CN105606975A - 一种可定位的特高频电缆局部放电检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可定位的特高频电缆局部放电检测方法和装置，其特征在于：数据同步采集模块包括两个高速采集通道和一个低速采集通道，外接两个特高频传感器和一个工频信号传感器用于同步采集1GHz以下特高频局部放电信号、环境信号和工频电压信号，特高频传感器直接安置在电缆上；分析处理模块通过五联法综合分析采集到的同步数据，有效识别电缆局部放电信号和外界噪声干扰，进一步实现局放定位；电源去噪模块用于户外使用时防止噪声干扰由便携式电源引入；用户控制终端具有数据采集显示，结果分析，历史数据查看和实时打印报表功能。本发明能够对电力电缆的局部放电情况进行检测和定位，提高局部放电检测的可靠性，准确判断局部放电情况。

Description

一种可定位的特高频电缆局部放电检测方法和装置

技术领域

本发明涉及电力***局部放电检测领域，尤其涉及一种可定位的特高频电缆局部放电检测方法和装置。

背景技术

近年来，高压XLPE电力电缆在城市电力线路中的占比越来越大，受重视程度也日渐增高，在保障城市居民用电中起着举足轻重的作用。国内从上世纪八九十年代开始引进110kV电压等级的XLPE电缆，到现在还正在运行的部分电缆已经进入预定寿命的“中年期”，甚至有相当一部分高压电缆处于超负荷带病运行状态，加之存在电缆本体质量，附件安装敷设质量和外力破坏等问题，更使得这一问题愈加突出，高压XLPE电缆故障率也越来越高。国内外研究表明，电缆主绝缘缺陷是导致电缆故障的主要原因，而局部放电检测方法是国际技术领域上共认得检测电缆绝缘缺陷最有效方法。国内外的专家学者以及IEEE、IEC、CIGRE等国际权威机构组织更一致推荐局部放电试验作为是电缆及其附件绝缘状况评价的最佳方法。因此，为了避免电缆事故的频繁发生，在发生事故前找到电缆隐患，有效的局部放电检测必不可少。

电缆局部放电检测的方法很多，现今在现场还在使用的电气在线测量法主要是高频局部放电检测法。传统观念认为，局部放电信号的主要频带在100MHz以下，因此高频检测法的主要工作频带已经完全适用于XLPE电缆的局部放电检测，但国内外大量高压XLPE电缆局放检测结果表明，高频检测法的检测效果有限，随着应用范围的增大，已经浮现出越来越多的缺陷与不足，极易产生误判，特别是目前的判据主要来源于U-Φ谱图、放电量、时域信号，由于参数少，反应面狭窄，更是容易造成结果为疑似，使得运行部门无从下手消缺。早有研究表明，局部放电信号的频率可达上GHz，在GIS上特高频技术已经得到成熟应用，但在电缆上仍以高频局放检测技术为主流。高频局放检测设备的局限性在于，一是获取信号频带太低，例如，根据我国电磁信号频段划分低频(30kHz～300kHz)、中频(300kHz～3MHz)、高频(3MHz～30MHz)、甚高频(30MHz～300MHz)、特高频(300MHz～3GHz)等，现有技术的局部放电检测设备只能测量高频或甚高频以下频率，不能测量特高频信号，因此丢失了宝贵的特高频信息。二是对局部放电的判别方法单一，还是继续沿用传统的放电量-相位谱图或信号波形频率谱图，三是无法对测得的局部放电信号进行定位，四是测量传感器并不直接检测电缆本体，而是获取接地线信号，引入噪声干扰大。因此，现今国内外主流高频局放设备普遍存在对问题电缆的运行状态“说不清，道不明”的问题，得出的结论也往往是让运营方头疼的“疑似放电”，亦或是获得了放电信号，却不知道其源于何处。

由于存在上述问题，在电缆局部放电领域，迫切的需要一种能够完整采集局部放电信号，准确判断特高频电缆局部放电状态并具有定位功能的方法和装置。

发明内容

为了克服现有的电缆局部放电检测设备测不准和无法实现电缆局部放电定位的缺陷，本发明提供了一种可定位的特高频电缆局部放电检测方法和装置，采用特高频局部放电检测和独立多通道同步技术，传感器直接测量待测电缆本体或附件，准确采集中低频、高频、甚高频和特高频局部放电信号，获取完整电缆局部放电信息，利用双通道差分有效去噪，特征置信区间识别来自电缆的真正局放信号，五联法多参数综合判定局部放电情况并实现局部放电缺陷的定位，为提前发现危险电缆缺陷提供有效的支持，确保电力电缆及其附件的安全运行。

