20MHz之间的高压电缆绝缘缺陷的局部放电脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线诊断方法，其特征在于，所述步骤(5)包括：根据所有节点的差分结果确定同一局部放电故障类型且连续分布的节点，其中放电信号幅值最大的节点就是该故障类型的局部放电故障节点。

4.根据权利要求2所述的高压电缆局部放电在线诊断方法，其特征在于，通过电流互感器对高雅电缆的放电信号进行采集。

5.根据权利要求4所述的高压电缆局部放电在线诊断方法，其特征在于，所述高压电缆上安装有罗氏线圈。

6.根据权利要求5所述的高压电缆局部放电在线诊断方法，其特征在于，电流互感器利用脉冲电流法对待测高压电缆的局部放电进行检测。

7.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线诊断方法，其特征在于，利用3PARD算法分离放电信号内的背景噪声信号。

8.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线诊断方法，其特征在于，所述放电图谱为放电椭圆谱图。