本发明采用技术方案是：

一种可定位的特高频电缆局部放电检测装置，包括：传感器模块，数据同步采集模块，分析处理模块，去噪电源模块和用户控制终端；

其中，所述传感器模块包括两个特高频传感器和一个工频传感器，所述两个特高频传感器包括第一特高频传感器和第二特高频传感器，为相同型号参数的特高频传感器，用于获取电缆局部放电信号；所述工频传感器用于获得工频信号；所述数据同步采集模块包括两个高速采集通道和一个低速采集通道，所述两个高速采集通道分别外接第一特高频传感器和第二特高频传感器；所述低速采集通道连接所述工频信号传感器；数据同步采集模块同步采集特高频及以下频段的局部放电信号、环境信号和工频信号。

所述分析处理模块通过“五联法”综合分析采集到的同步数据，去除外界噪声干扰，自动识别电缆局部放电信号，并实现局放定位，存储有效数据；所述“五联法”分析放电量-相位谱图、特征置信区间、放电可信度、周期放电概率以及放电量五个独立标准的参量数据。

所述去噪电源模块包括便携式电源，低通电源滤波器，带屏蔽电源线和防电磁干扰屏蔽罩，用于在室内或户外装置使用时防止由便携式电源引入的噪声干扰。

所述用户控制终端用于数据采集显示、结果分析、历史数据查看和实时打印报表。

进一步，所述特高频传感器中的第一特高频传感器安置在待检测电缆本体或其电缆附件外部，基于检测原理分为电容式与电磁式两种，电磁式特高频传感器主要检测30MHz至1.0GHz信号，贴紧待测电缆放置，电容式特高频传感器可检测1.5GHz以下信号，本发明优选电容式特高频传感器，安置方式为紧密缠绕在待测电缆上，相同的另一个特高频传感器(即第二特高频传感器)安置在距该传感器及待测电缆预定距离的环境中可同步检测环境干扰信号，所述预定距离例如是2米；利用双通道差分可实现去除环境引入的噪声，工频传感器则放置在与第一特高频传感器同一相待测电缆上。

进一步，所述防电磁干扰屏蔽罩由高密度合金网构成，安置在220V交流电压输出的便携式电源外部，局部放电检测装置与便携式电源之间连接一个电源滤波器，并将防电磁干扰屏蔽罩接地达到去除电源干扰的效果。

进一步，两高速采集通道能够同步采集频率在1.5GHz以下所有信号，同步时间精度不大于0.2ns。

进一步，分析处理模块使用的五联法包括放电量-相位谱图、特征置信区间、放电可信度、周期放电概率和放电量五个独立标准，简称“五联法”，用来定性和定量联合评判电缆局部放电及其严重程度；所谓放电可信度是指通过第一步置信区间去除区间外噪声数据和第二步双通道对比差分去除区间内噪声数据后，基于大数据统计原理分析置信区间内所剩数据为局部放电信号的可能性；所谓周期放电概率标示局部放电信号出现的频率和作为缺陷严重程度的判据之一，基于大量统计数据分析一个放电周期内放电信号的权重和关系。

进一步，将第一特高频传感器和第二特高频传感器间隔2m及以上安置在同一根待检测电缆上，基于高精度数据同步采集，可以通过短距离时差法根据信号传播方向及幅值对比来实现局部放电信号的定位。

本发明还提出一种可定位的特高频电缆局部放电检测方法，利用上述放电检测装置进行测量，具体步骤包括：

将第一特高频传感器放置在靠近电缆位置，将第二特高频传感器放置在电缆周围环境中一位置；采集第一特高频传感器检测到的测量端信号FA和第二特高频传感器检测到的环境端信号FB；采集工频传感器获得电缆工频信号SA；所述测量端信号FA和环境端信号FB通过数据同步采集模块中的高速采集通道传输到分析处理模块，所述工频信号通过低速采集通道传输到分析处理模块；

所述分析处理模块通过“五联法”综合分析采集到的同步数据，去除外界噪声干扰，对比局部放电据专家数据库中案例自动识别电缆局部放电信号，并实现局放定位，存储有效数据；所述“五联法”分析放电量-相位谱图、特征置信区间、放电可信度、周期放电概率以及放电量五个独立标准的参量数据；

进一步的，本发明中还提出了利用上述装置对局部放电信号进行定位的方法，包括如下步骤：

将第一特高频传感器和第二特高频传感器同时放置在电缆附件一端的电缆本体上，间隔预定距离，同步采集获取的电缆局部放电信号到分析处理模块，利用短距离时差法比较局部放电信号传输时间差及幅值大小，对局部放电信号进行分析得到信号的传播方向；

完成上一步测量后，移动第一特高频传感器和第二特高频传感器到电缆附件另一端的电缆本体上，保持第一特高频传感器和第二特高频传感器的相对位置不变，同样间隔预定距离，同步采集获取的电缆局部放电信号到分析处理模块，对局部放电信号进行分析得到信号的传播方向；

若两次检测判定局部放电信号传播方向相反，则检测信号为被测电缆附件产生的信号，对该电缆附件进行成功定位；

若两次检测判定局部放电信号来源方向一致，方向均由第一特高频传感器指向第二特高频传感器，或均由第二特高频传感器指向第一特高频传感器，则检测信号为该方向传播到此检测点的信号，然后沿判定方向继续进行检测定位工作，直至找到信号源头，并对其准确定位。

本发明使用简单，传感器安装便捷，采样精度高，能有效采集高频及以下频率、甚高频、特高频信号，可利用专家数据库采用“五联法”自动对采集数据进行分析处理，无需人为对信号进行分析即可得到准确的电缆局部放电情况，具有强大的抗干扰能力和有效的局放源定位功能。本发明可有效地弥补现有电缆局部放电检测技术分析结果受人为检测误差影响较大、检测结论多为不确定的疑似结果、无法对局部放电信号源及噪声信号源进行有效定位等无法攻克的关键技术空白。

附图说明

图1为本发明所采用的检测装置***框图。

图2a为本发明信号采集分析和局部放电检测流程框图。

图2b为本发明定位局部放电位置流程框图。

图3为局部放电源定位原理框图。

图4为本发明中电源去噪装置连接图。

图5为本发明功能框架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

图1为本发明的检测装置***结构，主要包括传感器模块，同步采集模块，分析处理模块，去噪电源模块和用户控制终端。其中传感器模块包括两只特高频传感器和一只工频传感器，工频传感器和一只特高频传感器安置在待测电缆上用来获取局部放电信号FA和工频信号SA，另一只特高频传感器安置在测量环境的空气中，用来检测环境信号FB；同步采集模块包括两个分别用来接收局部放电信号FA和环境信号FB的高速采集通道，一个用来接收工频信号SA的低速采集通道和高精度同步时钟，可精确采集特高频传感器的输出的信号，三通道同步误差不大于0.2ns，给实现定位功能提供了硬件支持；分析处理模块包括多核处理器和大容量存储器，采用“五联法”综合分析采集到的同步数据，双通道同步差分去除外界噪声干扰，利用专家数据库自动识别电缆局部放电信号，并实现局放源的定位，将有效数据存储至大容量存储器中；去噪电源模块包括便携式电源***，低通滤波器去噪模块，电源模块，为装置的正常使用提供电力支持，同时户外使用装置时防止由便携式电源***引入的噪声干扰；用户控制终端模块包括***设备接口和用户控制终端，显示连接提供两种接口，分别为基于RJ45的个人PC远程访问和基于VGA的显示器连接，提供USB接口作为外设连接通道，也可用于数据的移动存储设备导出，用户控制终端可以实现数据采集显示，局放结果分析，局放故障定位，历史数据查看和现场报告导出功能。

图2(a)为常规测量数据分析流程，本发明首先测量现场信号时间和幅度信息，具体为：采集测量端信号FA和环境端信号FB，同时使用工频同步信号SA计算零点时刻，完成信号的同步提取功能。对于采集到的现场信号即测量端信号FA和环境端信号FB进行处理，对测量端信号FA和环境端信号FB进行时域与频域特征模糊对比差分，统计放电量和相位信息，可以得到原始数据谱图。一方面，对原始数据谱图进行进一步分析，另一方面，原始数据谱图作为数据资料添加到原始数据谱图库，对原始数据谱图库进行更新。根据模式识别和神经网络理论方法对原始数据谱图的特征置信区间进行分析，进而得到放电量-相位谱图，并进一步分析放电量、放电可信度、周期放电概率指标参数。本发明关注放电量-相位谱图、特征置信区间、放电可信度、周期放电概率及放电量五个局部放电独立参数，通过各独立参数的分析，对检测到的信号进行识别，通过“五联法”判断其是否为电缆中局部放电信号并分析导致该局部放电的缺陷的严重程度，给出合理的检修建议。此为电缆局部放电检测的信号采集分析流程，主要功能是准确识别局部放电信号，在发现了局部放电信号后，还需要重新安置传感器，利用本发明提供的局部放电定位方法进行局部放电源的定位，如图2(b)所示为定位分析流程，经图2(a)方法识别局部放电信号后，将两特高频传感器放置在该问题电缆附件一侧同时进行测量，同步采集1位置特高频传感器和2位置特高频传感器获取的放电信息，通过“五联法”识别局部放电信号，对该时刻两通道信号进行幅值和时间差信息提取，利用短距离时差法判断该局部放电信号来源方向。进一步的细节请继续参考图3。

图3为本发明局部放电源的定位原理示意图。图3示出一段电缆，其上还连接有一电缆附件(电缆附件与电缆属于两种设备，电缆附件特指在电缆长度不足时或电缆与架空线连接时所用到的连接接头)。针对同一电缆附件进行两次测量，通过两次测量结果的综合分析，判断检测到的局部放电信号来源于此电缆附件，或由该电缆附件的左侧方向或右侧方向传播至测量位置，此即短距离时差法的现场测试实施方法。具体参考图3，其中1为特高频传感器A，2为与A相同的特高频传感器B，3为信号处理装置，将特高频传感器A和B同时放置在电缆附件一端的电缆本体上，间隔L＝2米，同步采集获取的电缆局部放电信号，从导出的数据中利用短距离时差法比较信号传输时间差及幅值大小，得到信号的传播方向。完成上一步测量后，移动本发明装置至位置6，将特高频传感器A放置在位置4，特高频传感器B放置在位置5，同样间隔2米，同步采集获取的同一个电缆局部放电信号，从导出的数据中得到此时该信号的传播方向，若两次检测判定信号来源方向相反，则检测信号为被测电缆附件产生的信号，可以对该电缆附件进行成功定位；若两次检测判定信号来源方向一致，方向均由特高频传感器A指向特高频传感器B，则检测信号为该方向传播到此检测点的信号，可沿判定方向继续进行检测定位工作，直至找到信号源头，并对其准确定位。

图4为在无标准市电时使用的去噪电源模块的结构，图中7为由高密度合金网构成的全密闭防电磁干扰屏蔽罩，8为便携式电源，9为低通电源滤波模块，10为带屏蔽电源线，11为本发明电缆特高频局部放电检测装置，将便携式电源放置在防电磁干扰屏蔽罩中，使用带屏蔽电源线通过低通电源滤波模块将便携式电源与特高频局放检测装置连接，防电磁干扰屏蔽罩需要接地，特高频局部放电检测装置保护接地，即可实现电源去噪效果。

图5为本发明功能框架，用户可以使用本发明的装置实现数据采集显示，局放结果分析，局放故障定位，历史数据查看和现场报告导出功能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种可定位的特高频电缆局部放电检测装置，其特征在于，包括：传感器模块，数据同步采集模块，分析处理模块，电源模块和用户控制终端；

其中，所述传感器模块包括两个特高频传感器和一个工频传感器，所述两个特高频传感器包括第一特高频传感器和第二特高频传感器，为相同型号参数的特高频传感器，用于获取电缆局部放电信号，所述工频传感器用于获得工频信息；

所述数据同步采集模块包括两个高速采集通道和一个低速采集通道，用于同步采集特高频及以下频段的局部放电信号、环境信号和工频信号，所述两个高速采集通道分别外接第一特高频传感器和第二特高频传感器，所述低速采集通道连接所述工频信号传感器；

所述分析处理模块通过“五联法”综合分析采集到的同步数据，去除外界噪声干扰，自动识别电缆局部放电信号，并实现局放定位，存储有效数据；所述“五联法”分析放电量-相位谱图、特征置信区间、放电可信度、周期放电概率以及放电量五个独立标准的参量数据；

所述去噪电源模块包括便携式电源，低通电源滤波器，带屏蔽电源线和防电磁干扰屏蔽罩，用于在室内或户外装置使用时防止由便携式电源引入的噪声干扰；

所述用户控制终端用于数据采集显示、结果分析、历史数据查看和实时打印报表。

2.根据权利要求1所述的一种可定位的特高频电缆局部放电检测装置，其特征在于，所述特高频传感器的一只安置在待检测电缆本体或其电缆附件外部，安置方式为紧密缠绕在待测电缆上，相同的另一个特高频传感器安置在距该传感器及待测电缆2米的环境中可同步检测环境干扰信号，利用双通道差分可实现去除环境引入的噪声，工频传感器则放置在同一相待测电缆上。

3.根据权利要求2所述的一种可定位的特高频电缆局部放电检测装置，其特征在于：所述电磁式特高频传感器选用电容式或电磁式。

4.根据权利要求1所述的一种可定位的特高频电缆局部放电检测装置，其特征在于：所述防电磁干扰屏蔽罩由高密度合金网构成，安置在220V交流电压输出的移动电源外部，局部放电检测装置与移动电源之间连接一个电源滤波器，并将防电磁干扰屏蔽罩接地达到去除电源干扰的效果。

5.根据权利要求1所述的一种可定位的特高频电缆局部放电检测装置，其特征在于：所述分析处理模块使用的五联法包括放电量-相位谱图、特征置信区间、放电可信度、周期放电概率和放电量五个独立标准，简称“五联法”，用来定性和定量联合评判电缆局部放电及其严重程度；所谓放电可信度是指通过第一步置信区间去除区间外噪声数据和第二步双通道对比差分去除区间内噪声数据后，基于大数据统计原理分析置信区间内所剩数据为局部放电信号的可能性；所谓周期放电概率标示局部放电信号出现的频率和作为缺陷严重程度的判据之一，基于大量统计数据分析一个放电周期内放电信号的权重和关系。

6.一种可定位的特高频电缆局部放电检测方法，利用权利要求1所述的放电检测装置进行测量，其特征在于，具体步骤包括：将第一特高频传感器放置在靠近电缆位置，将第二特高频传感器放置在电缆周围环境中一位置；采集第一特高频传感器检测到的测量端信号FA和第二特高频传感器检测到的环境端信号FB；采集工频传感器用于获得工频信息SA；所述测量端信号FA和环境端信号FB通过数据同步采集模块中的高速采集通道传输到分析处理模块，所述工频信息通过低速采集通道传输到分析处理模块；所述分析处理模块通过“五联法”综合分析采集到的同步数据，去除外界噪声干扰，对比局部放电据专家数据库中案例自动识别电缆局部放电信号，存储有效数据；所述“五联法”分析放电量-相位谱图、特征置信区间、放电可信度、周期放电概率以及放电量五个独立标准的参量数据。

7.根据权利要求6所述的一种可定位的特高频电缆局部放电检测方法，其特征在于：对于采集到的现场信号即测量端信号FA和环境端信号FB进行采集后，对测量端信号FA和环境端信号FB进行时域与频域特征模糊对比差分，统计放电量和相位信息，得到原始数据谱图；一方面，对原始数据谱图进行进一步分析，另一方面，所述原始数据谱图作为数据资料添加到原始数据谱图库，对原始数据谱图库进行更新，根据模式识别和神经网络理论方法对原始数据谱图的特征置信区间进行分析，进而得到放电量-相位谱图，并进一步分析放电量、放电可信度、周期放电概率指标参数。

8.一种对局部放电信号进行定位的方法，其特征在于：将第一特高频传感器和第二特高频传感器同时放置在电缆附件一端的电缆本体上，间隔预定距离，同步采集获取的电缆局部放电信号到分析处理模块，对局部放电信号进行分析得到信号的传播方向；

完成上一步测量后，移动第一特高频传感器和第二特高频传感器到电缆附件另一端的电缆本体上，保持第一特高频传感器和第二特高频传感器的相对位置不变，同样间隔预定距离，同步采集获取的电缆局部放电信号到分析处理模块，对局部放电信号进行分析得到信号的传播方向；

利用短距离时差法比较局部放电信号传输时间差及幅值大小，若两次检测判定局部放电信号来源方向相反，则检测信号为被测电缆附件产生的信号，对该电缆附件进行成功定位；

若两次检测判定局部放电信号来源方向一致，方向均由第一特高频传感器指向第二特高频传感器，或均由第二特高频传感器指向第一特高频传感器，则检测信号为该方向传播到此检测点的信号，然后沿判定方向继续进行检测定位工作，直至找到信号源头，并对其准确定位。

9.根据权利要求8所述对局部放电信号进行定位的方法，其特征在于，将两只相同的特高频传感器间隔2m及以上安置在同一根待检测电缆上，基于高精度数据同步采集，可以通过短距离时差法根据信号传播方向及幅值对比来实现局部放电信号的定位。

10.根据权利要求8所述对局部放电信号进行定位的方法，其特征在于，所述的两高速采集通道能够同步采集频率在1.5GHz以下所有信号，同步时间精度不大于0.2ns。